真空获得和真空镀膜-董宝杰

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1、真空获得和真空镀膜董保杰2014.6.111目录1、真空简介2、真空获得3、真空镀膜4、应用实例2引言真空技术是基本实验技术之一。自从1643年托里拆利(E.Torricelli)做了著名的有关大气压力实验，发现了真空现象以后，真空技术迅速发展。现在，它的基本内容包括：真空物理、真空的获得、真空的测量和检漏、真空系统的设计和计算等。随着表面科学、空间科学高能粒子加速器、微电子学、薄膜技术、冶金工业以及材料学等尖端科技的发展，真空技术在近代尖端科学技术中的地位越来越重要。“真空”这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的

2、空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。3一、真空简介1、真空的意义在常温下常压，气体分子的平均速率极高，但气体分子的扩散速率较之分子的平均速率却小得多。由于常温常压下分子数密度极大，气体分子在运动过程中必然与其他分子作频繁的碰撞而在真空中，气体分子密度低，在某些情况下，真空可以近似地看作没有气体“污染”的空间。4关于真空对于我们的意义，可以用以下两个公式来定量的说明：其中M和T分别为气体分子的分子量（单位：g）和温度（单位：K）其中为分子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常数单位面积上气体分子碰

3、撞频率：气体分子或带电粒子的平均自由程：5例如室温下氮分子的平均自由程在压强为10-9Torr时将长于50km。电子和离子在气体中的平均自由程分别是气体分子平均自由程的5.66和1.41倍。因此除非在宇宙空间，几乎所有地面上体积有限的超真空系统中，气体分子之间或气体分子与带电粒子之间的碰撞都可以近似忽略。在普通高真空，例如10-6Torr时，对于室温下的氮气，v=4.4*1014分子/c㎡·s，如果每次碰撞均被表面吸附，按每平方厘米单分子层可吸附5*1014个分子计算，一个“干净”的表面只要一秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气体分子：而在超高真空10-10Tor

4、r或更高时，由同样的估计可知“干净”表面吸附单分子层的时间将达几小时到几十小时之久。6因此，超高真空可以提供一个“原子清洁”的固体表面，可有足够的时间对表面进行实验研究。这是一项重大的技术突破，它导致了近二十年来新兴不明科学研究的蓬勃发展。无论在表面结构、表面组分及表面能态等基本研究方面，还是在催化、腐蚀等应用研究方面都取得长足的发展。7超高真空的这一特点还为得到超纯的或精确掺杂的镀膜或分子束外延生长晶体创造了必要的条件，这促进了半导体器件、大规模集成电路和超导材料等的发展，也为在实验室中制备各种纯净样品（如电子轰击镀膜、等离子镀膜、真空剖裂等）提供了良好的基本

5、技术。82、真空度的单位与区域划分真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“托”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。我国采用SI规定。91标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕)1Torr≈1/760atm≈1mmHg1Torr≈133Pa103、真空测量方法测量低于大气压的气体压强的工具称为真空计。真空计可以直接测量气体的压强，也可以通过与压强有关的物理量来间接地测量压强。前者称为绝对真空计，后者称为相对真空计。按照真空计的不同原理与结构可以分为：静态

6、变形真空计、压缩式真空计、热传导真空计、电离真空计、气体放电真空计、辐射真空计等。11二、真空获得1、低真空的获得获得低真空常采用机械泵，机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀，从而获得真空的装置。它可以直接在大气压下开始工作，极限真空度一般为1.33-1.33×10-2Pa，抽气速率与转速及空腔体积V的大小有关，一般在每秒几升到每秒几十升之间。12旋片式机械泵通常由转子、定子、旋片等结构构成。偏心转子置于定子的圆柱形空腔内切位置上，空腔上连接进气管和出气阀门。转子中镶有两块旋片，旋片间用弹簧连接，使旋片紧压在定子空腔的

7、内壁上。转子的转动是由马达带动的，定子置于油箱中，油起到密切、润滑与冷却的作用。1314当转子顺时针转动时，空气由被抽容器通过进气管被吸入，旋片随着转子的转动使与进气管相连的区域不断扩大，而气体就不断地被吸入。当转子达到一定位置时，另一旋片把被吸入气体的区域与被抽容器隔开，并将气体压缩，直到压强增大到可以顶开出气口的活塞阀门而被排出泵外，转子的不断转动使气体不断地从被抽容器中抽出。152、高真空的获得目前，广泛使用的获得高真空的泵就是扩散泵。扩散泵是利用气体扩散现象来抽气的，它不能直接在大气压下工作，而需要一定的预备真空度（1.33~0.133Pa）。油扩散泵的

8、极限真空度主要取决于油蒸