真空物理与真空镀膜

《真空物理与真空镀膜》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、真空物理与真空镀膜龚建华真空物理1气体分子运动论气体是物质存在的形态之一，它有两个显著的特点，一是所有的气体分子都在不停地做无规则的热运动；二是运动的分子间频繁地碰撞，同时气体分子与容器壁之间亦频繁地碰撞。真空的本质就是稀薄气体，稀薄的相对标准就是当地的大气压，所以真空即为一种气体状态，它亦有两个显著的特点。其一是单位体积内的气体分子数较之常压下稀少；其二是气体分子间的相互碰撞次数，以及气体分子与容器壁的碰撞次数皆低于常压。上述的真空特点是一切真空技术应用赖以实现的基础，当然也包括真空镀膜应用技术。根据气体的特点，结合大量的实验进行演译，可

2、以得到反映气体内部运动规律的基本理论，作为硏究气体及真空技术的基础，这就是气体分子运动论，它包括以下一些结论和规律：1.1物态方程MPV=RTR克拉珀龙常数(1)RP=nkT;k=;k玻兹曼常数(2)1.2压强公式12P=mnvsvs方均根速率(3)32P=nEkEk平均平动动能(4)31.3动能定律E=1mv2=3kT(5)ks221.4麦克斯威分布律()322m2mvdNv=4Nve2kTdv(6)2kT1其中()322m2mvf(v)=4ve2kT(7)2kT为麦氏分布函数，由此可以导出分子热运动速率公式1.4.

3、1最可几速率√√2kT2RTvp==(8)m1.4.2平均速率√√8kT8RTv==(9)m1.4.3方均根速率√√3kT3RTvs==(10)m1.5气体分子的碰撞频度pZ=22nv(平均碰撞次数)(11)1Zn=nZ(单位空间单位时间发生的总碰撞数)(12)2∑K√()2Z=1+miA+inv(混合气体平均碰撞次数)(13)AiAmA2i=11.6气体分子的平均自由程1=p(14)22n1A=∑√()(15)K1+miA+i2ni=1mA2iA为K种混合气体中A气体分子的平均自由程

4、pi=2(16)pe=42(17)i、e分别为气体中离子和电子的平均自由程，为中性分子的平均自由程。2xNx=Ne(18)Nx为一个分子连续历经的N个自由程中，长度大于x的个数。1xjdNxj=Nedx(19)jdNxj为一个分子连续历经的N个自由程中，长度在x—(x+dx)之间的个数。以上两式皆为自由程长度的分布规律，前者是积分形式，后者是微分形式。1.7气体分子与器壁的碰撞—余弦定律1.7.1微分形式nvdNφ=cosdΩ(dΩ=sinddφ)(20)4单位时间碰撞单位面积来自dΩ

5、立体角的分子数1.7.2积分形式1v=nv(21)4单位时间碰撞单位面积的总分子数。1.7.3气体分子从器壁的反射—克努曾余弦定律概率特征：dΩdP=cos(反射方向落在dΩ内的概率)(22)1.8气体分子热运动中伴随发生的若干现象动量迁移–粘滞现象1=mnv(粘滞系数)(23)3能量迁移–热传导现象1K=mnvCv(热传导系数)(24)3质量迁移–扩散现象1D=v(自扩散系数)(25)3上述各种现象均会出现在真空系统中。1.9气体的流动当气体内部压力不均匀时，气体分子除了作热运动外，还会从高压向低压作宏观运

6、动，这就是气体的流动。稳定流动时，遵从以下规律31.9.1流量连续方程Q=P1S1=P2S2=


=C(26)S可以理解为真空系统内气体稳定流动时任一截面处的抽速，其定义为单位时间通过该截面的气体体积。如截面在泵口平面，即为泵的抽速。Q=PV为流量，即单位时间通过系统某一截面的气体量。1.9.2流动方程Q=U(P1P2)(27)Q而U=称之为气体通过的管道的流导。P1P2当一个真空系统排气量为Q时，有Q=PS。Q而P=为平衡压力。S1.9.3真空基本方程在一个真空系统内，当气体作稳定流动时，如截面1处抽速为S（有时亦称有效抽速），而截

7、面12处抽速为S2，气体从2处向1处流动，两截面之间的流导为U，则有S1US2US2=或S1=(28)U+S1US21.10气固表面的作用–吸附现象由于固体表面（比如真空容器壁面、工件表面等）存在范德瓦尔力（物理吸附力）和残余化学价力（化学吸附力），因此处在气体氛围中的固体表面总会吸附一定数量的气体，而这种过程往往是可逆的。当真空容器内压力降低（排气过程）时，或温度升高时，这些被吸附的气体会返回（脱附）气象空间而影响抽气过程。因此吸附现象是与真空技术密不可分的，直接影响到真空应用的工艺过程。而强化吸附过程，亦能形成有效的抽气手段，如低温物

8、理吸附和活性金属的化学吸附。平衡吸附量：在吸附稳定时，单位固体表面吸附的气体量，它决定于压力和温度，即=f(P;T)(29)当压力和温度一定，则吸附量也确定，这就是所谓平衡吸