真空的获得与测量技术

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1、第二章真空的获得与测量技术2.1气体分子运动论的基本概念2.2气体的流动状态和真空的获得2.3各类真空泵简介2.4真空测量技术2.5几种典型真空系统的建立JP450磁控溅射镀膜系统等离子增强CVD和热丝CVD复合系统一．真空沉积系统二、真空抽气系统三、真空测量系统四、电源系统五、气路系统2.1气体分子运动论的基本概念1.描述气体分子状态的宏观物理量-P、T、V理想气体状态方程：普适气体常数：R=8.31J.mol-1K-1波尔兹蔓常数k=R/NA=1.3810-23JK-1)平均平动动能2.1气体分子运动论的

2、基本概念2气体分子运动速度及其分布(Maxwell分布）M-分子的摩尔质量，T为热力学温度，R为普适气体常数物理意义：f(v)dv表示在速率附近，dv速率间隔内的分子数占总分子数的比率2.气体分子的运动速度及其分布平均速率图1.氢气和铝蒸汽分子在不同温度条件下的速度分布最可几速率方均根速率2.1气体分子运动论的基本概念3.气体分子的平均自由程一个气体分子在两次碰撞之间的平均距离：n:单位体积内的分子数；d:气体分子的直径4.单位面积上气体分子的碰撞频率即单位面积上气体分子的通量克努森方程因子1/4是对气体分子运

3、动方向和运动速度分布进行数学平均时得到的一个系数。1.1气体分子运动论的基本概念衬底完全被一层分子覆盖所需时间：N为表面原子密度常温常压下，洁净表面被杂质完全覆盖所需时3.510-9s,而在10-8Pa的高真空中，这一时间为10h。所以在薄膜制备技术中获得和保持适当的真空度是很重要的。5真空度真空度的常用单位为帕（Pa)或托（Torr):1Torr=133Pa真空度可分为：低真空：102Pa工业应用（包装）中真空：102~10-1PaCVD沉积技术高真空：10-1~10-5Pa溅射沉积技术超高真空：10-

4、5Pa原子表面和界面分析2.1气体分子运动论的基本概念2.2气体的流动状态和真空的获得1.气体的流动状态气体的无规则热运动本身不能导致气体的宏观流动，只有在空间存在压力差的条件下，气体作为一个整体才会产生宏观的定向流动。气体流动取决于容器形状，气体气压，温度及气体种类。2.2气体的流动状态和真空的获得气体流动状态分类分子流状态:分子间无相互碰撞（高真空度）粘滞流状态分子间碰撞平繁（中、低真空度）层流状态：低速流情况涡流状态：高速流情况2.2气体的流动状态和真空的获得气体流动可按克努森准数来划分：Kn=D/D为

5、容器尺寸；为平均自由程分子流状态：Kn1中间状态：Kn=1~110粘滞流状态：Kn110图1.2气体流动状态与真空系统尺寸和气体压力之间的关系2.气体管路的流导真空管路中气体的通过能力，流导C定义为P1和P2为管路两断的气压，Q为单位时间内通过管路的气体流量。对分子流状态的气体：流导与气体压力无关A：管路截面积对粘滞流，流导随气体的压力呈现复杂变化2.2气体的流动状态和真空的获得流导的串联和并联2.2气体的流动状态和真空的获得泵1泵2真空室真空室泵1泵2并联可以提高抽速串联可以提高极限真空度并联流导串联流

6、导2.2气体的流动状态和真空的获得3.真空抽速真空泵的抽速S定义为P为真空泵入口处的气压，Q为单位时间内通过该处的气体流量抽速S和流导C的物理意义：－S特指一个截面上的气体流速－C描述真空部件的气体通过能力，它使流动着的气体形成一定程度的压力降低2.2气体的流动状态和真空的获得(a)流量各处相等：Q=C(P-Pp)=SpPp实际抽速：无回流有回流流量极限真空实际抽速(b)泵对容器的实际抽速S永远小于泵的理论抽速，也永远小于管路的流导C真空的获得低真空：初级泵P102Pa真空泵分类：输运式：采用对气体进行压缩的

7、方式将气体分子输送至真空系统之外捕获式：依靠在真空系统内凝集或吸附气体分子的方式将气体分子捕获，排除于真空系统之外。真空存在于一个封闭的且压力比周围大气压小很多的环境中。真空的获得中级真空和高级真空的获得，需要初级泵和高级泵共同作用初级泵为高级泵抽气工作原理：依靠偏心连杆机构驱动滑阀，在滑阀运动时，气体经由吸气口被吸入泵体内，然后在滑阀压缩下经排气阀排出泵体工作参数：理论抽速：Sp=Vf(V为转子与定子间的体积；f为转速）实际抽速：10-500L/s极限真空：单级为103Pa；两级串联为1Pa特点与使用单独使用

8、或用作其它泵的前级泵，低真空系统。缺点：油污染。2.3真空泵简介（1）滑阀式（往复式）真空泵滑阀式真空泵的结构示意图油的作用：运动部件间的密封，对机械部件润滑。工作原理：依靠放置在偏心转子中的可以滑进滑出的旋片，将气体隔离，压缩，然后排出泵体之外。工作参数：理论抽速：Sp=Vf:(V为转子与定子间的体积；f为转速）实际抽速：1-300L/s极限真空：单级为1Pa；两级串联为10-2Pa