薄膜真空技术.ppt

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1、真空设备为什么镀膜需要真空环境？膜料基板液态气态物理气相淀积(PVD,physicalvapordeposition)化学气相淀积(CVD,chemicalvapordeposition)气相淀积的优势:牢固，外延生长（液相？）转移到基板表面固态：箔金镀膜的一般过程：n=7.21022(P/T)真空的基本知识一)真空的定义;二)度量单位;三)区域划分;四)真空在薄膜制备中的作用一)真空的定义真空是指压力低于一个大气压的任何气态空间.P=1.3310-4帕,T=293K,n=3.21010个/厘米3“相对真空”一个分子在两次碰撞之间所占据的体积:Ld2V=N•Ld

2、2P=nkTL=kT/d2P二)真空的表示:压强大小表示真空.1标准大气压＝101325Pa（牛顿／米2）1标准大气压=760mmHg=760(Torr)=1.013x105Pa≈105Pa在真空技术中,除国际单位制的压力单位Pa外，常以托（Torr）作为真空度的单位。1托等于1毫米高的汞柱所产生的压力:1Torr＝133Pa微观参量之间的关系:压强,“自由程(L,气体分子间相邻两次碰撞的距离)”,分子密度(n)压强高:真空度低;压强低:真空度高Pa(Pascal,SI,帕斯卡);巴(bar):1bar=105Pa三）真空区域大致划分真空划分压力分子运动状态PaTorr

3、低真空105～102760～1粘滞流viscousflow中真空102～10-11～10-3中间流（过渡流）intermediateflow高真空10-1～10-510-3～10-7分子流molecularflow超高真空〈10-5〈10-7分子流moleculareffusion四)真空在薄膜制备中的作用减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞：f=1-e-d/l抑制反应蒸发分子(F)与残余气体分子(N)到达基板的速率N/F10-1：P=10-4-10-5Pa真空的获得一)机械泵;二)分子泵和罗茨泵;三)扩散泵;四)吸附泵;五)溅射离子泵;六)升华泵真空泵的主要参数抽气速率：

4、单位时间内泵的抽气能力极限真空：泵所能获得的最低压强工作范围：泵能正常工作的压强范围S抽速Sm最大抽速单位时间内气体流过抽气系统中任何截面的体积称为体积流量，单位为升/秒，与气体密度无关旋片机械泵常见的机械泵有旋片式、定片式和滑阀式等。旋片式的噪声小，运行速度高，被广泛应用在真空镀膜机上。主要结构如右图所示机械泵的工作原理是基于玻意耳-马略特定律的基础上的PV＝K（1.1）式其中K是与温度有关的常数右图表示机械泵转子在连续旋转过程中的四个典型位置。随着转子的旋转，不断进行吸气、压缩和排气的过程。假设被抽容积为V，初始压强为P0,泵内空腔体积为△V，旋片转过半周后，根据（1

5、.1）式则压强P1为P1（V+△V）＝P0V即N个循环后机械泵的定子和转子间存在影响抽真空的有害空间,泵的抽速随着压强降低而减小。为了减少有害空间的影响通常采用双级泵，双级泵由两个转子串连而成，其中一个转子的出气口为另一个转子的进气口，这样可以将极限真空的单极泵的1Pa提高到10-2Pa机械泵油的作用非常重要，它起着很好的密封和润滑作用。泵油基本要求是低的饱和蒸气压，一定的粘度和较高的稳定性。但是普通机械泵对于抽走水蒸气等可凝气体有很大困难。当蒸气在腔内压缩，压强达到饱和蒸气压时，水蒸气就开始凝结成水，并与泵油形成一种悬浊液。不仅影响泵油的密封和润滑，还会造成泵壁生锈。为

6、此在气体尚未被压缩前，通过气镇阀渗入一定量的气体来帮助打开排气阀片，减少水气的凝结。气镇阀在抽气的起始阶段使用不会影响极限真空，但是到了一定程度后继续使用就会降低泵可以达到的极限真空罗茨泵左转子由0°转到180°的抽气过程：在0°位置时（图a）左转子从泵入口封入v0体积的气体。当转到45°位置时（图b），该腔与排气口相通。由于排气侧压强较高，引起一部分气体返冲过来。当转到90°位置时（图c）左转子封入的气体，连同返冲的气体一起排向泵外。这时，右转子也从泵入口封入v0体积的气体。当转子继续转到135°时（图d）右转子封入的气体与排气口相通，重复上述过程。转子主轴旋转一周共排

7、出四个v0体积的气体罗茨泵的转子之间、转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行且没有卡住的危险。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故工作时需要前级泵在1Pa左右的压强范围内其有相当大的抽气速率，在这范围内机械泵的抽速很小，扩散泵还只刚刚开始工作。罗茨泵可以弥补上述两种真空泵抽气速率的脱节。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空由于以上特点罗茨泵时常被串连使用涡轮分子泵原理：气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动；多级速度：30,000-60,000rpm；转