真空薄膜介绍.doc

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1、真空薄膜介紹輔仁大學物理系凌國基老師24真空薄膜介紹一、「真空」是什麼在一個空間內，如果其氣壓低於一個大氣壓的氣體狀態，即稱為真空。任何一個罐子，我們抽一些氣體出來，裡面的氣壓比外面低，這時候我們就稱之為「真空」，因此，真空是很容易得到的。人類至今尚未在宇宙間找到絕對真空的地方，科學家也沒有造出一個壓力等於零的空間。1.真空的單位1托耳（torr）＝1/760大氣壓力＝1毫米水銀柱壓力1毫巴（millibar）＝3/4托耳1大氣壓＝1013毫巴2.平均自由徑（meanfreepath）氣體分子在運動時，各個分子在碰撞到其他

2、分子前，所行走之距離的平均值稱為氣體的平均自由徑（meanfreepath），通常以符號「λ」表示之，單位為公分。在常溫20℃時（溫度越高，分子運動速度越快）6.45×10-3/P公分P：單位為豪巴5×10-3/P公分P：單位為托耳壓力à1×10-3torr約為「濺鍍」的工作氣壓。平均自由徑1×10-3torr5cm1×10-4torr50cm1×10-5torr5m1×10-6torr50m1×10-7torr500m1×10-8torr5km1×10-9torr50km1×10-10torr500km表一-2.1、氣壓

3、單位為torr之各種壓力範圍之平均自由徑從表一-2.1可知，1×10-10torr的平均自由徑為500公里，那為什麼需要用到1×10-10torr，500公里呢？當我們做的是加速器碰撞的時候，如果裡面的分子走了1公里就會撞到其他分子，那永遠達不到我們所要的速度；所以加速器就需要幾十公里的平均自由徑，也就是說加速器內部需要抽到1×10-10torr這麼低的真空度。例如同步輻射儀所需的工作氣壓約為1×10-12torr，其平均自由徑為5萬公里，也就是大概跑了5萬公里才有一半的機率會產生碰撞。241.氣體撞擊率「氣體撞擊率」是指

4、，單位時間內，氣體分子撞擊在單位面積上的分子數。＝3.5×1022[P/]M：分子量T：絕對溫度（°K）P：壓力（托耳，torr）在常溫20℃時，＝3.8×1020P分子/公分2·秒＝3.8×106P分子/nm2·秒1nm（奈米）＝10Å1cm＝10mm＝107nm＝108Å假設在常溫20℃下，某種金屬的latticeconstant3Å＝0.3nm，其平面上平均一個分子所佔的面積大約為0.1nm2，空氣分子打到固體上一個分子的氣體撞擊率為＝3.8×105P分子/秒※「latticeconstant」是指，某種物質其組成分

5、子間的最短晶格距離。壓力平均撞擊率1×10-3torr380次/秒1×10-4torr38次/秒1×10-5torr3.8次/秒1×10-6torr0.38次/秒1×10-7torr23次/分1×10-8torr2.3次/分1×10-9torr0.23次/分1×10-10torr1.38次/小時表一-3.1、0.1nm2面積（大約一個分子所佔的面積）被氣體撞擊的撞擊率與氣壓的關係表24我們在鍍金屬膜的時候，腔體不可能完全抽到真空，裡面還會剩下氣體，當我們抽到1×10-7~1×10-9torr的時候裡面剩下的大部分是水氣，到

6、了1×10-12torr以下大部分是氫氣，所以在我們大部分可以處理的範圍，剩下的氣體都是水氣。由表一-3.1可知，當我們抽到1×10-8torr的時候，每分鐘水分子會撞到金屬小面積是2.3次，如果是1×10-9torr是0.23次，如果是1×10-10torr每小時大概只撞到1次。水分子撞到金屬1次不見得會氧化，但是如果撞到很多次就會氧化了。而我們在鍍金屬時，希望的是沒有氧化物的產生，例如鍍銅的時候如果因為有水氣而產生氧化銅，那電阻就會增大。用濺鍍的方法鍍銅很快，假設鍍膜時間5分鐘，我們鍍的厚度是1000Å，而1000Å若

7、銅分子大小大約為3Å則表示大約有300層的銅分子；如果我們鍍的時候背景壓力為1×10-10torr，由表一-3.1可之，這時候1小時的平均撞擊率為每小時1.38次。（次）à由此可知，當我們鍍300層，平均撞擊率約為0.1次，那產生氧化物的機率就更小了。那如果有一個人比較偷懶，抽到1×10-6torr就開始鍍膜，從表一-3.1可知其平均撞擊率為每秒0.38次，每分鐘約為23次；如果要鍍的厚度是1000Å的話，需要5分鐘，平均撞擊率則約為114次，算式如下：（次）（次）假設每撞10次才有一次產生氧化作用，那我們就可以去算這裡面

8、的含氧量是多少，這就是這個表的功用。金、銀跟氧、水氣幾乎不會起作用，因此抽到1×10-3torr去鍍，鍍出來就很漂亮；但是如果是鍍鋁、銅或是鉻，那麼情況就完全不一樣了。鋁、銅、鉻很容易和氧起作用，很可能撞擊一次就會起作用，這時候就要由這個表來看，我們要鍍的多快才不會產生氧化作用。假設我們要鍍的厚度是10