薄膜真空技術(shù).ppt

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1、真空設(shè)備為什么鍍膜需要真空環(huán)境？膜料基板液態(tài)氣態(tài)物理氣相淀積(PVD,physicalvapordeposition)化學(xué)氣相淀積(CVD,chemicalvapordeposition)氣相淀積的優(yōu)勢:牢固，外延生長（液相？）轉(zhuǎn)移到基板表面固態(tài)：箔金鍍膜的一般過程：n=7.2?1022(P/T)真空的基本知識一)真空的定義;二)度量單位;三)區(qū)域劃分;四)真空在薄膜制備中的作用一)真空的定義真空是指壓力低于一個大氣壓的任何氣態(tài)空間.P=1.33?10-4帕,T=293K,n=3.2?1010個/厘米3“相對真空”一個分子在兩次碰撞之間所占據(jù)的體積:L?d2V=N?L?d

2、2P=nkTL=kT/?d2P二)真空的表示:壓強(qiáng)大小表示真空.1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝101325Pa（牛頓／米2）1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=760(Torr)=1.013x105Pa≈105Pa在真空技術(shù)中,除國際單位制的壓力單位Pa外，常以托（Torr）作為真空度的單位。1托等于1毫米高的汞柱所產(chǎn)生的壓力:1Torr＝133Pa微觀參量之間的關(guān)系:壓強(qiáng),“自由程(L,氣體分子間相鄰兩次碰撞的距離)”,分子密度(n)壓強(qiáng)高:真空度低;壓強(qiáng)低:真空度高Pa(Pascal,SI,帕斯卡);巴(bar):1bar=105Pa三）真空區(qū)域大致劃分真空劃分壓力分子運(yùn)動狀態(tài)PaTorr

3、低真空105～102760～1粘滯流viscousflow中真空102～10-11～10-3中間流（過渡流）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)真空在薄膜制備中的作用減少蒸發(fā)分子與殘余氣體分子的碰撞：f=1-e-d/l抑制反應(yīng)蒸發(fā)分子(F)與殘余氣體分子(N)到達(dá)基板的速率N/F?10-1：P=10-4-10-5Pa真空的獲得一)機(jī)械泵;二)分子泵和羅茨泵;三)擴(kuò)散泵;四)吸附泵;五)濺射離子泵;六)升華泵真空泵的主要參數(shù)抽氣速率：

4、單位時間內(nèi)泵的抽氣能力極限真空：泵所能獲得的最低壓強(qiáng)工作范圍：泵能正常工作的壓強(qiáng)范圍S抽速Sm最大抽速單位時間內(nèi)氣體流過抽氣系統(tǒng)中任何截面的體積稱為體積流量，單位為升/秒，與氣體密度無關(guān)旋片機(jī)械泵常見的機(jī)械泵有旋片式、定片式和滑閥式等。旋片式的噪聲小，運(yùn)行速度高，被廣泛應(yīng)用在真空鍍膜機(jī)上。主要結(jié)構(gòu)如右圖所示機(jī)械泵的工作原理是基于玻意耳-馬略特定律的基礎(chǔ)上的PV＝K（1.1）式其中K是與溫度有關(guān)的常數(shù)右圖表示機(jī)械泵轉(zhuǎn)子在連續(xù)旋轉(zhuǎn)過程中的四個典型位置。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，不斷進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣的過程。假設(shè)被抽容積為V，初始壓強(qiáng)為P0,泵內(nèi)空腔體積為△V，旋片轉(zhuǎn)過半周后，根據(jù)（1

5、.1）式則壓強(qiáng)P1為P1（V+△V）＝P0V即N個循環(huán)后機(jī)械泵的定子和轉(zhuǎn)子間存在影響抽真空的有害空間,泵的抽速隨著壓強(qiáng)降低而減小。為了減少有害空間的影響通常采用雙級泵，雙級泵由兩個轉(zhuǎn)子串連而成，其中一個轉(zhuǎn)子的出氣口為另一個轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣口，這樣可以將極限真空的單極泵的1Pa提高到10-2Pa機(jī)械泵油的作用非常重要，它起著很好的密封和潤滑作用。泵油基本要求是低的飽和蒸氣壓，一定的粘度和較高的穩(wěn)定性。但是普通機(jī)械泵對于抽走水蒸氣等可凝氣體有很大困難。當(dāng)蒸氣在腔內(nèi)壓縮，壓強(qiáng)達(dá)到飽和蒸氣壓時，水蒸氣就開始凝結(jié)成水，并與泵油形成一種懸濁液。不僅影響泵油的密封和潤滑，還會造成泵壁生銹。為

6、此在氣體尚未被壓縮前，通過氣鎮(zhèn)閥滲入一定量的氣體來幫助打開排氣閥片，減少水氣的凝結(jié)。氣鎮(zhèn)閥在抽氣的起始階段使用不會影響極限真空，但是到了一定程度后繼續(xù)使用就會降低泵可以達(dá)到的極限真空羅茨泵左轉(zhuǎn)子由0°轉(zhuǎn)到180°的抽氣過程：在0°位置時（圖a）左轉(zhuǎn)子從泵入口封入v0體積的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)到45°位置時（圖b），該腔與排氣口相通。由于排氣側(cè)壓強(qiáng)較高，引起一部分氣體返沖過來。當(dāng)轉(zhuǎn)到90°位置時（圖c）左轉(zhuǎn)子封入的氣體，連同返沖的氣體一起排向泵外。這時，右轉(zhuǎn)子也從泵入口封入v0體積的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到135°時（圖d）右轉(zhuǎn)子封入的氣體與排氣口相通，重復(fù)上述過程。轉(zhuǎn)子主軸旋轉(zhuǎn)一周共排

7、出四個v0體積的氣體羅茨泵的轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行且沒有卡住的危險。由于羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故工作時需要前級泵在1Pa左右的壓強(qiáng)范圍內(nèi)其有相當(dāng)大的抽氣速率，在這范圍內(nèi)機(jī)械泵的抽速很小，擴(kuò)散泵還只剛剛開始工作。羅茨泵可以彌補(bǔ)上述兩種真空泵抽氣速率的脫節(jié)。羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結(jié)構(gòu)和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空由于以上特點(diǎn)羅茨泵時常被串連使用渦輪分子泵原理：氣體分子被高速轉(zhuǎn)動的渦輪片撞擊，向出口運(yùn)動；多級速度：30,000-60,000rpm；轉(zhuǎn)