真空技術入門資料.docx

1、真空技術入門真空：低于一個大氣壓的氣體狀態(tài)。1643 年，意大利物理學家托里拆利(E.Torricelli) 首創(chuàng)著名的大氣壓實驗，獲得真空。自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存在于宇宙空間。人為真空：用真空泵抽掉容器中的氣體。真空量度單位1 標準大氣壓 =760mmHg=760(Torr)1 標準大氣壓 =1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa真空區(qū)域的劃分目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，常見的劃分為：粗真空105-103pa(760-10Torr)低真空103-10-1pa(10-10-3Torr)高真空10-1-10-6pa(10-3-10-8Torr)超高真空10-6-10-10pa(

2、10-8 -10-12Torr)極高真空10-10pa(p2，實現(xiàn)了抽氣。真空泵的分類氣體傳輸泵 : 是一種能將氣體不斷地吸入并排出泵外以達到抽氣目的的真空泵，例如旋片機械泵、油擴散泵、渦輪分子泵。氣體捕集泵 : 是一種使氣體分子短期或永久吸附、凝結在泵內表面的真空泵，例如分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵、低溫泵和吸氣劑泵。真空泵的主要參數(shù)抽氣速率 : 定義為在泵的進氣口任意給定壓強下， 單位時間內流入泵內的氣體體積或表示為：其中， Q 為單位時間內流入泵的氣體量。泵的抽氣速率S 并不是常數(shù)，隨 P而變。極限壓強： Pn(極限真空 )最高工作壓強： Pm工作壓強范圍（ Pn-Pm）：泵能正常

3、工作的壓強范圍幾種常用真空泵的工作壓強范圍：旋片機械泵 105-10-2pa吸附泵 105-10-2pa擴散泵 100-10-5pa渦輪分子泵 101-10-8pa濺射離子泵 100-10-10pa低溫泵 10-1-10-11pa幾種常用真空泵的工作原理旋片機械泵工作過程是：吸氣 壓縮 排氣。定子浸在油中起潤滑，密封和堵塞縫隙的作用。主要參量是：抽速和極限壓強。由于極限壓強較高，常用做前級泵 (預抽泵 )。旋片式機械泵油擴散泵工作過程是：油蒸發(fā) 噴射 凝結，重復循環(huán)由于射流具有高流速 (約 200 米/秒)、高密度、高分子量 (300500)，故能有效地帶走氣體分子。擴散泵不能單獨使用，一般采

4、用機械泵為前級泵，以滿足出口壓強 ( 最大40Pa)，如果出口壓強高于規(guī)定值，抽氣作用就會停止。1. 水冷套；2. 噴油嘴；3. 導流管； 4. 泵殼；5. 加熱器渦輪分子泵工作過程是：高速旋轉葉片(30000 轉/分 )對氣體分子施以定向動量壓縮 排氣。優(yōu)點：無油，潔凈，啟動快，制動快，可忍受大氣沖擊。缺點：由于高速旋轉，不能在磁場中使用， 否則會產生渦流， 導致葉輪發(fā)熱、變形等嚴重后果，對氫氣等輕質氣體抽速較小，價格昂貴。1. 動葉輪； 2. 泵殼； 3. 渦輪排； 4. 中頻電動機； 5. 底座；6. 出氣口法蘭； 7. 潤滑油池； 8. 靜葉輪； 9. 電機冷卻水管 .真空的測量 真空

5、計絕對真空計直接測量真空度的量具，如U 型計、壓縮真空計 (麥克勞真空計 )。壓縮型真空計測量范圍： 103 10-3 PaU 型計測量范圍： 105 10 Pa相對真空計直接測量與壓強有關的物理量，再與絕對真空計相比較進行標定的真空計。熱偶真空計 (熱傳導真空計 )測量范圍： 100 -10-1Pa測量下限：熱絲溫度較高， 氣體分子熱傳導很小， 熱絲引線本身的熱傳導和熱輻射引起的熱量減小占主導地位，這兩部分與壓強無關。熱電偶規(guī)管及其電路原理熱陰極電離真空計原理：電子與氣體分子碰撞引起分子電離，形成電子和正離， 電子最終被加速極收集，正離子被收集極接收形成離子流：I + = kI e p =

6、cp其中， k 稱為電離計的靈敏度，是單位電子電流、單位壓強下的離子流。測量范圍： 1.3310-1 1.33 10-5 Pa測量下限：高速電子打到加速極G G 產生軟 x 射線 軟 x 射線射向收集極 c 收集極 c 產生光電發(fā)射 產生電子流 Ix Ix 與 I+方向相反，與壓強無關。電離規(guī)管電離計線路圖理論解釋：當 p 較高時， kx / p k，此時I +與壓強無關B A 真空計 (超高真空熱陰極電離計 )50 年代初， Bayard 和 Alpert經過改進電離規(guī)， 減小光電流，減小受照面積，制成 B-A 規(guī)，收集極面積減小了1001000 倍，測量下限也降低100 1000 倍。0.

7、2mm 的鎢絲測量下限可達 10-8 10-9 pa4 m 的鎢絲測量下限可達 10-10 paB-A 真空規(guī)管1. 離子收集極； 2. 加速極（柵極） 3. 陰極燈絲； 4. 外殼真空鍍膜真空濺射：當高能粒子 (電場加速的正離子 )打在固體表面時，與表面的原子、分子交換能量，從而使這些原子、分子飛濺出來。真空蒸發(fā)：在真空中把制作薄膜的材料加熱蒸發(fā)，使其淀積在適當?shù)谋砻嫔?。真空蒸發(fā)鍍膜簡介真空系統(tǒng) (DM 300 鍍膜機 )真空系統(tǒng) (DM 300 鍍膜機 )蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)源蒸發(fā)源的形狀如下圖，大致有螺旋式(a)、籃式 (b)、發(fā)叉式 (c)和淺舟式(d)等。蒸發(fā)源膜厚的計算在真空中氣體分子的平均自由程為：L = 0.65 / p (cm)，其中 p 的單位是 Pa。當 p = 1.310-3 Pa 時，L 500 cm。L 基片到蒸發(fā)源的距離，分子作直線運動。設蒸發(fā)源為點蒸發(fā)源，單位時間內通過任何方向一立體角d的質量為：蒸發(fā)物質到達任一方向面積元ds 質量為：設蒸發(fā)物的密度為，單位時間淀積在ds 上的膜厚為 t，則：比較以上兩式可得：對于平行平面 ds， =，則上式為：由：可得：在點源的正上方區(qū)域(=0)時：薄膜厚度的測量干涉顯微鏡法干涉條紋間距0，條紋移動，臺階高為測出0 和，即可測得膜厚t，其中為單色光波長，如用白光，取稱重法如果薄膜面積