設(shè)備工藝真空及薄膜基礎(chǔ)

真空及薄膜基礎(chǔ)

我們生產(chǎn)的為非晶硅薄膜太陽能電池，了解PECVD設(shè)備及工藝需要對真空鍍膜有一個了解，并且對半導(dǎo)體物理及薄膜知識有一定的認識。我們先對薄膜的概念做一個粗略的了解。薄膜：在嚴格的學(xué)術(shù)意義上，認為只有聚集厚度小于某一特征厚度的材料才是真正的薄膜，否則便是一般的薄材料。特征厚度：是利用物質(zhì)的某些基本性質(zhì)在物質(zhì)聚集厚度很薄的情況下會發(fā)生異常變化的現(xiàn)象而確定的，即當(dāng)被選定為參考的某一物理性質(zhì)或機械性質(zhì)開始顯示出不同于它通常所具有的特點時的厚度，便是給物質(zhì)的薄膜特征厚度。可以認為薄膜是一種二維的材料。沉積技術(shù)：氣相沉積（將構(gòu)成薄膜的物質(zhì)氣化后在沉積到襯底上）液相沉積（在液體中沉積鍍膜）氣相沉積：比較容易控制薄膜的組分液相沉積：在接近于熱平衡的條件下成膜，能獲得較好的膜質(zhì)。氣相沉積又分物理氣相沉積（physicalvapordeposition）和化學(xué)氣相沉積（chemicalvapordeposition）一些基本概念薄膜制備方法滲入法沉積法化合擴散離子注入氣相擴散固態(tài)擴散氣相沉積液相沉積pvdcvd真空蒸鍍離子鍍?yōu)R射化學(xué)反應(yīng)法等離子體cvd熱分解法電鍍化學(xué)反應(yīng)鍍膜鍍膜常用方法列表氣相沉積成膜的一般過程：1原料及襯底的預(yù)處理（清潔等）2原料的氣化

1)以分子、原子、離子等形態(tài)向真空發(fā)射(pvd的氣化方式)

蒸發(fā)、升華濺射電離離化2）以化合物形式氣化（cvd的氣化方式）3將粒子輸運到襯底上1）分子、原子、離子的飛行（pvd的輸運方式）

2）擴散（cvd的輸運方式）4粒子在襯底上析出

1）附著（真空蒸鍍，cvd）

2）楔入（濺射、離子鍍）5薄膜的形成熱運動碰撞結(jié)合非晶薄膜太陽能電池生產(chǎn)需要的鍍膜方式：1LPcvd鍍TCO導(dǎo)電層2pecvd鍍非晶硅薄膜3磁控濺射鍍氧化鋅減反層和鋁背電極或mocvd鍍氧化鋅膜層薄膜的主要性能膜厚：越均勻越好，一般應(yīng)控制在一個范圍以內(nèi)比如5%，這與玻璃基板尺寸有關(guān)膜表面形貌：通過掃描電子顯微鏡（SEM）投射電子顯微鏡（TEM）等分析表明顆粒狀態(tài)，可獲得薄膜表面的致密情況，缺陷狀態(tài)，退火處理對膜表面的影響等信息。膜機構(gòu)特性：用X射線衍射分析膜的組成成分，可獲得膜的純度等信息。膜應(yīng)力：薄膜內(nèi)部的應(yīng)力越小越好，通過退火處理可最大程度的釋放膜的內(nèi)部應(yīng)力。膜與襯底的接觸特性：主要是指薄膜與襯底之間的附著力，當(dāng)然附著力越強越好，可避免薄膜出現(xiàn)缺失，開路等膜的致密性：主要指的是膜層的硬度和抗磨性。避免外界劃傷引起的開路現(xiàn)象膜的化學(xué)，熱穩(wěn)定性。針對金屬膜層：要求制備出的金屬膜層的電阻率盡可能低，接近體電阻率薄膜分析常用方法匯總掃描電鏡SEM主要分析表面信息,分辨率一般10nm以上,制樣簡單透射電鏡TEM主要分析結(jié)構(gòu)信息，分辨率小于1個原子，制樣困難XRD也是分析結(jié)構(gòu)信息，但是不能分析微區(qū)結(jié)構(gòu)信息作薄膜，XRD給出方向，SEM選擇好的區(qū)域，TEM深入分析，這是一個組合拳。膜厚測量：臺階儀，橢偏儀等真空知識真空：低于一個大氣壓的狀態(tài)就是真空。真空度：真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度。標準環(huán)境條件：溫度20℃，相對濕度65%，大氣壓力101325Pa。真空特點：氣體分子平均自由程大;單位面積上分子與固體表面碰撞幾率變?。粴怏w分子密度低；剩余氣體對沉積膜的摻雜減小。要想獲得高品質(zhì)的薄膜就必須有一個比較理想的本底真空。常用單位及換算：1Psi=1磅/平方英寸1Pa=1N/m2真空泵：用以產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。分氣體傳輸與捕集兩種。平均自由程：一個分子每連續(xù)與其他兩個氣體分子碰撞所走過的路程，叫做自由程。相當(dāng)多自由程的平均值叫做平均自由程。粘滯流：氣體分子平均自由程遠小于導(dǎo)管最小界面尺寸的流態(tài)。此時的流動取決于氣體的粘滯性，粘滯流可以使層流或滯流。中間流：在層流和分子流之間狀態(tài)下分子通過導(dǎo)管的流動。分子流：氣體分子平均自由程遠大于導(dǎo)管截面最大尺寸的流態(tài)。流量：單位時間通過某一界面的氣體體積。常溫下大氣壓力與大氣分子平均自由程的關(guān)系不同真空狀態(tài)下真空工藝應(yīng)用粗真空（100000-1000Pa）：氣體狀態(tài)與常壓相比只是分子數(shù)量的減少，沒有氣體空間特性的變化，分子間碰撞頻繁，此時的吸附氣體釋放可以不予考慮，氣體運動以粘滯流為主。主要是利用壓力差產(chǎn)生的力來實現(xiàn)真空力學(xué)應(yīng)用（真空吸引或運輸固體、液體、膠體等，真空吸盤起重，真空過濾）。低真空（1000-0.1Pa）：氣體分子間，分子與器壁間碰撞不相上下，氣體分子密度較小，氣體釋放也可不考慮，氣體運動以中間流為主。利用氣體分子密度降低可實現(xiàn)無氧化加熱，利用氣壓降低時氣體的熱傳導(dǎo)和對流逐漸消失的原理可以實現(xiàn)真空隔熱及絕緣，利用壓強降低液體沸點也降低的原理實現(xiàn)真空冷凍和真空干燥（黑色金屬真空熔煉脫氣，真空絕緣和真空隔熱，真空冷凍及干燥，高速空氣動力學(xué)實驗中的低壓風(fēng)洞）。高真空（0.1-0.000001Pa）：氣體分子間相互碰撞極少，氣體分子與器壁間碰撞頻繁，氣體運動以分子流為主，此時的氣體釋放是影響真空度及抽氣時間的一個主要原因。利用氣體分子密度低，任何物質(zhì)與氣體殘余分子發(fā)生化學(xué)作用微弱的特點進行真空冶金，真空鍍膜（超純金屬、半導(dǎo)體材料的真空提純及精制，真空鍍膜，離子注入、干法刻蝕等表面改性，真空器件的生產(chǎn)：光電管、各種粒子加速器等）。超高真空（>0.0000001Pa）：氣體分子與器壁的碰撞次數(shù)極少，氣體空間只有固體本身的原子，幾部沒有別的分子或原子的存在，此時壓強的升高除了泄漏外主要就是器壁分子的釋放。應(yīng)用：宇宙空間環(huán)境的模擬，大型同步質(zhì)子加速器的運轉(zhuǎn)。常用密密封方方式O型密封封圈（（擠壓壓密封封），，特種種橡膠膠材質(zhì)質(zhì)，一一般用用于腔腔室與與門的的密封封，真真空閥閥門，，真空空計的的銜接接處的的密封封等。。鋼質(zhì)波紋管管（液壓成成型、焊接接成型），，用于真空空泵與真空空管路等的的銜接密封封，因其可可形變，配配合密封圈圈使用。法蘭密封，，主要用于于電極同軸軸線的連接接等金屬密封（（O密封、C密封，E密封等）靠靠的是金屬屬的自緊作作用。焊接注：絕對的密封封是不存在在的，任何何材質(zhì)的腔腔室材料本本身都會有有氣體分子子滲入（一一般腔室都都制作的很很厚），各各密封處的的滲漏等，，腔室內(nèi)壁壁吸附分子子的釋放（（腔室都要要經(jīng)過特殊殊的內(nèi)壁處處理，減少少分子吸附附）等腔室內(nèi)壁對對氣體分子子的吸附與與脫附吸附：固體體表面對氣氣體分子的的捕獲。分物理吸附附和化學(xué)吸吸附。物理吸附：：由分子間間的吸引力力引起，沒沒有選擇性性，任何氣氣體都可在在固體表面面被吸附。。物理吸附附容易脫附附。低溫下下發(fā)生?；瘜W(xué)吸附：：由氣體與與固體表面面分子發(fā)生生化學(xué)反應(yīng)應(yīng)時產(chǎn)生，，不易脫附附，只在高高溫下發(fā)生生。真空中的吸吸附與脫附附?jīng)Q定于氣氣體壓強、、固體與氣氣體的化學(xué)學(xué)活性、固固體溫度、、固體表面面平整度、、清潔度等等。適當(dāng)加加熱有助于于物理脫附附。氣體的的電離將加加速吸附過過程，而活活潑金屬及及活性氣體體則容易發(fā)發(fā)生化學(xué)吸吸附。真空獲得本真真空空系系統(tǒng)統(tǒng)用用到到的的真真空空泵泵有有：：擴擴散散泵泵（（Diffusionpump），，小小油油封封機機械械泵泵(Holdingpump)，大大油油封封式式旋旋片片泵泵(Roughingpump)，羅羅茨茨增增壓壓泵泵(Blowerpump)，干干泵泵(Processpump)為了了獲獲得得更更好好的的真真空空效效果果及及抽抽氣氣速速率率通通常常采采用用真真空空泵泵組組合合機機組組來來實實現(xiàn)現(xiàn)。。工業(yè)業(yè)常常用用組組合合：：（（機機械械泵泵+擴散散泵泵））、、（（機機械械泵泵+分子子泵泵））本系系統(tǒng)統(tǒng)所所用用組組合合：：小小油油封封旋旋片片泵泵+擴散散泵泵大油油泵泵+增壓壓泵泵+擴散散泵泵干泵泵：：抽抽特特氣氣尾尾氣氣本真真空空系系統(tǒng)統(tǒng)用用到到羅羅茨茨泵泵的的變變速速靠靠的的是是液液力力聯(lián)聯(lián)軸軸器器，，液液壓壓聯(lián)聯(lián)動動技技術(shù)術(shù)主主要要用用于于輪輪船船驅(qū)驅(qū)動動等等方方面面，，目目的的就就是是防防過過載載，，保保護護馬馬達達。。液壓壓聯(lián)聯(lián)動動的的優(yōu)優(yōu)點點：：質(zhì)質(zhì)量量輕輕，，傳傳動動無無磨磨損損，，使使用用壽壽命命長長，，易易于于保保護護電電機機等等。。工作作過過程程：：氣體體從從入入口口進進入入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子和和定定子子之之間間偏軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子壓壓縮縮空空氣氣并并輸輸送送到到出出口口氣體體在在出出口口累累積積到到一一定定壓壓強強，，噴噴出出到到大大氣氣工作作范范圍圍及及特特點點：：Atmosphereto10-3torr耐用用，，便便宜宜由于于泵泵的的定定子子、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子都都浸浸入入油油中中，，每每周周期期都都有有油油進進入入容容器器，，有有污污染染。。要求機械泵油油有低的飽和和蒸汽壓、一一定潤滑性、、黏度和高穩(wěn)穩(wěn)定性。旋片式機械泵泵工作示意圖圖一般用油機械械泵粗抽真空空，不能使系系統(tǒng)真空度太太高，太高會會造成嚴重的的機械泵返油油反流，只要要達到高真空空泵工作范圍圍即可。油位控制吸入氣體粉塵塵多，油污染染問題，可在在泵入口加一一除塵裝置和和一過濾裝置置油乳化，吸入入氣體水蒸汽汽太多，可加加一氣鎮(zhèn)裝置置，或者在羅羅茨泵排氣口口加冷凝器（（乳化就是一一種液體離散散為很多微粒粒分散到另一一種液體中，，成為一種乳乳液）。吸入氣體溫度度過高，比如如高于50℃，應(yīng)采用氣冷冷羅茨泵對氣氣體降溫經(jīng)常檢查泵的的各部位溫度度，及時調(diào)節(jié)節(jié)冷卻水水量量。氣鎮(zhèn)的運用泵所抽取的氣氣體中通常會會包含一定量量的可凝性氣氣體，這種混混合氣體在泵泵內(nèi)壓縮排氣氣的過程中，，如果可凝性性氣體的分壓壓超過了泵溫溫下的飽和蒸蒸汽壓，那么么他們就會凝凝結(jié)，和泵油油混合，隨著著凝結(jié)物的累累加，最終會會導(dǎo)致泵油的的性能變差，，乃至乳化。。我們可以采用用氣鎮(zhèn)來防止止蒸汽凝結(jié)，，從而避免油油污染。具體體做法就是將將室溫干燥空空氣或氮氣從從氣鎮(zhèn)孔充入入泵體的壓縮縮腔，從而起起到一個稀釋釋的作用，使使壓縮后的蒸蒸汽分壓能保保持在泵溫狀狀態(tài)下的飽和和蒸氣壓之下下，因此蒸汽汽可以不被壓壓縮和其他氣氣體一起排出出泵外。氣鎮(zhèn)雖然能起起到排出蒸汽汽的目的但同同時也降低了了泵的抽速及及極限真空，，因此通常先先打開氣鎮(zhèn)閥閥排出蒸汽，，等過一段時時間就可關(guān)閉閉氣鎮(zhèn)閥，在在抽一會就可可達到泵的極極限真空。當(dāng)泵油被少量量凝結(jié)液污染染后可以通過過氣鎮(zhèn)來自凈凈化泵油：關(guān)關(guān)閉入口閥門門，打開氣鎮(zhèn)鎮(zhèn)閥，運行一一段時間，泵泵油即可恢復(fù)復(fù)。羅茨泵工作原原理羅茨泵壓縮氣氣體所需的功功率與壓差成成正比，一旦旦氣體壓差過過高，泵就可可能出現(xiàn)過載載現(xiàn)象，造成電機繞組組燒損.本羅茨泵使用用了液力聯(lián)軸軸器，使泵可可以無級調(diào)速速，平穩(wěn)起動動，能夠在高高壓差下工作作，起到保護馬達的的作用。羅茨泵分3種：低真空羅羅茨泵；中真真空羅茨泵（（機械增壓泵泵）；高真空空多級羅茨泵泵（干泵）。。液力聯(lián)軸器簡簡單介紹液力聯(lián)軸器是是一種靠液體體作為工作介介質(zhì)的非剛性性聯(lián)軸器。液力聯(lián)軸器安安裝與泵與電電動機之間，，其泵輪與渦渦輪組成一個個可使液體循循環(huán)流動的密密閉工作腔，，泵輪安裝在在輸入軸上，，渦輪裝在輸輸出軸上。電電動機帶動輸輸入軸旋轉(zhuǎn)時時，液體被離離心式泵輪甩甩出。這種高高速液體進入入渦輪后推動動渦輪旋轉(zhuǎn)，，將從泵輪獲獲得的能量傳傳遞給輸出軸軸。最后液體體返回泵輪，，形成周而復(fù)復(fù)始的流動，，即液力聯(lián)軸軸器靠液體來來實現(xiàn)電動機機與泵之間力力矩的傳遞。。液力聯(lián)軸器器輸入軸與輸輸出軸靠液體體聯(lián)系，工作作構(gòu)件間不存存在剛性連接接。因此其過過載保護性能能和啟動性能能好，載荷過過大而停轉(zhuǎn)時時輸入軸仍可可轉(zhuǎn)動，不致致造成馬達的的損壞;當(dāng)載荷減小時時，輸出軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加到接接近輸入軸的的轉(zhuǎn)速。液力聯(lián)軸器的的傳動效率等等于輸出軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入軸軸轉(zhuǎn)速之比，，一般正常的的轉(zhuǎn)速比在0.95以上可獲得比比較高的效率率。液力聯(lián)軸軸器的特性因因工作腔與泵泵輪、渦輪的的形狀不同而而有差異。羅茨泵的最大大壓差由液力力聯(lián)軸器所傳傳遞的最大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩來決定，，而液力聯(lián)軸軸器可傳遞的的最大轉(zhuǎn)矩可可由其中的液液體量來調(diào)節(jié)節(jié)。當(dāng)泵在高高壓差下工作作或與前級泵泵同事啟動時時，在液力聯(lián)聯(lián)軸器內(nèi)部就就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)速速差及會發(fā)生生滑動，即只只傳遞一定的的力矩，使泵泵減速工作。。隨著抽氣的的進行，氣體體負荷減小，，羅茨泵逐漸漸加速到額定定轉(zhuǎn)速，達到到最高抽氣效效率。羅茨泵特點：：在較寬壓強范范圍有較大的的抽速啟動快，迅速速工作對氣體中的灰灰塵和水蒸氣氣不敏感轉(zhuǎn)子不需油潤潤滑，提供比比較潔凈的工工作環(huán)境設(shè)備驅(qū)動功率率小，機械磨磨損小結(jié)構(gòu)緊湊，小小巧運行維護費用用低羅茨泵轉(zhuǎn)子冷冷卻問題泵連續(xù)長時間間工作會導(dǎo)致致轉(zhuǎn)子溫度的的升高，在10Torr量級范圍內(nèi)，，被抽氣體導(dǎo)導(dǎo)熱能力變的的很差，轉(zhuǎn)子子的散熱主要要是向泵腔輻輻射被帶走，，這樣會使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和泵腔存存在很大的溫溫度差，轉(zhuǎn)子子的熱膨脹可可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子子之間及于泵泵腔間隙的減減小乃至消失失，轉(zhuǎn)子就可可能被卡死，，乃至損壞。。轉(zhuǎn)子的冷卻一一般有兩種方方法:1.在出氣口加水水冷卻器，排排氣回流的氣氣體經(jīng)過熱交交換器變成了了低溫氣體，，它在通過間間隙返流時就就可以對轉(zhuǎn)子子進行冷卻;2.往主軸的頸部部內(nèi)孔通冷卻卻流體，進入入到轉(zhuǎn)子內(nèi)部部，進而通過過循環(huán)實現(xiàn)對對轉(zhuǎn)子的冷卻卻，通過負荷荷的大小來調(diào)調(diào)節(jié)油量的多多少，達到一一個合理的冷冷卻效果，通通過循環(huán)水來來冷卻油（內(nèi)內(nèi)冷卻方法存存在的最大缺缺陷是如轉(zhuǎn)子子內(nèi)部存在氣氣泡的話會引引起轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)不平衡，造造成泵的損壞壞）。蜂窩式熱交換換器的獨特構(gòu)構(gòu)造可以最大大化的實現(xiàn)冷冷卻效果，并并且避免Vs1與Vs2之間的氣體竄竄通，降低冷冷卻效果。為了實現(xiàn)最大大的冷卻效果果必須做到：：1.返流充氣迅速速完成，冷卻卻器截流作用用小，導(dǎo)流要要大。2.冷卻器對氣體體的熱交換要要充分，因此此就要有盡量量大的交換面面積。但是兩者又是是相矛盾的，，必須從氣體體流到狀態(tài)規(guī)規(guī)律和熱交換換規(guī)律兩方面面進行綜合考考慮，進行優(yōu)優(yōu)化選擇。當(dāng)然具體來說說需要考慮的的因素更多：：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，，壓差，氣體體溫度，冷卻卻水因素，泵泵腔體積等等等常出現(xiàn)問題油溫高：冷卻不好，箱箱體油位過高高，過濾器堵堵塞，油路堵堵塞，工作液液不合要求渦輪不轉(zhuǎn)：箱體油位過低低，過濾器堵堵塞，液壓泵泵入口漏氣軸端漏油：油封損壞，油油封沒安裝好好，聯(lián)軸器產(chǎn)產(chǎn)生吸油效應(yīng)應(yīng)（加一擋風(fēng)風(fēng)板）轉(zhuǎn)子卡死或損損壞：冷卻水問題泵突然停機：：冷卻水問題，，前級泵故障障導(dǎo)致羅茨泵泵出口壓力過過高，羅茨泵泵過載真空度降低：：前級泵故障或或性能變差，，管道泄露泵內(nèi)雜音：機件磨損，生生產(chǎn)氣體中有有較大磨耗性性顆粒進入泵泵體，因轉(zhuǎn)子子間，與泵腔腔間狹縫極小小（一般0.1-0.2mm）加之泵長期期運轉(zhuǎn)存在的的磨損都可能能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)產(chǎn)生碰擦，產(chǎn)產(chǎn)生異響。啟動順序問題題，液壓調(diào)速速和齒輪箱變變速（有無旁通閥閥）的區(qū)別泵一般應(yīng)該運運行一年進行行一次大檢修修：齒輪及軸軸承的磨損，，檢查密封裝裝置，更換密密封圈，檢查查轉(zhuǎn)子的腐蝕蝕情況，轉(zhuǎn)子子結(jié)垢情況，，泵腔腐蝕及及結(jié)垢情況。。擴散泵介紹油擴散泵是靠靠噴嘴高速噴噴射的硅油蒸蒸汽來將氣體體逐級壓縮至至排氣口，或或氣體分子溶溶入油中，等等油冷凝回流流被重新加熱熱然后氣體被被釋放到排氣氣口，然后被被前級泵帶走走達到抽真空空的目的。擴擴散泵抽速快快，構(gòu)造簡單單，無機械磨磨損構(gòu)件，無無噪聲污染，，但存在油污污染，需冷卻卻水和前級泵泵抽氣范圍：10-3to10-7Torr配合液氮冷阱阱使用可達10-9Torr冷阱可用極低低的溫度降低低氣體分子的的能量或?qū)⑵淦湮皆诶溱遐鍍?nèi)部，實現(xiàn)現(xiàn)更高的真空空。配合冷阱使用用雖然可以降低返油油，但是同時也降低低了擴散泵的抽速，，比如一個幾乎可以以完全防止返油的冷冷阱可以降低30%左右的抽速，但是卻卻可以提高極限真空空度。擴散泵與分子子泵的比較擴散泵與分子子泵都可以獲獲得高真空，，都不能直抽抽大氣，都需需要配備前級級泵。擴散泵泵：構(gòu)構(gòu)造簡簡單，，無機機械磨磨損構(gòu)構(gòu)件，，無噪噪聲污污染，，抽速速快，，相對對便宜宜，體體積大大，能能耗高高，存存在油油污染染（配配合冷冷阱可可極大大的降降低返返油））。分子泵泵：能能耗低低，體體積小小，極極限真真空高高，潔潔凈泵泵，設(shè)設(shè)計復(fù)復(fù)雜，，噪聲聲大，，價格格昂貴貴。油擴散散泵真真空系系統(tǒng)操操作注注意事事項油擴散散泵真真空系系統(tǒng)中中任何何一個個閥門門的誤誤操作作都會會使泵泵收到到損傷傷，可可能使使擴散散泵泵泵油反反流到到真空空腔室室，造造成污污染。。前級級管道道上的的漏孔孔、機機械泵泵油位位高度度不適適當(dāng)或或前級級管道道閥門門的失失靈都都會使使前級級壓力力超過過臨界界值，，當(dāng)前前級壓壓力超超過臨臨界值值時，，擴散散泵油油就會會迅速速反流流到真真空室室中。。雖然然現(xiàn)現(xiàn)在在基基本本是是系系統(tǒng)統(tǒng)的的全全自自動動控控制制，，但但有有些些時時候候扔扔需需要要手手動動對對真真空空系系統(tǒng)統(tǒng)進進行行操操作作，，比比如如檢檢漏漏等等，，很很多多情情況況下下泵泵油油的的返返流流式式由由設(shè)設(shè)備備發(fā)發(fā)生生故故障障或或操操作作步步驟驟不不當(dāng)當(dāng)造造成成的的。。如擴擴散散泵泵入入口口與與高高真真空空閥閥門門間間裝裝有有液液氮氮冷冷阱阱，，則則在在抽抽氣氣時時不不要要在在真真空空室室的的壓壓力力高高于于1.0E-2Pa時給給冷冷阱阱通通液液氮氮，，否否則則將將使使冷冷阱阱中中凝凝結(jié)結(jié)過過多多的的水水汽汽。。在需需要要往往擴擴散散泵泵腔腔內(nèi)內(nèi)通通大大氣氣時時，，應(yīng)應(yīng)提提前前確確保保泵泵油油冷冷卻卻到到安安全全溫溫度度以以下下，，防防止止高高溫溫下下泵泵油油的的氧氧化化。。防止止前前級級壓壓力力超超過過臨臨界界值值，，這這樣樣泵泵油油會會迅迅速速返返流流到到真真空空腔腔室室中中擴散散泵泵應(yīng)應(yīng)避避免免在在15-0.1Pa的壓壓力力范范圍圍下下長長期期工工作作，，此此時時，，擴擴散散泵泵和和粗粗抽抽泵泵都都存存在在最最大大返返流流率率擴散散泵泵工工作作時時應(yīng)應(yīng)經(jīng)經(jīng)常常檢檢查查泵泵是是否否有有局局部部過過熱熱，，檢檢查查冷冷卻卻水水溫溫，，水水溫溫過過高高應(yīng)應(yīng)加加大大冷冷卻卻水水量量。。擴散散泵泵使使用用環(huán)環(huán)境境應(yīng)應(yīng)盡盡量量符符合合規(guī)規(guī)定定：：溫溫度度低低于于35℃℃，濕濕度度小小于于80%，否否則則泵泵性性能能會會下下降降。。擴散散泵泵正正常常工工作作，，閥閥門門誤誤操操作作，，應(yīng)應(yīng)立立即即關(guān)關(guān)閉閉高高真真空空閥閥，，防防止止泵泵油油氧氧化化擴散散泵泵停停止止使使用用期期間間應(yīng)應(yīng)真真空空保保存存，，冷冷卻卻水水用用壓壓縮縮空空氣氣吹吹干干凈凈。。擴散散泵泵常常見見故故障障極限限真真空空變變低低:系統(tǒng)統(tǒng)泄泄漏漏，，系系統(tǒng)統(tǒng)太太臟臟，，泵泵油油被被污污染染，，加加熱熱功功率率不不夠夠，，冷冷卻卻水水問問題題（（水水溫溫、、水水壓壓、、水水量量、、水水質(zhì)質(zhì)））抽氣氣緩緩慢慢：：加熱熱功功率率不不夠夠，，油油量量不不足足，，腔腔室室污污染染進氣氣口口壓壓力力波波動動加熱熱器器輸輸入入功功率率不不當(dāng)當(dāng)，，進進氣氣口口前前面面系系統(tǒng)統(tǒng)存存在在滲滲漏漏反應(yīng)應(yīng)腔腔污污染染嚴嚴重重前幾幾壓壓力力大大，，在在較較高高壓壓力力下下長長期期工工作作，，誤誤操操作作，，加加熱熱功功率率過過高高干泵泵干泵泵屬屬于于機機械械泵泵，，因因為為無無油油，，故故多多用用來來抽抽取取特特氣氣或或尾尾氣氣；；其其實實嚴嚴格格意意義義上上說說，，他他也也并并不不是是完完全全的的無無油油，，在在傳傳動動齒齒輪輪及及軸軸承承處處仍仍需需潤潤滑滑油油或或PFPE全氟氟聚聚醚醚油油脂脂潤潤滑滑，，產(chǎn)產(chǎn)生生的的油油蒸蒸汽汽仍仍可可進進入入泵泵腔腔產(chǎn)產(chǎn)生生污污染染。。干泵泵大大致致可可分分4類（容積式式）:多級羅茨，，爪式，螺螺桿式，渦渦旋式；極極限壓力：：0.1-10Pa。多級羅茨結(jié)結(jié)構(gòu)各轉(zhuǎn)子有中中間壁來隔隔離構(gòu)成各各級的串聯(lián)聯(lián)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子直徑和和形狀相同同，有時寬寬度不同，，向高壓側(cè)側(cè)方向變窄窄。三葉壓壓縮比大，，抽速低。。螺桿結(jié)構(gòu)根據(jù)螺桿壓壓縮機原理理制成，空空壓機中的的螺桿在一一圈以內(nèi)，，而干泵的的螺桿在兩兩圈以上，，這樣的設(shè)設(shè)計可以減減小返流量量，提高壓壓縮比，但但是圈數(shù)太太多，會使使得氣體路路徑變長，，影響抽速速，所以萊萊寶有一種種中間進氣氣，兩邊出出氣的設(shè)計計，加上氣氣鎮(zhèn)可以減減少氣體粉粉塵的沉積積。螺桿式式無油機械械真空泵是是利用齒輪輪傳動同步步反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的相互嚙嚙合而不接接觸的左螺螺桿與右螺螺桿作高速速轉(zhuǎn)動，利利用泵殼和和相互嚙合合的螺旋將將螺旋槽分分隔成多個個密閉空間間，吸入氣氣體被封在在空間內(nèi)，，自吸入入室沿螺桿桿軸向連續(xù)續(xù)的推移至至排出端但但無壓縮（（好比螺母母在螺紋回回轉(zhuǎn)時被不不斷向前推推進的情景景相似），，只有螺桿桿最末端的的排出空間間對氣體有有壓縮作用用。螺桿的的各級間可可形成壓力力梯度，以以分散壓差差和提高壓壓縮比。各各部間隙和和泵轉(zhuǎn)速對對泵的性能能有很大影影響。爪式泵排氣氣步驟從這個圖我我們可以看看出爪式泵泵集中了旋旋片泵與羅羅茨泵的優(yōu)優(yōu)點，但是是壓縮比要要比羅茨泵泵高很多，，極限真空空等各方面面也優(yōu)于羅羅茨泵。a吸氣排氣b吸氣排氣終終止，吸氣氣腔面積最最大，兩個個轉(zhuǎn)子之間間還封存了了一部分沒沒被排出的的氣體c轉(zhuǎn)子換向，，轉(zhuǎn)子只需需轉(zhuǎn)一小角角度，封存存氣體會進進入環(huán)形空空間，環(huán)形形空間氣體體壓力變大大，增大壓壓縮比。d轉(zhuǎn)子進行到到下一次吸吸氣的位置置，排氣孔孔還沒有打打開，氣體體仍被壓縮縮。爪式結(jié)構(gòu)干干泵爪式泵一般般分立式與與臥式兩種種，圖一是是臥式結(jié)構(gòu)構(gòu)，由一級級羅茨+三級爪式構(gòu)構(gòu)成，羅茨茨為吸氣級級，爪式為為壓縮級，，這樣可以以在低進氣氣壓力下得得到大的抽抽速，極限限壓力在1Pa以下。為獲獲得低壓大大抽速，通通常羅茨級級設(shè)計的要要比爪式大大50%以上，防止止級間過壓壓，羅茨與與中間爪式式之間有較較大的氣體體傳輸空間間來緩沖壓壓力，為了了抽出蒸汽汽，在出氣氣級設(shè)置氣氣鎮(zhèn)。圖二是立式式四級爪式式串聯(lián)，泵泵殼帶有水水冷套，降降低軸承及及軸封處的的溫度，第第一級作為為吸氣級，，面積要比比后三個大大，級與極極之間有隔隔板間隔，，進氣口與與出氣口都都在隔板上上，分別有有兩個轉(zhuǎn)子子端面定時時開啟，當(dāng)當(dāng)泵的一部部分壓縮排排氣時，另另一部分則則吸氣，立立式結(jié)構(gòu)有有利于抽除除含有粉塵塵及懸浮顆顆粒的氣體體，且軸向向返流小。。在抽取含粉粉塵比較多多的氣體或或危險特氣氣的時候可可以逐級往往泵腔通N2來防止粉塵塵的沉積，，及稀釋特特氣至安全全氛圍以下下。冷卻水效果果很重要，，必要時需需要冷卻對對高危特氣氣進行冷卻卻。真空計真空計（規(guī)規(guī)）就是對對真空狀態(tài)態(tài)計真空度度進行測量量的器件，，常用的是是熱偶真空空計、皮拉拉尼真空計計潘寧冷陰陰極真空計計和熱陰極極真空計四四種。為了測量的的方便通常常用到的是是一些復(fù)合合真空規(guī)，，復(fù)合真空空規(guī)一般是是兩個真空空計的組合合，可以自自動在兩個個量程之間間切換，獲獲得更大的的工作范圍圍（和真空空泵組合有有相似之處處）。皮拉尼真空空計：利用電阻絲絲隨溫度的的變化而電電阻隨之變變化的原理理來測量，，而電阻絲絲溫度的變變化又與其其周圍氣體體的熱導(dǎo)率率有關(guān)（用用平衡電橋橋的方式來來測出待測測電阻）。。熱陰極真空空計:氣體導(dǎo)電，，氣體分子子被燈絲釋釋放的高速速電子撞擊擊電離，碰碰撞頻率與與氣體密度度成正比，，氣體密度度與氣體壓壓強又存在在關(guān)系，故故可以通過過測定收集集到的離子子流的大小小來確定氣氣體的壓強強。熱陰極電離離真空計原原理圖皮拉尼電阻阻冷陰極電離離真空計是是利用的潘潘寧放電原原理。潘寧放電是是將放電系系統(tǒng)放入一一軸向磁場場，在低壓壓下使殘留留的電子，，離子等在在電磁場的的影響下做做輪滾線運運動（直線線運動與圓圓周運動的的和運動）），這無疑疑增加了電電子的運動動軌跡，可可以加速到到更高的速速度，與氣氣體中性分分子碰撞，，使其電離離，這與磁磁控濺射有有相似之處處。熱陰極需要要加熱燈絲絲來釋放電電子，冷陰陰極利用的的是低壓空空間殘留帶帶電粒子。。潘寧放電原原理圖電離規(guī)常用到的真真空計皮拉尼/壓電復(fù)合真真空規(guī)測量范圍：：1大氣壓至1E-5Torr全量程復(fù)合合真空規(guī)測量范圍：：1大氣壓至1E-10Torr注：真空規(guī)的安安裝要求：：規(guī)管入口口應(yīng)朝下或或合適的一一側(cè)，以防落落入顆粒灰灰塵及影響響測量精度度。氦質(zhì)譜檢漏漏儀1我們需要檢檢漏的主要要地方：各各鍍膜設(shè)備備的真空系系統(tǒng)，特氣氣管路等2檢漏方式很很多，但工工業(yè)普遍采采用氦質(zhì)譜譜檢漏儀，，其具有檢檢漏范圍廣廣（10-3～10-8Pa·m3/S）、性能穩(wěn)穩(wěn)定、精度度高、安全全方便等優(yōu)優(yōu)點。3氦質(zhì)譜檢漏漏儀是根據(jù)據(jù)質(zhì)譜學(xué)原原理，利用用氦氣作為為示蹤氣體體，來對各各種容器的的泄漏、微微漏和滲漏漏(包括材料本本身的)進行檢測的的儀器。使用氦氣作作為示蹤氣氣體的原因因1氦氣在空氣氣中含量非非常少，只只有5ppm（空氣中占占約1/200，000）；2在被測試的的物體內(nèi)部部所殘留的的空氣中的的氦氣含量量也非常少少；3由于氦分子子量小、分分子直徑小?。ㄔ谠厮刂芷诒碇兄性趦H排在在氫的的后面面），即便便是極其微微小的滲漏漏孔也能方方便地通過過；4由于具有化化學(xué)上的不不活躍性，，不會污染染排氣系統(tǒng)統(tǒng)及被測試試物體，，也不容易易吸附在腔腔體表面上上，容易放放出。5由于具有對對人體無害害性和不可可燃爆性，，因此使用用安全方便便；6對分析管的的分辨率要要求并不高高，容易實實現(xiàn)高靈敏敏度；7不存在環(huán)境境污染問題題。注：不用氫氫的原因：：氫氣本身身就是易燃燃易爆氣體體。氦質(zhì)譜檢漏漏儀的工作作原理燈絲發(fā)射出出的電子在在電離室來來回震蕩，，與電離室室內(nèi)氣體和和經(jīng)被檢件件漏孔進入入電離室的的氦氣相互互碰撞使其其電離成正正離子，這這些離子在在加速電場場作用下經(jīng)經(jīng)縫隙進入入磁場，由由于洛倫茲茲力作用產(chǎn)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，，形成圓弧弧形軌道，，軌道半徑徑與粒子的的荷質(zhì)比有有關(guān)，調(diào)節(jié)節(jié)電壓使氦氦離子正好好通過縫隙隙被收集形形成離子流流經(jīng)放大器器放大，通通過輸出表表及音響顯顯示出來。。檢漏原則及及方法原則：從上上而下（氦氦氣密度小?。┯山竭h（（檢漏儀響響應(yīng)時間隨隨距離而不不同）方法：噴氦氦法（負壓壓，真空系系統(tǒng)的檢漏漏常用方法法）吸氦法（通通氦加壓，，特氣管路路等常用方方法）檢漏步驟接通電源，，打開開關(guān)關(guān)。按預(yù)抽閥預(yù)預(yù)抽檢漏儀儀內(nèi)部真空空。啟動時間大大概十分鐘鐘，內(nèi)部真真空抽至5Pa左右打開燈絲通過波紋管管連接檢漏漏儀至待檢檢管路，起起動用相應(yīng)的泵抽抽待檢管路路及波紋管管真空至5Pa左右。打開檢漏儀儀上的閥門門，使管路路與檢漏儀儀聯(lián)通。調(diào)節(jié)漏率指指示條位置置及喇叭聲聲響大小對要檢部位位噴氦檢漏漏檢漏結(jié)束，，關(guān)閉燈絲絲。關(guān)閉檢漏儀儀真空閥門門，關(guān)機。。打開放氣閥閥，關(guān)閉電電源。檢測部位腔門密封圈圈法蘭，拆卸卸過的重點點檢測氣動閥門，，拆卸過的的重點檢測測焊縫接口注：每次檢漏都都是有針對對性的進行行，各拆卸卸過的部件件，密封圈圈及閥門是是重點。檢漏儀技術(shù)術(shù)參數(shù)靈敏度：也也即最小檢檢漏率啟動時間：：一般是指指預(yù)抽真空空時間漏率檢測范范圍：工作作范圍反應(yīng)時間：：指儀器節(jié)流流閥完全開開啟,本底訊號為為零(或補償?shù)搅懔?時,由恒定的氦氦流量使輸輸出儀表訊訊號上升到到最大值的的0.63所需要的時時間清除時間：：指輸出儀表表訊號穩(wěn)定定到最大值值后,停止送氦,其訊號下降降到最大值值的0.37所需要的時時間質(zhì)譜室工作作真空及極極限真空：：描述儀器器性能的重重要參數(shù)，，可用檢漏漏儀的真空空規(guī)測定入口處抽速速：重要參參數(shù)，可用用流量計測測定等離子體等離子體狀狀態(tài)（plasma）：等離子子體就是處處于自由運運動狀態(tài)態(tài)下陰陽帶帶電粒子共共存并呈電電中性狀態(tài)態(tài)的物質(zhì)，，也把等等離子體稱稱作物質(zhì)的的第四種狀狀態(tài)。物質(zhì)隨著能能量的增加加，通過熔熔化，蒸發(fā)發(fā)，離子化化的方式可可實現(xiàn)固態(tài)態(tài)、液態(tài)、、氣態(tài)、等等離子體四四種狀態(tài)的的變化，宇宇宙中約99%的物質(zhì)都處處于等離子子體狀態(tài)。。等離子體生生成方式：：輝光放電電，X射線、g射線照射，，激光照射射等。常用方式：：氣體放電電，即在平平板電容結(jié)結(jié)構(gòu)的兩個個平板電極極上施加射射頻或直流流脈沖電壓壓，使處于于真空環(huán)境境下的氣體體產(chǎn)生輝光光放電，形形成等離子子體。等離子體的的發(fā)生：如果使低壓壓氣體處于于電場中，，在氣體中中所存在的的少量的自自由電子就就會被加速速，由于氣氣體比較的的稀薄，電電子的平均均自由程較較大，因而而容易被加加速到較高高的速度。。這些高速速電子與中中性的原子子、分子碰碰撞后，便便會失去部部分能量，，如果所發(fā)發(fā)生的是彈彈性碰撞，，就會增加加中性原子子，分子的的動能，于于是氣體的的溫度便會會相應(yīng)地升升高，如果果發(fā)生的是是非彈性碰碰撞，那么么就會發(fā)生生離解、離離化、激發(fā)發(fā)等現(xiàn)象，，因而產(chǎn)生生出大量的的各種離子子，游離基基。這些粒粒子在化學(xué)學(xué)性質(zhì)上是是活化的，，他們有助助于生成新新的粒子和和發(fā)生化學(xué)學(xué)反應(yīng)。而而電子在損損失掉能量量以后又會會被電場加加速，他們們不斷地反反復(fù)著被加加速----與分子原子碰碰撞的過程，，于是氣體便便很快地電離離而成為等離離子體發(fā)生放放電現(xiàn)象。并非任何的電電離氣體都是是等離子體。。只要絕對溫溫度不為零，，任何氣體中中總存在有少少量的分子和和原子電離。。嚴格地說來來，只有當(dāng)帶帶電粒子地密密度足夠大，，能夠達到其其建立的空間間電荷足以限限制其自身運