我的真空考卷.docVIP

答：1、真空的特点是：（1）气压低于一个大气压的气体状态，单位体积中的气体分子数大大减少；（2）分子平均自由程增大；（3）气体分子之间之间的相互碰撞频率降低；（4）气体分子与其它粒子之间的相互碰撞也随之减少；（5）活化气体的密度低。 2、真空技术在薄膜材料制备中应用有: （1）脉冲激光沉积 脉冲激光沉积是一种新的薄膜制备技术，激光光源可采用大功率准分子激光器。高能量的激光束透过窗口进入真空室，经棱镜或凹面镜聚焦，聚焦后的激光束功率密度很高，它照射到原材料上，使之加热气化蒸发。靶表面吸收的激光束的能量会引起靶原子的激发，靶表面的烧蚀蒸发。蒸发物在靶前形成一个由荷能的中性原子、分子、离子、电子、原子团、微尺度的微粒和熔化的液滴混合组成的羽状聚集体。当聚集体到达基片时，便在基片上凝聚而形成薄膜。基片和靶材都是放在真空室内的，开激光器之前首先要对真空室抽真空，开机械泵把真空室抽到3Pa以下，接着开分子泵，抽到Pa以下，即可进行工作。通常抽完真空后，在真空室中通入、等气体，以增强表面反应或保持薄膜的化学计量比。这时真空室还是应该保持在低真空状态下。 (2) 溅射镀膜 用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用的二极溅射设备如图3[ 二极溅射示意图]。通常将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入 10～1帕的气体（通常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜。与蒸发镀膜不同，溅射镀膜不受膜材熔点的限制,可溅射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。溅射化合物膜可用反应溅射法，即将反应气体 (O、N、HS、CH等)加入Ar气中,反应气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉积在基片上。沉积绝缘膜可采用高频溅射法。基片装在接地的电极上，绝缘靶装在对面的电极上。高频电源一端接地，一端通过匹配网络和隔直流电容接到装有绝缘靶的电极上。接通高频电源后，高频电压不断改变极性。等离子体中的电子和正离子在电压的正半周和负半周分别打到绝缘靶上。由于电子迁移率高于正离子，绝缘靶表面带负电，在达到动态平衡时，靶处于负的偏置电位，从而使正离子对靶的溅射持续进行。 (个/cm2 .s)其中P是气体压强，M是气体的摩尔质量，T是气体的温度。根据上式当P≈,T=300K、粘附系数=1时，N0 在1013 数量级。这表明每秒钟大约有1013 个气体分子会到达单位基片表面。因而要获得高纯的薄膜。就必须要求残余气体的压强非常低。另一方面，蒸发出来的原材料分子是在残余气体分子中向基片运动，粒子之间会发生碰撞。两次碰撞之间的平均距离称为蒸发分子的平均自由程，式中n是残余气体分子密度，d是碰撞截面。由上式可知压强越小平均自由程越大，蒸发分子在输运中碰撞的几率越小。在蒸发镀膜中真空的获得首先是通过机械泵对镀模室抽到低真空，然后再通过油扩散泵，把镀膜室抽到高真空。蒸发沉积法要求压强小于Pa的高真空。 （4）磁控溅射磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到工件上形成所需膜层。磁控溅射是在二极溅射的基础上，在靶材后面放置磁钢，在与靶阴极电场垂直的方向加一个横向磁场。靶面前的电子受洛伦兹力的作用，在靶面附近做螺旋线运动，增加了碰撞几率。电流密度提高到5-30mA/cm2。沉积速率达到600nm/min它克服了阴极溅射速率低和由于电子轰击使基片温度升高的致命弱点。离子镀 蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子镀。这种技术是D.麦托克斯于1963年提出的。离子镀是真空蒸发与阴极溅射技术的结合。一种离子镀系统如图4[离子镀系统示意图],将基片台作为阴极，外壳作阳极，充入惰性气体（如氩）以产生辉光放电。从蒸发源蒸发的分子通过等离子区时发生电离。正离子被基片台负电压加速打到基片表面。未电离的中性原子（约占蒸发料的95％）也沉积在基片或真空室壁表面。电场对离化的蒸气分子的加速作用（离子能量约几百～几千电子伏）和氩离子对基片的溅射清洗作用，使膜层附着强度大大提高。离子镀工艺综合了蒸发（高沉积速率）与溅射（良好的膜层附着力）工艺的特点，并有很好的绕射性，可为形状复杂的工件镀膜 图（5） 球型真空室结构示意图 设备是由一个450mm球型真空室组成，采用一套FB60