[工学]第二章真空的获得与测量技术.pptVIP

第二章 真空的获得与测量技术 2.1 气体分子运动论的基本概念 2.2 气体的流动状态和真空的获得 2.3 各类真空泵简介 2.4 真空测量技术 2.5 几种典型真空系统的建立 2.1 气体分子运动论的基本概念 1. 描述气体分子状态的宏观物理量-P、T、V 理想气体状态方程： 普适气体常数 ：R=8.31J.mol-1K-1 波尔兹蔓常数 k=R/NA=1.38?10-23JK-1) 2.1 气体分子运动论的基本概念 2.气体分子的运动速度及其分布 2.1 气体分子运动论的基本概念 3 . 气体分子的平均自由程 一个气体分子在两次碰撞之间的平均距离： n : 单位体积内的分子数； d : 气体分子的直径 1.1 气体分子运动论的基本概念 衬底完全被一层分子覆盖所需时间： 2.1气体分子运动论的基本概念 5 真空度 真空度的常用单位为帕（Pa) 或托（Torr): 1 Torr = 133 Pa 真空度可分为： 低真空： ?102Pa 工业应用（包装） 中真空： 102~10-1Pa CVD沉积技术 高真空： 10-1~10-5Pa 溅射沉积技术 超高真空：? 10-5Pa 原子表面和界面分析 2.2 气体的流动状态和真空的获得 1. 气体的流动状态 气体的无规则热运动本身不能导致气体的宏观流动，只有在空间存在压力差的条件下，气体作为一个整体才会产生宏观的定向流动。 气体流动取决于容器形状，气体气压，温度及气体种类。 2.2 气体的流动状态和真空的获得 2.2气体的流动状态和真空的获得 2.2 气体的流动状态和真空的获得 2. 气体管路的流导 真空管路中气体的通过能力，流导C定义为 P1和P2为管路两断的气压，Q为单位时间内通过管路的气体流量。 对分子流状态的气体：流导与气体压力无关 A：管路截面积 对粘滞流，流导随气体的压力呈现复杂变化 2.2 气体的流动状态和真空的获得 流导的串联和并联 2.2 气体的流动状态和真空的获得 (a) 流量各处相等：Q = C(P-Pp)=SpPp 实际抽速： 真空的获得 真空的获得 中级真空和高级真空的获得，需要初级泵和高级泵共同作用 2.3 真空泵简介 工作原理： 依靠偏心连杆机构驱动滑阀，在滑阀运动时，气体经由吸气口被吸入泵体内，然后在滑阀压缩下经排气阀排出泵体 工作参数： 理论抽速：Sp=Vf (V为转子与定子间的体积；f为转速） 实际抽速： 10-500L/s 极限真空：单级为103Pa；两级串联为1Pa 特点与使用 单独使用或用作其它泵的前级泵，低真空系统。 缺点：油污染。 型号：2XZ-2, 2XZ-4, 2XZ-8 （3）真空泵简介干性机械泵 工作原理 通过增加腔的溶积来降低压力 特点与使用 使用非金属材料作为运动表面，以避免使用填缝剂和润滑剂，从而可避免油污染反应室。现今集成电路工艺中使用干性泵。 缺点： 极限真空度低，噪声大，价格高 特点与使用 与旋片机械泵串联使用，需要机械泵抽预真空至1Pa以下；无油污染；价格昂贵。 导致涡轮泵出问题的最常见的原因 1 、突然将泵暴露于大气之下，涡轮叶片弯曲并互相碰撞， 导致极大的失败。 2、涡轮泵的回转轴是精密平衡的，所以在使用过程中严禁移动或冲撞。 真空系统建立纲要 根据系统真空度的要求，确定选用单级泵，还是多级级联泵。 根据系统真空度的要求，采用不同的真空管件接口密封配件。如O型胶圈，无氧铜圈，银圈或金圈等。 根据真空室大小，选择各泵的抽速及型号。 真空管件要尽量的短，即真空室越靠近各泵体越好。 真空管件的截面积要求尽量的大，即管道越粗越好 本章作业 1、什么是真空？列出最常见的真空单位？并描述 4种真空范围 2、什么是平均自由程？为什么它在薄膜制备过程中很重要？ 4、描述旋片式机械泵和分子泵的工作原理 5、涡轮分子泵最常见的失败原因是什么？ 6、描述测量高、低真空的电离规和热偶规 7、如要设计一个真空度为5?10-4Pa的高真空系统，需要哪 些真空 泵、测试元件和阀门