薄膜材料与薄膜技术第一章真空技术基础.pptVIP

* * 薄膜材料与薄膜技术 第一章 真空技术基础 主要内容 真空的基本知识 真空的获得 3.真空的测量 4.真空系统 一、真空的基本知识 s分子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常数 室温下, 压强为 10-4 Pa 时氮分子的平均自由程50km。因此体积有限的超真空系统中，气体分子之间或气体分子与带电粒子之间的碰撞都可以近似忽略。 1. 什么是真空？ “真空” 拉丁文Vacuo，其意义是虚无 =气体较稀薄的空间。 2.真空的基本特点 a 气体分子的平均自由程大 室温N b 单位面积上分子与固体表面碰撞的频率小 M和T分别为气体分子的分子量和温度 在普通高真空，例如 时，对于室温下的氮气， ，如果每次碰撞均被表面吸附，按每平方厘米单分子层可吸附 个分子计算，一个“干净”的表面只要一秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气体分子：而在超高真空 或 ~ 时，由同样的估计可知“干净”表面吸附单分子层的时间将达几小时到几十小时之久。 c 气体分子密度低 标准状态： P = 105Pa，n = 2.46?1019分子/cm3 P = 1.3 ? 10-8Pa，n = 3.24?105分子/cm3 d 剩余气体对沉积膜的掺杂 真空度10－３Pa，杂质含量相当于10～30％，真空度提高10倍（10－５Pa），杂质含量为0.1～0.3％。 想要得到高纯度的薄膜，就必须尽量在较高真空度的环境下，或是在不会与薄膜材料产生反应的氩气等的惰性气体中进行。 e 改变反应进程 1486 528 674 124117-235T 124117-184T Tc(1atm) Tc(Pˊ) (K) Tc(P) (K) Pˊ=10-9Torr P=10-5Torr 压强修正 压强降低，降低了反应温度 （1）产生压力差以完成某些过程 （2）降低某些过程发生所需要的能量势垒，如 凝聚或蒸发过程 （3）隔热 （4）产生干净表面，表面过程，可控薄膜沉积、 wafer bonding （5）净化腔体(气体、灰尘) （6）真空干燥 （7）提高分子运动平均自由程 3. 真空的应用 4. 真空度的单位 真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“乇”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。我国采用SI真空单位。 单位换算： 1标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕) 1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg 1Torr≈133Pa≈102 Pa 1bar = 0.1MPa 1Psi = 1磅/ 平方英寸 帕斯卡（Pascal）：Pa 1Pa = 1N/m2 旧的单位： Torr mmHg atm bar Psi Kg/cm2 真空区域划分为：粗真空、低真空、高真空、 超高真空和极高真空 粗真空 低真空 高真空 超高真空 极高真空 真空区域划分 5. 固体对气体的吸附及气体的脱附 吸附：固体表面对气体分子的捕获。 分物理吸附和化学吸附。 物理吸附：由分子间的吸引力引起，没有选择性，任何气 体都可在固体表面被吸附。物理吸附容易脱附。低温下发生。 化学吸附：由气体与固体表面分子发生化学反应时产生， 不易脱附，只在高温下发生。 真空中的吸附与脱附决定于气体压强、固体与气体的化学活性、固体温度、固体表面平整度、清洁度等。适当加热有助于物理脱附。气体的电离将加速吸附过程，而活泼金属及活性气体则容易发生化学吸附。 二、真空的获得 Ultimate Pressure Low Vacuum Rotary Vane Pumps Sorption Pumps High Vacuum Diffusion Pumps Turbo Molecular Pumps Ultra-High Vacuum Turbo Molecular Pumps Ion Pumps Titanium Sublimation Pumps Oil / Oil-Free Oil Rotary Vane Pumps Diffusion Pumps Turbo Molecular Pumps Oil-Free Turbo Molecular Pumps Ion Pumps Titanium Sublimation Pumps 往往用 机械泵+ 扩散泵，获得高真空（有油），用吸附泵+离子泵+钛升华泵获得超高真空（无油），也可用有