真空基本知识.pptx
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《真空基本知识.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《真空基本知识.pptx(41页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、11.1 真空知识真空知识真真空空状状态态下下气气体体稀稀薄薄程程度度称称为为真真空空度度,通通常常用用压压力力值表示。值表示。F 真空度和压强真空度和压强第1页/共41页2单位单位帕帕/Pa托托/Torr毫巴毫巴/mbar标准大气压标准大气压1Pa17.510-3 1 10-2 9.87 10-6 1Torr133.311.3331.316 10-3 1mba1000.7519.87 10-4 1atm1.013 1057601.013 103 1F 真空(压强)单位真空(压强)单位压强越低,真空度越高;压强越高,真空度越低。压强越低,真空度越高;压强越高,真空度越低。国际单位:国际单位:帕
2、斯卡(帕斯卡(PascalPascal)Pa Pa常用常用单位:单位:托(托(TorrTorr)毫米汞柱(毫米汞柱(mmHgmmHg)巴(巴(barbar)标准大气压(标准大气压(atmatm)1.1 真空知识真空知识第2页/共41页3粗真空粗真空:1:1x10 x105 5 1 1x10 x102 2 Pa Pa(粘滞流)(粘滞流)真空干燥、真空浸渍真空干燥、真空浸渍低真空低真空:1:1x10 x102 2 1 1x10 x10-1-1 Pa Pa(分子流)(分子流)热处理、低压化学气相沉积热处理、低压化学气相沉积 高真空高真空:1:1x10 x10-1-1 1 1x10 x10-6-6 P
3、a Pa 溅射镀膜,真空蒸发镀膜溅射镀膜,真空蒸发镀膜超高真空超高真空 :1 1x10 x10-6-6 Pa Pa 表面物理,表面分析,表面物理,表面分析,MBEMBE 真空的划分1.1 真空知识真空知识第3页/共41页4 稀薄气体的状态方程 在真空技术中所接触的是稀薄气体,这种稀薄气体在性质上与理想气体的差异很小。因此,在研究稀薄气体的性质时,可不加修正地直接应用理想气体的状态方程。1.2 稀薄气体基本性质稀薄气体基本性质理想气体状态方程:理想气体状态方程:普适气体常量普适气体常量:R=8.31J/mol K玻耳兹曼常量玻耳兹曼常量:k=1.3810-23 J/K第4页/共41页5 气体分子
4、的速率分布气体分子运动论认为:气体的大量分子每时每刻都处于无规则的热运动之中,气体分子之间以及气体分子与容器壁之间,发生着不断的碰撞过程,这种碰撞过程的结果之一是使气体分子的速度服从一定的统计分布。气体分子的运动速度服从麦克斯韦尔-玻耳兹曼(Maxwell-Boltzmann)分布。1.2 稀薄气体性质稀薄气体性质第5页/共41页6 三种统计速率1.2 稀薄气体性质稀薄气体性质1)最可几速率2)平均速率3)方均根速率速率与声速(340m/s)相比拟第6页/共41页71.2 稀薄气体性质稀薄气体性质 平均自由程 气体分子在连续两次碰撞之间的平均路程称分子的平均自由程。大气压下大气压下 P=105
5、Pa,高真空下高真空下P=10-8Pa,估算:估算:常温下(常温下(300 K),空气分子直径约),空气分子直径约0.5 nmd 为气体分子的直径为气体分子的直径第7页/共41页81.2 稀薄气体性质稀薄气体性质 气体的入射频率(入射通量)入射频率是真空及镀膜技术中常用到的一个物理量,是气体分子对于容器壁单位面积的碰撞频率,即单位时间内单位表面积受到气体分子碰撞的次数。用字母 J 来表示。赫兹-克努曾(Hertz-Knudsen)公式阿伏加得罗常数阿伏加得罗常数:NA=6.021023/mol第8页/共41页91.2 稀薄气体性质稀薄气体性质例:例:作为赫兹作为赫兹-克努曾公式的一个应用,我们
6、来计算一下在高真空环境克努曾公式的一个应用,我们来计算一下在高真空环境中,清洁表面被环境中的杂质气体分子污染所需要的时间。中,清洁表面被环境中的杂质气体分子污染所需要的时间。求解:求解:假设每一个向清洁表面运动过来的气体分子都是杂质,并均被假设每一个向清洁表面运动过来的气体分子都是杂质,并均被表面所俘获。则可以求出表面完全被一层杂质气体分子覆盖所需要的时间表面所俘获。则可以求出表面完全被一层杂质气体分子覆盖所需要的时间式中,式中,N 为基板表面单位面积上能容纳的单分子为基板表面单位面积上能容纳的单分子层内的气体分子数。层内的气体分子数。第9页/共41页101.2 稀薄气体性质稀薄气体性质作为估
7、算,我们选取作为估算,我们选取估算:估算:单位面积上单分子层的气体分子数目单位面积上单分子层的气体分子数目N。气体分子的尺寸。气体分子的尺寸在在0.11 nm 之间,则一个分子覆盖的面积为之间,则一个分子覆盖的面积为0.011 nm2之间。之间。则:则:大气压下大气压下 P=105Pa,高真空下高真空下P=10-8Pa,第10页/共41页111.2 稀薄气体性质稀薄气体性质 余弦定律 碰撞于固体表面的分子它们飞离表面的方向碰撞于固体表面的分子它们飞离表面的方向与原入射方向无关与原入射方向无关,并按,并按与表面法线方向所成角度的余弦进行分布。与表面法线方向所成角度的余弦进行分布。一个分子离开固体
8、表面时,处于立体角一个分子离开固体表面时,处于立体角 中的几率为:中的几率为:为出射方向与法线所成的角度为出射方向与法线所成的角度余弦定律的重要意义:它它揭揭示示了了固固体体表表面面对对气气体体分分子子作作用用的的另另一一个个方方面面,即即分子原有的方向性彻底分子原有的方向性彻底“消除消除”,均按余弦定律散射。,均按余弦定律散射。分分子子在在固固体体表表面面上上要要停停留留一一定定的的时时间间,这这是是气气体体分分子子能能够够与与固固体体进进行行能能量量交交换换和和动动量量交交换换的的先先决决条条件件,这这一点有重要意义。一点有重要意义。第11页/共41页121.2 稀薄气体性质稀薄气体性质
9、真空度对薄膜质量的影响n 平均自由程的影响平均自由程的影响薄薄膜膜技技术术中中最最常常用用的的真真空空度度为为10-4Pa,自自由由程程大大约约是是40米米。即即使使再再差差,10-3Pa,自自由由程程大大约约是是4米米。而而一一般般的的膜膜基基距距为为10 cm 左左右右,所所以以不不需需要要考考虑虑飞飞行行中中的的薄薄膜膜原原子子和和残残存存气气体体碰碰撞撞所所产产生生的的影影响响。如如果果真真空空度度太太低低,薄薄膜膜原原子子的的碰碰撞撞增增加加,难难于于沉沉积积到到衬衬底底上上,并并且且碰碰撞撞过过程程中中容容易易与与残残余余气气体体发发生生反反应应,影影响响薄薄膜质量。膜质量。第12
10、页/共41页131.2 稀薄气体性质稀薄气体性质 真空度对薄膜质量的影响n 残余气体混杂的影响残余气体混杂的影响真空度差个真空度差个10倍(倍(10Pa),),杂质含量相当于杂质含量相当于1020,真空度提高,真空度提高10倍(倍(10Pa),),杂质含量为杂质含量为0.10.2。P=104Pa时,如果撞击过来的残存气体分子全部被吸附,那么时,如果撞击过来的残存气体分子全部被吸附,那么3 s 时间就有约时间就有约一层一层残余气体混入薄膜中,相当于残余气体混入薄膜中,相当于1分钟分钟混入混入20层层杂质气杂质气体,约体,约1020 nm/分钟分钟。薄膜较常用的生长速率是。薄膜较常用的生长速率是1
11、m/分钟分钟。因此,。因此,假设气体分子全部混入薄膜里面的话(实际上不会全部),就相当于假设气体分子全部混入薄膜里面的话(实际上不会全部),就相当于有有12的不纯物混入在薄膜里面。的不纯物混入在薄膜里面。真空度越高,所得到的薄膜质量越好,纯度越高;真空度越高,所得到的薄膜质量越好,纯度越高;但真空度越高,抽取真空所需费用也越高,设备越贵!但真空度越高,抽取真空所需费用也越高,设备越贵!第13页/共41页14真空室泵管路阀门真空测量机械泵分子泵阀门管路闸板阀真空室真空测量真空状态是气体分子运动的动态结果漏气与放气系统中气体的流动处于分子流状态2、真空获得、真空获得真空系统第14页/共41页152
12、、真空获得、真空获得大气状态所需真空度 真空泵:具有抽气功能的设备 复合真空泵:前级泵次级泵 真空泵的分类(1 1)输运式输运式真空泵:以压缩方式将气体输送到系统之外。真空泵:以压缩方式将气体输送到系统之外。a a、机械式气体输运泵:旋片式机械真空泵、罗茨泵、机械式气体输运泵:旋片式机械真空泵、罗茨泵、涡轮分子泵。涡轮分子泵。b b、气流式气体输运泵:油扩散泵。气流式气体输运泵:油扩散泵。(2 2)捕获式捕获式真空泵:依靠凝结或吸附气体分子的方式将气体捕获,真空泵:依靠凝结或吸附气体分子的方式将气体捕获,并排出系统之外。如低温吸附泵、溅射离子泵。并排出系统之外。如低温吸附泵、溅射离子泵。第15
13、页/共41页161.泵负责抽空系统内的剩余气体o机械泵o扩散泵o分子泵o离子泵o吸附泵钛吸附泵和冷凝吸附泵2.真空室安放实验装置3.真空管路连接真空系统4.阀门控制真空系统的连接情况5.真空系统中真空的测量不同的真空要求由不同的泵和系统组成2、真空获得、真空获得真空系统第16页/共41页17真空泵真空泵 真空泵是吸入口形成负压,排气口直通大气,两端压力比很大抽出气体的机械真空泵是吸入口形成负压,排气口直通大气,两端压力比很大抽出气体的机械右图是运用真空泵的典型真右图是运用真空泵的典型真空回路空回路2、真空获得、真空获得第17页/共41页182 真空获得真空获得 机械泵 RotaryVanePu
14、mps第18页/共41页19工作原理工作原理:依靠插在偏心转子中的数个可以依靠插在偏心转子中的数个可以滑进滑出的滑进滑出的旋片将泵体内的气体隔离、旋片将泵体内的气体隔离、压缩压缩,然后将其排出泵体之外。,然后将其排出泵体之外。极限真空度极限真空度:10-2 10-1 Pa左右。左右。优点优点:结构简单、工作可靠。结构简单、工作可靠。缺点缺点:油蒸气回流、引起污染油蒸气回流、引起污染2、真空获得、真空获得第19页/共41页20工作原理工作原理:两个两个8字形字形的转子以相反的方向的转子以相反的方向旋转,两个转子始终保持相切合,咬旋转,两个转子始终保持相切合,咬合精度很高,切合处气体始终不能通合精
15、度很高,切合处气体始终不能通过,只能从上、下两边被扫出真空系过,只能从上、下两边被扫出真空系统。用作次级泵。统。用作次级泵。极限真空度极限真空度:10-4 Pa左右左右(双级双级)。优点优点:结构简单、无油气回流,结构简单、无油气回流,抽速很大。抽速很大。缺点缺点:泵体与转子发热、膨胀,造成泵泵体与转子发热、膨胀,造成泵体损坏;当气体压力低于体损坏;当气体压力低于10-1 Pa时,时,气体回流造成抽速降低气体回流造成抽速降低。罗茨泵(RootsPumps)2、真空获得、真空获得第20页/共41页21工作原理工作原理:将油加热至高温蒸发状态将油加热至高温蒸发状态(2000C),让让油蒸气油蒸气呈
16、多级状向下定向呈多级状向下定向高速喷出高速喷出(200m/s),时不断撞击气体分子,并将时不断撞击气体分子,并将部分部分动量传递动量传递给这些气体分子,使其被给这些气体分子,使其被迫向排气口方向运动,在压缩作用下排迫向排气口方向运动,在压缩作用下排出泵体出泵体。同时,被泵体冷却后的油蒸。同时,被泵体冷却后的油蒸气又会气又会凝结起来返回凝结起来返回泵的底部。泵的底部。极限真空度极限真空度:10-6 Pa左右。左右。优点优点:极限真空度高,抽速很大。极限真空度高,抽速很大。缺点缺点:油蒸气回流,污染。油蒸气回流,污染。工作状态工作状态:不能与大气直接相连,使用油扩散不能与大气直接相连,使用油扩散泵
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 真空 基本知识
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内