第一章 薄膜制備的真空技術(shù)基礎(chǔ)

1、第一章第一章 薄膜制備的真空技術(shù)基礎(chǔ)薄膜制備的真空技術(shù)基礎(chǔ)n大部分的現(xiàn)代薄膜材料制備都是在真空或是較低大部分的現(xiàn)代薄膜材料制備都是在真空或是較低的氣壓下進行的，都涉及到氣相的產(chǎn)生、輸運以的氣壓下進行的，都涉及到氣相的產(chǎn)生、輸運以及反應(yīng)的過程。及反應(yīng)的過程。n因此，這一章中，我們先對有關(guān)氣體的基本性質(zhì)因此，這一章中，我們先對有關(guān)氣體的基本性質(zhì)進行簡要的回顧，然后對最常用的真空技術(shù)的基進行簡要的回顧，然后對最常用的真空技術(shù)的基礎(chǔ)知識進行簡單的介紹。礎(chǔ)知識進行簡單的介紹。第一章第一章 薄膜制備的真空技術(shù)基礎(chǔ)薄膜制備的真空技術(shù)基礎(chǔ)n1.1氣體分子運動論氣體分子運動論的基本概念的基本概念n1.2真空的基

2、本概念真空的基本概念n1.3 各類真空泵簡介各類真空泵簡介n1.4 真空測量技術(shù)真空測量技術(shù)n1.5 幾種典型真空系統(tǒng)的建立幾種典型真空系統(tǒng)的建立1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念1. 描述氣體分子狀態(tài)的宏觀物理量描述氣體分子狀態(tài)的宏觀物理量-P、T、V 氣體分子之間除了相互碰撞的瞬間外，氣體分子之間除了相互碰撞的瞬間外，完全不存在相互作用。完全不存在相互作用。n一般的溫度和壓力條件下，所有的氣體都可以被看一般的溫度和壓力條件下，所有的氣體都可以被看作是理想氣體。作是理想氣體。n真空技術(shù)中研究氣體時，一般可以應(yīng)用理想氣體狀真空技術(shù)中研究氣體時，一般可以應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程

3、。態(tài)方程。1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念1. 描述氣體分子狀態(tài)的宏觀物理量描述氣體分子狀態(tài)的宏觀物理量-P、T、V （1） 理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程： P：壓強（：壓強（Pa）；）；m：氣體質(zhì)量（：氣體質(zhì)量（Kg）；）；V：體積（：體積（m3）；）；R：普適氣體常數(shù)：普適氣體常數(shù) =8.314J.mol-1K-1 ：T：絕對溫度（：絕對溫度（K）討論：討論： 對于一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)氣體溫度一定時，對于一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)氣體溫度一定時，PV = K（與溫度有關(guān)的常數(shù)），（與溫度有關(guān)的常數(shù)），此即波義耳此即波義耳-馬略特定律（機械泵的理論基礎(chǔ)）。馬略特定律（機械

4、泵的理論基礎(chǔ)）。molmPVRTM1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念1. 描述氣體分子狀態(tài)的宏觀物理量描述氣體分子狀態(tài)的宏觀物理量-P、T、V （2） 阿伏加德羅定律阿伏加德羅定律：（理想氣體狀態(tài)方程的第二種表達方式）：（理想氣體狀態(tài)方程的第二種表達方式） n為氣體分子密度（為氣體分子密度（1/m3）；波爾茲蔓常數(shù)）；波爾茲蔓常數(shù)k=R/NA=1.38 10-23JK-1；NA為阿伏加德羅常數(shù)，為阿伏加德羅常數(shù)，6.023 1023mol-1表明在相同壓強和溫度下，各種氣體單位體積含分子數(shù)相同表明在相同壓強和溫度下，各種氣體單位體積含分子數(shù)相同（與氣體種類無（與氣體種類無

5、關(guān)）關(guān)）。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，任何氣體的分子密度為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，任何氣體的分子密度為3 1019個個/m3pnkT1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念1. 描述氣體分子狀態(tài)的宏觀物理量描述氣體分子狀態(tài)的宏觀物理量-P、T、V （2） 阿伏加德羅定律阿伏加德羅定律：（理想氣體狀態(tài)方程的第二種表達方式）：（理想氣體狀態(tài)方程的第二種表達方式） 若氣體由若氣體由N個分子組成，每個分子的質(zhì)量為個分子組成，每個分子的質(zhì)量為M，則，則m=MN。而而1mol氣體中的分子數(shù)氣體中的分子數(shù)NA=6.023 1023，將，將Mmol=MNA代入理代入理想氣體狀態(tài)方程，則推出阿伏伽德羅定律。想氣體狀態(tài)方

6、程，則推出阿伏伽德羅定律。pnkT1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念 真空容器中氣體分子運動是混亂的。氣體分子進行無規(guī)真空容器中氣體分子運動是混亂的。氣體分子進行無規(guī)則熱運動的每一時刻，每個分子的運動速率有偶然性，然而，則熱運動的每一時刻，每個分子的運動速率有偶然性，然而，對于大量氣體分子而言，其速率分布遵循統(tǒng)計規(guī)律。對于大量氣體分子而言，其速率分布遵循統(tǒng)計規(guī)律。1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念f(v)速率分布函數(shù)（表明氣體分子的速度分布只取決于分子的相對原子質(zhì)量速率分布函數(shù)（表明氣體分子的速度分布只取決于分子的相對原子質(zhì)量M與熱力學(xué)溫與熱力學(xué)溫度

7、度T的比值），的比值），M-分子的摩爾質(zhì)量，分子的摩爾質(zhì)量，T為熱力學(xué)溫度，為熱力學(xué)溫度，R為普適氣體常數(shù)。為普適氣體常數(shù)。f(v)dv=dN/N為速率位于為速率位于v-(v+dv)區(qū)間的相對分子數(shù)或分子處于區(qū)間的相對分子數(shù)或分子處于v-(v+dv)間的幾率。或者間的幾率?；蛘遞(v)dv表示在速率附近，表示在速率附近，dv速率間隔內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的比率。速率間隔內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的比率。dN = Nf(v)dv 設(shè)有設(shè)有N個氣體分子的理想氣體，在平衡狀態(tài)速率處在個氣體分子的理想氣體，在平衡狀態(tài)速率處在v-(v+dv)之間之間的分子數(shù)：的分子數(shù)：1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運

8、動論的基本概念f(v)速率分布函數(shù)，速率分布函數(shù)，M-分子的摩爾質(zhì)量，分子的摩爾質(zhì)量，T為熱力學(xué)溫度，為熱力學(xué)溫度，R為普適氣體常數(shù)。為普適氣體常數(shù)。物理意義物理意義：dN = Nf(v)dv 設(shè)有設(shè)有N個氣體分子的理想氣體，在平衡狀態(tài)速率處在個氣體分子的理想氣體，在平衡狀態(tài)速率處在v-(v+dv)之間之間的分子數(shù)：的分子數(shù)：1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念 為了更深入地理解速率分布函數(shù)所表達的意義，以下圖為了更深入地理解速率分布函數(shù)所表達的意義，以下圖H2和和N2分子為例，對其速率分布進行了定量描述。分子為例，對其速率分布進行了定量描述。1.1 氣體分子運動論的基本概

9、念氣體分子運動論的基本概念 圖中表示，總分子數(shù)為圖中表示，總分子數(shù)為107個、速率間隔個、速率間隔dv為為1cm/s時，時，在不同速率范圍的分子數(shù)。例如，在不同速率范圍的分子數(shù)。例如，0 的的N2分子，分子，v處于處于1000-1000.01m/s范圍內(nèi)的分子數(shù)大約為范圍內(nèi)的分子數(shù)大約為9個。個。 由曲線可知，氣體分子的速度具有很大的分布區(qū)間，平由曲線可知，氣體分子的速度具有很大的分布區(qū)間，平衡溫度越低，曲線越陡，分子按速率分布越集中；溫度越高，衡溫度越低，曲線越陡，分子按速率分布越集中；溫度越高，曲線平緩，分子按速率分布越分散。氣體分子的相對原子質(zhì)曲線平緩，分子按速率分布越分散。氣體分子的相

10、對原子質(zhì)量越小，則分子的平均運動速度越大。量越小，則分子的平均運動速度越大。1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念3 . 氣體分子的平均自由程氣體分子的平均自由程 處于無規(guī)則熱運動中的氣體分子，彼此處于無規(guī)則熱運動中的氣體分子，彼此間不斷碰撞，單位時間內(nèi)氣體分子的碰撞次間不斷碰撞，單位時間內(nèi)氣體分子的碰撞次數(shù)稱為碰撞頻率。特定種類的氣體分子的碰數(shù)稱為碰撞頻率。特定種類的氣體分子的碰撞頻率與氣體分子熱運動的速率有關(guān)，與氣撞頻率與氣體分子熱運動的速率有關(guān)，與氣體的密度有關(guān)。體的密度有關(guān)。1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念3 . 氣體分子的平均自由程氣體分子的

11、平均自由程q碰撞頻率：單位時間內(nèi)氣體分子的碰撞次數(shù)。碰撞頻率：單位時間內(nèi)氣體分子的碰撞次數(shù)。q自由程：分子任意兩次碰撞之間通過的路程，自由程：分子任意兩次碰撞之間通過的路程，。：大量分子多次碰撞自由程大量分子多次碰撞自由程的平均值，的平均值， 。 或：一個氣體分子連續(xù)兩次碰撞間飛行距離的平均或：一個氣體分子連續(xù)兩次碰撞間飛行距離的平均值稱為平均自由程值稱為平均自由程 1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念3 . 氣體分子的平均自由程氣體分子的平均自由程一個氣體分子在兩次碰撞之間的平均距離：一個氣體分子在兩次碰撞之間的平均距離： n : 單位體積內(nèi)的分子數(shù)；單位體積內(nèi)的分子數(shù)；

12、 d : 氣體分子的直徑氣體分子的直徑 nd21*思考題思考題：平均自由程在制膜中的重要作用？：平均自由程在制膜中的重要作用？答答影響氣體分子到達襯底的分子能量，能量對成膜結(jié)構(gòu)質(zhì)量有很多影響。影響氣體分子到達襯底的分子能量，能量對成膜結(jié)構(gòu)質(zhì)量有很多影響。 自由程小自由程小碰撞多碰撞多氣體分子能量氣體分子能量薄膜疏松、不致密薄膜疏松、不致密1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念3 . 氣體分子的平均自由程氣體分子的平均自由程-補充補充（1） 在常溫常壓條件下，空氣分子的有效截面直徑在常溫常壓條件下，空氣分子的有效截面直徑d 0.5nm。由由T=298K，P=nKT(P=1013

13、25Pa），代入），代入 公式得到：公式得到： 50nm。表明在常溫常壓下，氣體分子的平均自由程是。表明在常溫常壓下，氣體分子的平均自由程是極短的。極短的。（2）由氣體分子的平均自由程還可以求出其平均碰撞頻率）由氣體分子的平均自由程還可以求出其平均碰撞頻率=va/（常溫常壓時，（常溫常壓時，va=460m/s）。所以常溫常壓下，每個）。所以常溫常壓下，每個空氣分子每秒內(nèi)要經(jīng)歷空氣分子每秒內(nèi)要經(jīng)歷1010次碰撞。運動軌跡并不是直線，次碰撞。運動軌跡并不是直線，而是不斷碰撞改變方向。而是不斷碰撞改變方向。RTMPNkTPMRTvnmolAmol216844. 單位面積上氣體分子的碰撞頻率單位面積上

14、氣體分子的碰撞頻率 即單位面積上氣體分子的通量（即單位面積上氣體分子的通量（單位時間內(nèi)，碰撞于單位時間內(nèi)，碰撞于單位面積上的氣體分子數(shù)單位面積上的氣體分子數(shù)）。）?？伺匠炭伺匠桃蜃右蜃?/4是對氣體分子運動方向和運動速度分布進行數(shù)學(xué)是對氣體分子運動方向和運動速度分布進行數(shù)學(xué)平均時得到的一個系數(shù)（球坐標(biāo)）。平均時得到的一個系數(shù)（球坐標(biāo)）。1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念襯底完全被一層分子覆蓋所需時間：襯底完全被一層分子覆蓋所需時間：PNRTMNNtAmol2N為表面原子密度為表面原子密度n常溫常壓下，潔凈表面被雜質(zhì)完全覆蓋所需時常溫常壓下，潔凈表面被雜質(zhì)完全覆蓋所

15、需時3.5 10-9 s, n在在10-8Pa的高真空中，這一時間為的高真空中，這一時間為10h。5 氣體的流動狀態(tài)氣體的流動狀態(tài) 氣體的無規(guī)則熱運動本身不能導(dǎo)致氣體的宏觀氣體的無規(guī)則熱運動本身不能導(dǎo)致氣體的宏觀流動，只有流動，只有在空間存在壓力差的條件下，氣體在空間存在壓力差的條件下，氣體作為一個整體才會產(chǎn)生宏觀的定向流動。作為一個整體才會產(chǎn)生宏觀的定向流動。n氣體流動取決于容器形狀，氣體氣壓，溫度及氣體流動取決于容器形狀，氣體氣壓，溫度及氣體種類。氣體種類。1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念氣體流動狀態(tài)分類氣體流動狀態(tài)分類分子流狀態(tài)分子流狀態(tài): 分子間無相互碰撞分子間

16、無相互碰撞 （高真空度，容器高真空度，容器尺寸遠小于或與平均自由程相當(dāng)尺寸遠小于或與平均自由程相當(dāng)）粘滯流狀態(tài)粘滯流狀態(tài)分子間碰撞平繁分子間碰撞平繁（中、低真空度，（中、低真空度，容器尺寸遠大于容器尺寸遠大于平均自由程）平均自由程）層流狀態(tài)層流狀態(tài)：低速流情況：低速流情況（宏觀運動（宏觀運動方向與一組平行線一致。氣體流動速度越慢，方向與一組平行線一致。氣體流動速度越慢，氣體的密度越小，真空容器的尺寸越小，氣氣體的密度越小，真空容器的尺寸越小，氣體的黏度系數(shù)越大，則越有利于氣流形成層體的黏度系數(shù)越大，則越有利于氣流形成層流）流）渦流狀態(tài)渦流狀態(tài)：高速流情況：高速流情況（有漩渦）（有漩渦）5 氣體

17、的流動狀態(tài)氣體的流動狀態(tài)1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念與水流動類似，平靜的小河為層流，波濤洶涌的大海則紊流。與水流動類似，平靜的小河為層流，波濤洶涌的大海則紊流。對于管道氣：抽口處為紊流，遠處則層流。對于管道氣：抽口處為紊流，遠處則層流。氣體流動可按氣體流動可按克努森準(zhǔn)數(shù)克努森準(zhǔn)數(shù)來劃分：來劃分：Kn = D/ D為容器尺寸；為容器尺寸； 為平均自由程為平均自由程n 分子流狀態(tài)：分子流狀態(tài)：Kn 1n 中中 間間 狀狀 態(tài)：態(tài)：Kn=1110 n 粘滯流狀態(tài)：粘滯流狀態(tài)：Kn 110 圖圖1.2 氣體流動狀態(tài)與真空系統(tǒng)氣體流動狀態(tài)與真空系統(tǒng) 尺寸和氣體壓力之間的關(guān)系尺

18、寸和氣體壓力之間的關(guān)系5 氣體的流動狀態(tài)氣體的流動狀態(tài)1.1 氣體分子運動論的基本概念氣體分子運動論的基本概念1. 何為真空何為真空物理學(xué)上的物理學(xué)上的“真空真空”是指沒有或者不計氣體分子和原是指沒有或者不計氣體分子和原子存在的物理空間，僅存在各種能量粒子的場空間；子存在的物理空間，僅存在各種能量粒子的場空間；一般意義上的一般意義上的“真空真空”并不是指并不是指“什么物質(zhì)也不存什么物質(zhì)也不存在在”。應(yīng)用物理與技術(shù)所討論的應(yīng)用物理與技術(shù)所討論的“真空真空”低于一個大氣低于一個大氣壓力的稀薄氣體的空間狀態(tài)。壓力的稀薄氣體的空間狀態(tài)。1.2 真空的基本概念真空的基本概念1. 何為真空何為真空1.2

19、真空的基本概念真空的基本概念人造真空人造真空自然真空自然真空真空真空: 地球大氣層以外的宇宙真空地球大氣層以外的宇宙真空 （在還平面（在還平面上，大氣產(chǎn)生的壓力為上，大氣產(chǎn)生的壓力為101325Pa，約，約100KPa，工，工程中稱為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。而珠峰頂處的氣壓為程中稱為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。而珠峰頂處的氣壓為32Kpa，僅為海平面壓力的三分之一左右），僅為海平面壓力的三分之一左右）: 運用科技手段抽掉密閉容器中的氣體運用科技手段抽掉密閉容器中的氣體 迄今為止，采用最高超的真空技術(shù)所能達到的最低壓力狀態(tài)迄今為止，采用最高超的真空技術(shù)所能達到的最低壓力狀態(tài)大致為大致為10-12-10-13Pa，還

20、遠未達到絕對真空。，還遠未達到絕對真空。 2. 真空度的表征真空度的表征 通常用通常用壓強壓強為單位來描述為單位來描述“真空真空”狀態(tài)下的氣體稀狀態(tài)下的氣體稀薄程度薄程度真空度真空度。壓強高則表示真空度低，低則表示真空度高。壓強高則表示真空度低，低則表示真空度高。真空度高表示真空度真空度高表示真空度“好好”，低則表示真空度，低則表示真空度“差差”。1.2 真空的基本概念真空的基本概念2. 真空度的表征真空度的表征(1) 帕斯卡（帕斯卡（Pa）：）：國際單位制國際單位制1Pa = 1牛頓牛頓/米米2 = 1千克千克/米米秒秒2 = 10達因達因/cm2 = 7.5 10-3 Torr(2) 托（

21、托（Torr)： 1 Torr = 1/760atm （一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）（一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）= 133.32 Pa(3) 毫米汞柱（毫米汞柱（mmHg）：）：0時時1 mmHg作用在單位面積上的力。作用在單位面積上的力。 一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）= 760 mmHg 1 mmHg約等于約等于1托。托。(4) 巴（巴（bar）：）：1bar = 105 Pa1.2 真空的基本概念真空的基本概念2. 真空度的表征真空度的表征n為了便于討論和實際應(yīng)用，在我國，常把真空為了便于討論和實際應(yīng)用，在我國，常把真空定性地粗劃分為粗真空、低真空、高真空和超定性地粗劃分為粗真空、低真空、高真空和超

22、高真空四個區(qū)域（表高真空四個區(qū)域（表1-1）。）。n各區(qū)域的真空物理特性如表各區(qū)域的真空物理特性如表1-2所示。（所示。（P3）1.2 真空的基本概念真空的基本概念2. 真空度的表征真空度的表征n在薄膜技術(shù)領(lǐng)域，可以認為地將真空環(huán)境粗略地劃分在薄膜技術(shù)領(lǐng)域，可以認為地將真空環(huán)境粗略地劃分為（為（GB3163-82）：）：q低真空：低真空： 102Pa 工業(yè)應(yīng)用（包裝）工業(yè)應(yīng)用（包裝）q中真空：中真空： 10210-1Pa CVD沉積技術(shù)沉積技術(shù)q高真空：高真空： 10-110-5Pa 濺射沉積技術(shù)濺射沉積技術(shù)q超高真空：超高真空： 10-5Pa 原子表面和界面分析原子表面和界面分析1.2 真空

23、的基本概念真空的基本概念4. 真空及制膜設(shè)備真空及制膜設(shè)備n超高真空條件下，氣體分子以在固體上吸附停留為主，超高真空條件下，氣體分子以在固體上吸附停留為主，其它真空度時，氣體分子以空間飛行為主。其它真空度時，氣體分子以空間飛行為主。n不同的薄膜制備和分析技術(shù)隊真空度的要求是不同的。不同的薄膜制備和分析技術(shù)隊真空度的要求是不同的。JP450磁控濺射鍍膜系統(tǒng)磁控濺射鍍膜系統(tǒng)等離子增強等離子增強CVD和熱絲和熱絲CVD復(fù)合系統(tǒng)復(fù)合系統(tǒng)一真空沉積系統(tǒng)一真空沉積系統(tǒng)二、真空抽氣系統(tǒng)二、真空抽氣系統(tǒng)三、真空測量系統(tǒng)三、真空測量系統(tǒng) 四、電源系統(tǒng)四、電源系統(tǒng) 五、氣路系統(tǒng)五、氣路系統(tǒng) 對于一個真空系統(tǒng)理論上

24、所能達到的真空度，與真空對于一個真空系統(tǒng)理論上所能達到的真空度，與真空泵、真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料、加工工藝、管道等因素有關(guān)。泵、真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料、加工工藝、管道等因素有關(guān)。1.氣體管路的流導(dǎo)、極限真空度和抽氣速率氣體管路的流導(dǎo)、極限真空度和抽氣速率 (1) 真空管路中氣體的通過能力，真空管路中氣體的通過能力， 流導(dǎo)流導(dǎo)C定義為定義為 P1和和P2為管路兩端的氣壓，為管路兩端的氣壓，Q為單位時間內(nèi)通過管為單位時間內(nèi)通過管路的氣體流量。路的氣體流量。 21PPQC1.3 真空的獲得真空的獲得QP2P1301.氣體管路的流導(dǎo)、極限真空度和抽氣速率氣體管路的流導(dǎo)、極限真空度和抽氣速率 描述真空部件的氣體

25、通過能力，它使流動著的氣體形成一定描述真空部件的氣體通過能力，它使流動著的氣體形成一定程度壓力降低。程度壓力降低。 泵泵1 泵泵2真空室真空室真空室真空室 泵泵1泵泵2并聯(lián)可以提高抽速并聯(lián)可以提高抽速 串聯(lián)可以提高極限真空度串聯(lián)可以提高極限真空度流導(dǎo)的串聯(lián)和并聯(lián)流導(dǎo)的串聯(lián)和并聯(lián)1.3 真空的獲得真空的獲得(2) 極限真空度極限真空度指被抽容器不漏氣，經(jīng)真空泵充分抽氣后所能達到的最指被抽容器不漏氣，經(jīng)真空泵充分抽氣后所能達到的最高真空度。高真空度。1.3 真空的獲得真空的獲得(3)真空抽速真空抽速 真空泵的抽速真空泵的抽速S定義為定義為 -P為真空泵入口處氣壓，為真空泵入口處氣壓，Q為單位時間內(nèi)

26、通過該處為單位時間內(nèi)通過該處 的氣體流量的氣體流量S特指一個截面上的氣體流速特指一個截面上的氣體流速。PQS 1.3 真空的獲得真空的獲得(a) 流量各處相等（無回流）：流量各處相等（無回流）： Q = C(P-Pp)=SpPp 真空容器出口處的實際抽速：真空容器出口處的實際抽速： 無回流無回流有回流有回流CSCSSPP泵對容器的實際抽速泵對容器的實際抽速S永遠小于泵的永遠小于泵的理論抽速，也永遠小于管路的流導(dǎo)理論抽速，也永遠小于管路的流導(dǎo)C，即即S是是Sp、C受兩者中較小的一個所限制。受兩者中較小的一個所限制。1.3 真空的獲得真空的獲得無回流無回流有回流有回流）（）（PPSPQSSQPPS

27、QPSQPSQPPPPPPPP0011流流 量量泵的極限真空泵的極限真空實際抽速實際抽速（b）有回流）有回流1.3 真空的獲得真空的獲得同時考慮真空泵回流、真空容器的泄露、真空管路的流導(dǎo)以及真空容器的容同時考慮真空泵回流、真空容器的泄露、真空管路的流導(dǎo)以及真空容器的容積等因素之后，整個真空系統(tǒng)的極限真空度總要低于真空泵的極限真空度。積等因素之后，整個真空系統(tǒng)的極限真空度總要低于真空泵的極限真空度。2. 真空的獲得真空的獲得 按工作原理主要分為按工作原理主要分為: 機械運動機械運動（羅茨真空泵，渦輪分子泵）（羅茨真空泵，渦輪分子泵）; 蒸汽流噴射蒸汽流噴射（擴散泵）（擴散泵）; 吸附作用吸附作用

28、（濺射離子泵）（濺射離子泵）它們所能達到的極限真空度以及載能力都各有不同。它們所能達到的極限真空度以及載能力都各有不同。存在于一個封閉的且壓力比周圍大氣壓小很多的環(huán)境中。存在于一個封閉的且壓力比周圍大氣壓小很多的環(huán)境中。（低于一個大氣壓的氣體空間）（低于一個大氣壓的氣體空間）真空泵是真空獲得的主要工具。真空泵是真空獲得的主要工具。按按真真空空獲獲得得方方法法輸運式真空泵輸運式真空泵捕獲式真空泵捕獲式真空泵對氣體進行壓縮的對氣體進行壓縮的方式將氣體分子輸方式將氣體分子輸送到真空系統(tǒng)外送到真空系統(tǒng)外依靠在真空系統(tǒng)內(nèi)凝依靠在真空系統(tǒng)內(nèi)凝結(jié)或吸附氣體分子的結(jié)或吸附氣體分子的方式將氣體分子捕獲方式將氣體

29、分子捕獲濺射離子泵濺射離子泵低溫吸附泵低溫吸附泵旋片式機械真空泵旋片式機械真空泵羅茨泵羅茨泵渦輪分子泵渦輪分子泵油擴散泵油擴散泵2. 真空的獲得真空的獲得典型的真空系統(tǒng)包括：待抽空的容器（真空室或真空腔）、獲典型的真空系統(tǒng)包括：待抽空的容器（真空室或真空腔）、獲得真空的設(shè)備（真空泵）、測量真空的器具（真空規(guī)），以及得真空的設(shè)備（真空泵）、測量真空的器具（真空規(guī)），以及必要的管道、閥門和其他附屬設(shè)備。必要的管道、閥門和其他附屬設(shè)備。真空的獲得真空的獲得n低真空：初級泵低真空：初級泵P100Pa，使用機械泵就可以。使用機械泵就可以。n中級真空和高級真空的獲中級真空和高級真空的獲得，需要初級泵和高級

30、泵得，需要初級泵和高級泵共同作用。分子泵等高級共同作用。分子泵等高級泵抽出的氣不能直接排到泵抽出的氣不能直接排到大氣，要先排到機械泵。大氣，要先排到機械泵。初級泵為高級泵抽氣初級泵為高級泵抽氣n對于任何一個真空系統(tǒng)而言，都不可能得到絕對真對于任何一個真空系統(tǒng)而言，都不可能得到絕對真空（空（P=0），而是具有一定的壓力），而是具有一定的壓力Pm，稱為，稱為（或極限真空）。這是系統(tǒng)能達到的最低壓力，（或極限真空）。這是系統(tǒng)能達到的最低壓力，是真空系統(tǒng)能否滿足鍍膜需要的重要指標(biāo)之一。是真空系統(tǒng)能否滿足鍍膜需要的重要指標(biāo)之一。n第二個主要指標(biāo)是第二個主要指標(biāo)是，指在規(guī)定壓力下單位，指在規(guī)定壓力下單位時

31、間所抽出氣體的體積，決定抽真空所需要的時間。時間所抽出氣體的體積，決定抽真空所需要的時間。3 真空泵簡介真空泵簡介n機械泵的工作原理是建筑在機械泵的工作原理是建筑在玻義耳馬略特定律玻義耳馬略特定律的基礎(chǔ)上的，的基礎(chǔ)上的，PVK，K為與溫度有關(guān)的常數(shù)。為與溫度有關(guān)的常數(shù)。n即在溫度不變的條件下，容器的體積和氣體壓強即在溫度不變的條件下，容器的體積和氣體壓強成反比。成反比。3 真空泵簡介真空泵簡介n工作原理：工作原理： 利用泵腔內(nèi)活塞的往復(fù)運動，將氣體吸入、壓縮并排出。利用泵腔內(nèi)活塞的往復(fù)運動，將氣體吸入、壓縮并排出。3 真空泵簡介真空泵簡介（1） 往復(fù)式真空泵往復(fù)式真空泵n工作原理：工作原理：

32、運轉(zhuǎn)時，在電動機的驅(qū)動下，通過曲柄連桿機構(gòu)的作用，使汽缸內(nèi)運轉(zhuǎn)時，在電動機的驅(qū)動下，通過曲柄連桿機構(gòu)的作用，使汽缸內(nèi)的活塞做往復(fù)運動。當(dāng)活塞在汽缸內(nèi)從左端向右端運動時，由于汽缸的的活塞做往復(fù)運動。當(dāng)活塞在汽缸內(nèi)從左端向右端運動時，由于汽缸的左腔體積不斷增大，汽缸內(nèi)氣體的密度減小，而形成抽氣過程，此時被左腔體積不斷增大，汽缸內(nèi)氣體的密度減小，而形成抽氣過程，此時被抽容器內(nèi)的氣體經(jīng)過吸氣閥進入泵體左腔。當(dāng)活塞達到最右位置時，汽抽容器內(nèi)的氣體經(jīng)過吸氣閥進入泵體左腔。當(dāng)活塞達到最右位置時，汽缸左腔內(nèi)就完全充滿了氣體。接著活塞從右端向左端運動，此時吸氣閥缸左腔內(nèi)就完全充滿了氣體。接著活塞從右端向左端運動

33、，此時吸氣閥關(guān)閉。汽缸內(nèi)氣體隨著活塞從右向左運動而逐漸被壓縮，當(dāng)汽缸內(nèi)氣體關(guān)閉。汽缸內(nèi)氣體隨著活塞從右向左運動而逐漸被壓縮，當(dāng)汽缸內(nèi)氣體的壓力達到或稍大于一個大氣壓時，排氣閥被打開，將氣體排到大氣中，的壓力達到或稍大于一個大氣壓時，排氣閥被打開，將氣體排到大氣中，完成一個工作循環(huán)。當(dāng)活塞再自左向右運動時，又重復(fù)前一個循環(huán)，如完成一個工作循環(huán)。當(dāng)活塞再自左向右運動時，又重復(fù)前一個循環(huán)，如此反復(fù)下去，被抽容器內(nèi)最終達到真空狀態(tài)下的某一穩(wěn)定的平衡壓力。此反復(fù)下去，被抽容器內(nèi)最終達到真空狀態(tài)下的某一穩(wěn)定的平衡壓力。3 真空泵簡介真空泵簡介（1） 往復(fù)式真空泵往復(fù)式真空泵n工作原理：工作原理： 依靠偏心

34、連桿機構(gòu)驅(qū)動滑閥，在滑閥運動時，依靠偏心連桿機構(gòu)驅(qū)動滑閥，在滑閥運動時，氣體經(jīng)由吸氣口被吸入泵體內(nèi)，然后在滑閥壓氣體經(jīng)由吸氣口被吸入泵體內(nèi)，然后在滑閥壓縮下經(jīng)排氣閥排出泵體縮下經(jīng)排氣閥排出泵體n工作參數(shù)：工作參數(shù)：q理論抽速：理論抽速：Sp=Vf (V為轉(zhuǎn)子與定子間的為轉(zhuǎn)子與定子間的體積；體積；f為轉(zhuǎn)速）為轉(zhuǎn)速）q實際抽速：實際抽速： 10-500L/sq極限真空：單級為極限真空：單級為103Pa；兩級串聯(lián)為；兩級串聯(lián)為1Pan特點與使用特點與使用 單獨使用或用作其它泵的前級泵，低真空系單獨使用或用作其它泵的前級泵，低真空系統(tǒng)。統(tǒng)。n 缺點缺點：油污染。油污染。3 真空泵簡介真空泵簡介（2）

35、滑閥式真空泵滑閥式真空泵滑閥式真空泵的結(jié)構(gòu)示意圖滑閥式真空泵的結(jié)構(gòu)示意圖油的作用：運動部油的作用：運動部件間的密封，對機件間的密封，對機械部件潤滑。械部件潤滑。3 真空泵簡介真空泵簡介（2） 滑閥式真空泵滑閥式真空泵n與泵同心的驅(qū)動軸帶動偏心輪旋轉(zhuǎn)，偏心輪帶動滑閥環(huán)運動，使與泵同心的驅(qū)動軸帶動偏心輪旋轉(zhuǎn)，偏心輪帶動滑閥環(huán)運動，使滑閥桿在導(dǎo)軌中上下滑動和左右擺動。滑閥將泵腔分成滑閥桿在導(dǎo)軌中上下滑動和左右擺動。滑閥將泵腔分成A、B兩個兩個部分。當(dāng)驅(qū)動軸按圖中所示方向轉(zhuǎn)動時，部分。當(dāng)驅(qū)動軸按圖中所示方向轉(zhuǎn)動時，A腔的容積增加，壓力降腔的容積增加，壓力降低，泵入口氣體經(jīng)滑閥桿（低，泵入口氣體經(jīng)滑閥桿

36、（A腔一側(cè)的開口）進入腔一側(cè)的開口）進入A腔，此時處于腔，此時處于吸氣過程。當(dāng)滑閥處于左上方位置時，吸氣過程。當(dāng)滑閥處于左上方位置時，A腔容積達到最大，此時進腔容積達到最大，此時進氣口與氣口與A腔隔絕，完成吸氣過程；腔隔絕，完成吸氣過程；B腔的容積減小，壓縮氣體。當(dāng)腔的容積減小，壓縮氣體。當(dāng)B腔內(nèi)氣體壓力達到排氣壓力時，推開油封的排氣閥，開始排氣。腔內(nèi)氣體壓力達到排氣壓力時，推開油封的排氣閥，開始排氣。當(dāng)滑閥處于左上方位置時，排氣終了。在連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，泵不當(dāng)滑閥處于左上方位置時，排氣終了。在連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，泵不斷地進行吸氣、壓縮和排氣過程，從而達到了連續(xù)抽氣的目的。斷地進行吸氣、壓縮和排氣過

37、程，從而達到了連續(xù)抽氣的目的。3 真空泵簡介真空泵簡介（2） 滑閥式真空泵滑閥式真空泵n工作原理：工作原理： 依靠放置在偏心轉(zhuǎn)子中的可以滑進滑出的旋依靠放置在偏心轉(zhuǎn)子中的可以滑進滑出的旋片，將氣體隔離，壓縮，然后排出泵體之外。片，將氣體隔離，壓縮，然后排出泵體之外。n工作參數(shù)：工作參數(shù)：n理論抽速：理論抽速：Sp=Vf: (V為轉(zhuǎn)子與定子間的體積；為轉(zhuǎn)子與定子間的體積；f為轉(zhuǎn)速）為轉(zhuǎn)速）n實際抽速：實際抽速： 1-300L/sn極限真空：單級為極限真空：單級為1Pa；兩級串聯(lián)為；兩級串聯(lián)為10-2 Pan特點與使用特點與使用單獨使用或用作其它高級泵的前級泵，低真空系統(tǒng)單獨使用或用作其它高級泵的

38、前級泵，低真空系統(tǒng).n 缺點：缺點：油污染油污染 （3）真空泵簡介真空泵簡介-旋片式真空泵旋片式真空泵旋片式真空泵的結(jié)構(gòu)示意圖旋片式真空泵的結(jié)構(gòu)示意圖（3）真空泵簡介真空泵簡介-旋片式真空泵旋片式真空泵 轉(zhuǎn)子偏心地安裝于泵體內(nèi)且外圓與泵體內(nèi)表面相切轉(zhuǎn)子偏心地安裝于泵體內(nèi)且外圓與泵體內(nèi)表面相切（兩者間有很小的間隙），轉(zhuǎn)子開槽，槽內(nèi)裝有旋片。（兩者間有很小的間隙），轉(zhuǎn)子開槽，槽內(nèi)裝有旋片。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋片靠離心力和彈簧張力使其頂端與泵當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋片靠離心力和彈簧張力使其頂端與泵腔始終接觸，沿泵體內(nèi)壁滑動。腔始終接觸，沿泵體內(nèi)壁滑動。 若按箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，若按箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，A空間的溶劑增加，

39、壓力降低，空間的溶劑增加，壓力降低，氣體經(jīng)泵入口被吸入，此時處于吸氣過程；氣體經(jīng)泵入口被吸入，此時處于吸氣過程；B空間的溶劑空間的溶劑減小，壓力增加，處于壓縮過程；減小，壓力增加，處于壓縮過程；C空間容積進一步縮小，空間容積進一步縮小，壓力進一步增加，當(dāng)壓力超過排氣壓力時，壓縮氣體推壓力進一步增加，當(dāng)壓力超過排氣壓力時，壓縮氣體推開油密封的排氣閥，處于向大氣中的排氣過程。開油密封的排氣閥，處于向大氣中的排氣過程。（3）真空泵簡介真空泵簡介-旋片式真空泵旋片式真空泵n型號：型號：2XZ-2, 2XZ-4, 2XZ-8（4）真空泵簡介真空泵簡介干性機械泵干性機械泵n工作原理工作原理 通過增加腔的容

40、積來降低壓力通過增加腔的容積來降低壓力n特點與使用特點與使用 使用非金屬材料作為運動表使用非金屬材料作為運動表面，以避免使用填縫劑和潤面，以避免使用填縫劑和潤滑劑，從而可避免油污染反滑劑，從而可避免油污染反應(yīng)室?，F(xiàn)今集成電路工藝中應(yīng)室。現(xiàn)今集成電路工藝中使用干性泵。使用干性泵。n缺點：缺點： 極限真空度低，噪聲大，價極限真空度低，噪聲大，價格高格高旋轉(zhuǎn)支架干性機械泵旋轉(zhuǎn)支架干性機械泵（4）真空泵簡介真空泵簡介干性機械泵干性機械泵 兩個轉(zhuǎn)子按箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，吸氣口與泵兩個轉(zhuǎn)子按箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，吸氣口與泵腔接通，泵腔容積變大而吸氣，當(dāng)轉(zhuǎn)子關(guān)閉吸腔接通，泵腔容積變大而吸氣，當(dāng)轉(zhuǎn)子關(guān)閉吸氣口時吸氣結(jié)束

41、，以后泵腔變小而壓縮氣體，氣口時吸氣結(jié)束，以后泵腔變小而壓縮氣體，當(dāng)排氣口打開后泵腔排氣，排氣口關(guān)閉時則排當(dāng)排氣口打開后泵腔排氣，排氣口關(guān)閉時則排氣完畢，如此循環(huán)工作。氣完畢，如此循環(huán)工作。n工作原理：工作原理： 泵體內(nèi)兩個呈泵體內(nèi)兩個呈8字型的轉(zhuǎn)子以相反的方字型的轉(zhuǎn)子以相反的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的咬合精度很高，被抽向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的咬合精度很高，被抽氣體從吸氣口進入泵腔，被封閉在吸氣體從吸氣口進入泵腔，被封閉在吸氣腔氣腔V2之內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出泵外。之內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出泵外。n工作參數(shù)：工作參數(shù)：n理論抽速：理論抽速：Sp=Vf:n實際抽速：實際抽速： 1-103L/sn極限真空：極限真空：10-2

42、Pan特點與使用特點與使用與旋片機械泵串聯(lián)使用，不能直與旋片機械泵串聯(lián)使用，不能直接向空氣排氣?，F(xiàn)正設(shè)計新型的接向空氣排氣?，F(xiàn)正設(shè)計新型的可直接向空氣排氣的羅茨泵。高可直接向空氣排氣的羅茨泵。高真空系統(tǒng)；價格較貴。真空系統(tǒng)；價格較貴。（5）真空泵簡介真空泵簡介- 羅茨泵羅茨泵羅茨泵結(jié)構(gòu)示意圖羅茨泵結(jié)構(gòu)示意圖（5）真空泵簡介真空泵簡介- 羅茨泵羅茨泵 泵體內(nèi)兩個呈泵體內(nèi)兩個呈8字型的轉(zhuǎn)子以相反的方向旋轉(zhuǎn)，字型的轉(zhuǎn)子以相反的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的咬合精度很高，被抽氣體從吸氣口進入泵腔，轉(zhuǎn)子的咬合精度很高，被抽氣體從吸氣口進入泵腔，被封閉在吸氣腔被封閉在吸氣腔V2之內(nèi)，在經(jīng)排氣口排出泵外。之內(nèi)，在經(jīng)排氣口

43、排出泵外。（由于在吸入（由于在吸入V2空間內(nèi)的氣體沒有被壓縮，當(dāng)轉(zhuǎn)子空間內(nèi)的氣體沒有被壓縮，當(dāng)轉(zhuǎn)子的頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣時，的頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣時，V2空間這時與排氣側(cè)相空間這時與排氣側(cè)相通，由于排氣側(cè)氣體壓力較高，有部分高壓氣體返通，由于排氣側(cè)氣體壓力較高，有部分高壓氣體返流到流到V2空間內(nèi)，使泵腔內(nèi)突然升高達到排氣壓力。空間內(nèi)，使泵腔內(nèi)突然升高達到排氣壓力。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，被抽氣體排出泵外。）轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，被抽氣體排出泵外。）n工作原理：工作原理： 將擴散泵油加熱至高溫蒸發(fā)狀態(tài)將擴散泵油加熱至高溫蒸發(fā)狀態(tài)(200oC)，讓油蒸氣呈多級狀向下定向高速噴出時讓油蒸氣呈多級狀向下定向高速噴出時不

44、斷撞擊使其被迫向排氣口運動，在壓不斷撞擊使其被迫向排氣口運動，在壓縮作用下被排出泵體。同時泵體冷卻的縮作用下被排出泵體。同時泵體冷卻的油蒸汽又會凝聚返回泵的底部油蒸汽又會凝聚返回泵的底部n工作參數(shù)：工作參數(shù)：實際抽速：實際抽速： 1-104L/s (決決定于泵體口徑）定于泵體口徑）極限真空：極限真空：10-5 Pan特點與使用特點與使用與旋片機械泵串聯(lián)使用，需要機械泵抽與旋片機械泵串聯(lián)使用，需要機械泵抽預(yù)真空預(yù)真空(1Pa)；油污染；價格便宜。；油污染；價格便宜。（6）真空泵簡介真空泵簡介- 油擴散泵油擴散泵油擴散泵結(jié)構(gòu)示意圖油擴散泵結(jié)構(gòu)示意圖n擴散泵油被加熱后產(chǎn)生大量的油蒸氣，擴散泵油被加熱

45、后產(chǎn)生大量的油蒸氣，油蒸氣沿著蒸氣導(dǎo)管傳輸?shù)缴喜?，?jīng)傘油蒸氣沿著蒸氣導(dǎo)管傳輸?shù)缴喜浚?jīng)傘形噴嘴向外噴射出。由于噴嘴外的壓強形噴嘴向外噴射出。由于噴嘴外的壓強較低，于是蒸氣會向下噴射出較長距離，較低，于是蒸氣會向下噴射出較長距離，形成一高速定向的蒸氣流。其射流的速形成一高速定向的蒸氣流。其射流的速度可達度可達200m/s甚至甚至2倍音速以上，且倍音速以上，且其分壓強低于擴散泵進氣口上方被抽氣其分壓強低于擴散泵進氣口上方被抽氣體的分壓強，兩者形成壓強差。這樣真體的分壓強，兩者形成壓強差。這樣真空室內(nèi)的氣體分子必然會向著壓強較低空室內(nèi)的氣體分子必然會向著壓強較低的擴散泵噴口處擴散，跟具有較高動量的擴

46、散泵噴口處擴散，跟具有較高動量和能量的超音速蒸氣分子相碰撞而發(fā)生和能量的超音速蒸氣分子相碰撞而發(fā)生動量和能量交換。動量和能量交換。（6）真空泵簡介真空泵簡介- 油擴散泵油擴散泵油擴散泵結(jié)構(gòu)示意圖油擴散泵結(jié)構(gòu)示意圖n氣體分子在高速油分子碰撞推動下，氣體分子在高速油分子碰撞推動下，被趕向下方，在泵下方形成密集氣被趕向下方，在泵下方形成密集氣體分子流，在出口處被前置泵抽走，體分子流，在出口處被前置泵抽走，而從噴嘴射出的油蒸氣流噴到水冷而從噴嘴射出的油蒸氣流噴到水冷的泵壁被冷凝成液體，流回泵底再的泵壁被冷凝成液體，流回泵底再重新被電爐加熱形成蒸氣。這樣，重新被電爐加熱形成蒸氣。這樣，在泵內(nèi)保證了油蒸氣

47、的循環(huán)，使擴在泵內(nèi)保證了油蒸氣的循環(huán)，使擴散泵能連續(xù)不斷地工作，從而使被散泵能連續(xù)不斷地工作，從而使被抽容器獲得較高的真空度。抽容器獲得較高的真空度。（6）真空泵簡介真空泵簡介- 油擴散泵油擴散泵油擴散泵結(jié)構(gòu)示意圖油擴散泵結(jié)構(gòu)示意圖（7）真空泵簡介真空泵簡介- 渦輪分子泵渦輪分子泵n工作原理：工作原理： 靠機械運動對氣體分子施加作靠機械運動對氣體分子施加作用，并使氣體分子向特定方向運用，并使氣體分子向特定方向運動的原理來工作的。渦輪分子泵動的原理來工作的。渦輪分子泵的轉(zhuǎn)子葉片具有特定的形狀，以的轉(zhuǎn)子葉片具有特定的形狀，以20000-30000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分的高速旋轉(zhuǎn)，分的高速旋轉(zhuǎn)，將動量傳給氣體分子

48、，多級葉片將動量傳給氣體分子，多級葉片(10-40)的連續(xù)壓縮保證了分子泵的連續(xù)壓縮保證了分子泵的高效快速的工作。的高效快速的工作。n工作參數(shù)：工作參數(shù)：n實際抽速實際抽速： 1000L/s (決定于決定于泵體口徑和轉(zhuǎn)速）泵體口徑和轉(zhuǎn)速）n極限真空極限真空：10-8 Pa渦輪分子泵結(jié)構(gòu)示意圖渦輪分子泵結(jié)構(gòu)示意圖n特點與使用特點與使用 與旋片機械泵串聯(lián)使用，需要機械泵抽預(yù)真空至與旋片機械泵串聯(lián)使用，需要機械泵抽預(yù)真空至1Pa以以下；無油污染；價格昂貴。下；無油污染；價格昂貴。n導(dǎo)致渦輪泵出問題的最常見的原因?qū)е聹u輪泵出問題的最常見的原因 1 、突然將泵暴露于大氣之下，渦輪葉片彎曲并互相碰撞，、突

49、然將泵暴露于大氣之下，渦輪葉片彎曲并互相碰撞， 導(dǎo)致極大的失敗。導(dǎo)致極大的失敗。 2、渦輪泵的回轉(zhuǎn)軸是精密平衡的，所以在使用過程中嚴禁、渦輪泵的回轉(zhuǎn)軸是精密平衡的，所以在使用過程中嚴禁移動或沖撞。移動或沖撞。（7）真空泵簡介真空泵簡介- 渦輪分子泵渦輪分子泵n分子泵輸送氣體通常應(yīng)滿足以下兩個條件：分子泵輸送氣體通常應(yīng)滿足以下兩個條件： 1 、必須在分子流狀態(tài)下工作，需配備前級泵。、必須在分子流狀態(tài)下工作，需配備前級泵。 2、轉(zhuǎn)子葉片必須具有與氣體分子速度相近的線速度。、轉(zhuǎn)子葉片必須具有與氣體分子速度相近的線速度。（7）真空泵簡介真空泵簡介- 渦輪分子泵渦輪分子泵（8）真空泵簡介）真空泵簡介-

50、低溫吸附泵低溫吸附泵n工作原理：工作原理： 依靠氣體分子在低溫條件下自發(fā)凝結(jié)或依靠氣體分子在低溫條件下自發(fā)凝結(jié)或被其他物質(zhì)表面吸附的性質(zhì)實現(xiàn)對氣體被其他物質(zhì)表面吸附的性質(zhì)實現(xiàn)對氣體分子的去除，進而獲得高真空的裝置分子的去除，進而獲得高真空的裝置 。真空度依賴于低溫度，吸附物質(zhì)的表面真空度依賴于低溫度，吸附物質(zhì)的表面積和吸附氣體的種類等。積和吸附氣體的種類等。n工作參數(shù)：工作參數(shù)：n常用的吸附物質(zhì)：金屬表面；活性碳；常用的吸附物質(zhì)：金屬表面；活性碳；沸石等分子篩沸石等分子篩n極限真空：極限真空：10-110-8 Pan特點與使用特點與使用 需要機械泵抽預(yù)真空需要機械泵抽預(yù)真空(10-1pa)；無

51、油高真；無油高真空系統(tǒng)；價格較貴；高溫時，被吸附的空系統(tǒng)；價格較貴；高溫時，被吸附的氣體又釋放出來。氣體又釋放出來。低溫吸附泵結(jié)構(gòu)示意圖低溫吸附泵結(jié)構(gòu)示意圖（8）真空泵簡介）真空泵簡介- 低溫吸附泵低溫吸附泵n利用低溫表面將被抽空間的氣體冷凝、捕集、吸附或冷凝吸附，使利用低溫表面將被抽空間的氣體冷凝、捕集、吸附或冷凝吸附，使被抽空間的壓力大大降低，從而獲得并維持真空狀態(tài)的抽氣裝置。低被抽空間的壓力大大降低，從而獲得并維持真空狀態(tài)的抽氣裝置。低溫泵抽氣是一種儲存式捕集排氣，它所抽走的氣體不是直接排到泵外，溫泵抽氣是一種儲存式捕集排氣，它所抽走的氣體不是直接排到泵外，而是儲留在泵內(nèi)，一旦冷凝表面溫

52、度發(fā)生變化，它所抽走的氣體又重而是儲留在泵內(nèi)，一旦冷凝表面溫度發(fā)生變化，它所抽走的氣體又重新放出，而破壞泵的正常工作。新放出，而破壞泵的正常工作。n 泵停止工作后，關(guān)閉高真空隔離閥，可以保持真空度不變。制冷劑泵停止工作后，關(guān)閉高真空隔離閥，可以保持真空度不變。制冷劑不再產(chǎn)生冷量，冷頭逐漸恢復(fù)常溫。這時，凍結(jié)在冷板上的可凝性氣不再產(chǎn)生冷量，冷頭逐漸恢復(fù)常溫。這時，凍結(jié)在冷板上的可凝性氣體將蒸發(fā)，被活性炭吸附的非可凝性氣體將解吸，它們都跑到氣相中體將蒸發(fā)，被活性炭吸附的非可凝性氣體將解吸，它們都跑到氣相中去，從而形成較高的壓力。為安全及排出這些氣體，在泵殼上設(shè)有再去，從而形成較高的壓力。為安全及排

53、出這些氣體，在泵殼上設(shè)有再生抽氣排出口，泵工作時，它用密封塞塞住。當(dāng)停機時，泵殼內(nèi)壓力生抽氣排出口，泵工作時，它用密封塞塞住。當(dāng)停機時，泵殼內(nèi)壓力升高，通過內(nèi)外壓力差將密封塞頂開，殼內(nèi)氣體自動排放到大氣。升高，通過內(nèi)外壓力差將密封塞頂開，殼內(nèi)氣體自動排放到大氣。（9）真空泵簡介真空泵簡介- 濺射離子泵濺射離子泵n工作原理：工作原理： 依靠高壓陰極發(fā)射出的高速電子與殘余氣依靠高壓陰極發(fā)射出的高速電子與殘余氣體分子相互碰撞后引起氣體電離放電，而體分子相互碰撞后引起氣體電離放電，而電離后的氣體分子在高速撞擊陰極時又會電離后的氣體分子在高速撞擊陰極時又會濺射出大量的濺射出大量的Ti原子。由于原子。由于

54、Ti原子的活性原子的活性很高，因而它將以吸附或化學(xué)反應(yīng)的形式很高，因而它將以吸附或化學(xué)反應(yīng)的形式捕獲大量的氣體分子并在泵體內(nèi)沉積下來，捕獲大量的氣體分子并在泵體內(nèi)沉積下來，實現(xiàn)超高真空的獲得。實現(xiàn)超高真空的獲得。n工作參數(shù)：工作參數(shù)：實際抽速：實際抽速： 決定于泵體口徑和陰極高壓決定于泵體口徑和陰極高壓極限真空：極限真空：10-8 Pan特點與使用特點與使用與旋片機械泵和分子泵配合使用，需要抽與旋片機械泵和分子泵配合使用，需要抽預(yù)真空預(yù)真空(10-6 Pa)；無油污染；超高真空潔凈；無油污染；超高真空潔凈系統(tǒng)；價格昂貴。適于抽除惰性氣體。系統(tǒng)；價格昂貴。適于抽除惰性氣體。濺射離子泵結(jié)構(gòu)示意圖濺

55、射離子泵結(jié)構(gòu)示意圖（9）真空泵簡介真空泵簡介- 濺射離子泵濺射離子泵n濺射離子泵的抽速對不同的氣體是不一樣的。濺射離子泵的抽速對不同的氣體是不一樣的。它所抽除的氣體分子不會在高溫下再被釋放出它所抽除的氣體分子不會在高溫下再被釋放出來。同時，來。同時，Ti電極的不斷濺射使得離子泵的壽電極的不斷濺射使得離子泵的壽命是有一定限度的，它根據(jù)所使用的真空度范命是有一定限度的，它根據(jù)所使用的真空度范圍不同濺射而變化很大。為了延長圍不同濺射而變化很大。為了延長Ti電極的使電極的使用壽命，濺射離子泵多與其他泵串連起來使用用壽命，濺射離子泵多與其他泵串連起來使用于高真空系統(tǒng)之中。于高真空系統(tǒng)之中。1.4 真空測

56、量技術(shù)真空測量技術(shù)n目前，真空技術(shù)所涉及的壓強范圍極廣，因此找不出一目前，真空技術(shù)所涉及的壓強范圍極廣，因此找不出一種壓強計能覆蓋整個壓強范圍。種壓強計能覆蓋整個壓強范圍。n人們往往是針對具體的被測壓強范圍，設(shè)法用這樣那樣人們往往是針對具體的被測壓強范圍，設(shè)法用這樣那樣的手段來測量。換句話說，真空規(guī)是基于不同氣體的物的手段來測量。換句話說，真空規(guī)是基于不同氣體的物理參數(shù)而制造的，各有千秋。理參數(shù)而制造的，各有千秋。n那么，怎么的真空規(guī)好呢？適合于具體的工作條件的真那么，怎么的真空規(guī)好呢？適合于具體的工作條件的真空規(guī)，就是最好的?？找?guī)，就是最好的。1.4 真空測量技術(shù)真空測量技術(shù)n根據(jù)真空度范圍

57、不同，真空測量方法和原理各不同。根據(jù)真空度范圍不同，真空測量方法和原理各不同。n測量出的真空度與實際真空度之間可能由于溫度的不同測量出的真空度與實際真空度之間可能由于溫度的不同而存在誤差，而且當(dāng)氣體處于分子流狀態(tài)，真空室與測而存在誤差，而且當(dāng)氣體處于分子流狀態(tài)，真空室與測試點的氣壓也有所不同。試點的氣壓也有所不同。 pc/pm = (Tc/Tm)1/2 Tc, Tm分別為真空室和測試點的溫度分別為真空室和測試點的溫度n當(dāng)氣體的流動狀態(tài)接近甚至達到粘滯流狀態(tài)的情況下，當(dāng)氣體的流動狀態(tài)接近甚至達到粘滯流狀態(tài)的情況下，溫差造成的測量誤差趨于溫差造成的測量誤差趨于0。1.4 真空測量技術(shù)真空測量技術(shù)n

58、真空測量元件常被稱為真空測量元件常被稱為真空規(guī)真空規(guī)。n真空測量技術(shù)分為低真空和高真空測量。真空測量技術(shù)分為低真空和高真空測量。n常用的有三種方法：常用的有三種方法：1. 熱偶真空規(guī)和皮拉尼真空規(guī)熱偶真空規(guī)和皮拉尼真空規(guī)2. 薄膜真空規(guī)薄膜真空規(guī)3. 電離真空規(guī)電離真空規(guī)（1）真空測量技術(shù)真空測量技術(shù)-熱偶規(guī)或皮拉尼規(guī)熱偶規(guī)或皮拉尼規(guī)n熱偶規(guī)或皮拉尼規(guī)都是以氣體的熱導(dǎo)率隨氣體壓熱偶規(guī)或皮拉尼規(guī)都是以氣體的熱導(dǎo)率隨氣體壓力的變化為基礎(chǔ)設(shè)計的，是低真空時最常用的測力的變化為基礎(chǔ)設(shè)計的，是低真空時最常用的測量手段。量手段。n 對不同氣體的測量結(jié)果不同，因不同氣體分子的對不同氣體的測量結(jié)果不同，因不同

59、氣體分子的導(dǎo)熱系數(shù)不同。導(dǎo)熱系數(shù)不同。（1）真空測量技術(shù)真空測量技術(shù)-熱偶規(guī)或皮拉尼規(guī)熱偶規(guī)或皮拉尼規(guī)n熱偶規(guī)工作原理熱偶規(guī)工作原理：氣體的熱導(dǎo)率隨氣體壓力變化（氣體熱導(dǎo)率隨著氣體壓力：氣體的熱導(dǎo)率隨氣體壓力變化（氣體熱導(dǎo)率隨著氣體壓力 的增加而上升，因而熱絲的溫度會隨著氣體壓力的上升而降低），通的增加而上升，因而熱絲的溫度會隨著氣體壓力的上升而降低），通 過熱電偶測出熱絲的溫度，也就相應(yīng)的測出了環(huán)境的氣體壓強。過熱電偶測出熱絲的溫度，也就相應(yīng)的測出了環(huán)境的氣體壓強。n測量范圍測量范圍： 熱偶規(guī)熱偶規(guī) 0.1-100Pan特點與使用特點與使用： 屬低真空測量，屬低真空測量，儀器結(jié)構(gòu)簡單，使用方

60、便。儀器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。 （1）真空測量技術(shù)真空測量技術(shù)-熱偶規(guī)或皮拉尼規(guī)熱偶規(guī)或皮拉尼規(guī)n皮拉尼工作原理皮拉尼工作原理：（電阻真空規(guī)）通過測量熱絲的電阻隨溫度的變化實現(xiàn)：（電阻真空規(guī)）通過測量熱絲的電阻隨溫度的變化實現(xiàn) 對真空度的測量。對真空度的測量。 n測量范圍測量范圍： 皮拉尼皮拉尼 0.1Pa-0.1MPan特點與使用特點與使用： 屬低真空測量，優(yōu)缺點與熱歐規(guī)相似。屬低真空測量，優(yōu)缺點與熱歐規(guī)相似。儀器結(jié)構(gòu)簡單，儀器結(jié)構(gòu)簡單， 使用方便。使用方便。 。（2）真空測量技術(shù)真空測量技術(shù)電離真空規(guī)電離真空規(guī)n工作原理工作原理：利用某種手段使進入規(guī)管中的部分氣體分子發(fā)生電離，收集利用某種手