薄膜制備及分析課堂講稿(第二講)

第二講真空獲得與真空測量l.真空獲得抽真空設(shè)備①機械泵②羅茨泵③擴散泵④分子泵⑤離子泵⑥升華泵抽氣能力(極限真空度)大氣105Pa~1Pa5Pa~10-6Pa5Pa~10-8Pa~10-10Pa10-3Pa~10-12Pa10-3Pa

104Pa~10-2Pa104

102

110-2

10-4

SPa抽速升/秒機械泵羅茨泵分子泵擴散泵①機械泵的工作原理由玻意耳定律：n個循環(huán)后：當(dāng)則但存在有害空間，所以存在極限Pm抽速(升/秒)因有害空間，所以實際抽速為:當(dāng)時，有害空間②擴散泵的工作原理根據(jù)流速大處氣壓小的原理，靠油蒸汽射流攜帶氣體分子，再通過機械泵將氣體排出。氣壓小真空室接機械泵加熱器(電爐)擴散泵油冷阱冷卻水管③分子泵的工作原理通過高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片，不斷地對氣體分子施以定向的動量和壓縮作用。渦輪葉片高速旋轉(zhuǎn)④離子泵的工作原理鈦陰極鈦陰極不銹鋼陽極高壓5千伏磁場1-2千伏氣體分子電離a.鈦陰極板收集離子；b.濺射出來的鈦原子吸收氣體分子。抽氣原理：⑤升華泵的工作原理對鈦絲或鈦球通電加熱使鈦升華。因大面積上充分升華鈦，所以能獲得大的抽氣速率。2.真空測量真空測量規(guī)管：①熱電偶規(guī)管(真空計)-----低真空測量②電離規(guī)管(真空計)-----高真空測量測量范圍：10～1Pa(在此范圍測量精確)測量范圍：10-1～10-6Pa

熱電偶工作原理：任何兩根不同的金屬如鎳-康銅、銅-康銅、鉑-鉑銠等，當(dāng)其兩個接頭的溫度不同時，出現(xiàn)溫差電動勢：熱電偶中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，加入一根中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，就不會影響熱電動熱。①熱電偶規(guī)管的工作原理mAmVK加熱燈絲玻璃管半經(jīng)r1Pt接真空室在低壓強下氣體的熱傳導(dǎo)與壓強成正比關(guān)系.總熱量的散失：輻射熱燈絲兩端支撐的傳熱氣體分子碰撞燈絲而帶走的熱量顯然：Q1和Q2與壓強P無關(guān);只有Q3與壓強P有關(guān);壓強P↑,碰撞次數(shù)↑,Q3↑,從而燈絲溫度變化越大。粗真空下：l自由程<<r1管半經(jīng)→Q3起主導(dǎo)作用但Q3與壓強P關(guān)系微弱∴不能測準。低真空下：l自由程≈r1管半經(jīng)→仍有Q3＞

Q1+Q2Q3與壓強P成正比∴能測準。高真空下：l自由程>>r1管半經(jīng)→Q3很小,即Q3<<Q1+Q2Q3與壓強P關(guān)系弱

∴不能測。②電離真空規(guī)管的工作原理K+-d燈絲(陰極)柵極(加速極)接真空室+離子收集極離子收集極得到的離子流；加速極上得到的電子流。假設(shè)：電子自由程而(電離規(guī)管的特征方程)當(dāng)P>5Pa：氧化；當(dāng)P>1×10-1Pa較高真空：電離達到平衡→飽和→不能測

當(dāng)P<10-6Pa超高真空：高速電子打到加速極上→產(chǎn)生軟X射線→X射線打到離子收集極上→產(chǎn)生光電子發(fā)射→導(dǎo)致離子流增加→形成虛假的離子流Ii，∴不能測

∴電離規(guī)管的測量范圍：l0-1Pa～l0-6Pa薄膜制備實驗分組1.蒸發(fā)薄膜制備組3.直流(DC)磁控射頻薄膜制備組4.射頻(RF)磁控濺射薄膜制備組2.二極射頻濺射薄