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1、第一章 薄膜制备的真空技术基 础 一. 真空的基本知识1. 真空的定义：真空泛指压力低于一 个大气压的任何气态空间。据气体状态方程： P = nkT 当 P =1.3310-4 Pa(10-6Torr);T = 293K 时 n = 3.21010个/厘米32. 真空度的单位：真空度是气体稀薄程 度的一种客观量度。1) CGS 1达因/厘米2 = 1微巴 (microbar) mbar2) MKS 1牛顿/米2 = 1帕斯卡 (Pascal)Pa3) 汞柱高度 1/760 mmh = 1托 (Torr) 1 Torr = 133Pa3. 基本参量1) 碰撞频率：在单位时间, 单位面积上碰撞的气
2、体分子数。Va：算术平均速度 2) 平均自由程：气体分子之间相邻两次碰撞 的距离。若温度和气体种类一定：P0.667(cm.Pa) 510-3(cm.Torr)4. 真空度的划分粗真空：P 100 Pa 以气体分子相互碰撞为 主D 以分子与器 壁碰撞为主。高真空： 10-2D 超高真空：PD 二. 真空的获得2.1 真空泵性能的基本参数1）抽气速率S：在泵的进口处，在任一给 定压强下，单位时间内流入泵的气体体积 数。2）极限压强 Pn：泵对一个不漏气不放 气的容器抽气，经过足够长的时间所 能达到的最低平衡压强； 3）最大工作压强：泵能正常工作的最高 压强； 4）运用范围：泵具有相当抽气能力时的
3、 压强范围。2.2 气体的流动状态和真空的获得2.2.1 气体的流动状态Kn = D/ Kn： 克努曾(Knudsen)数Kn 110 粘滞流状态2. 2. 2 气体管路的流导 (C)对分子流状态流动的气 体： 串连流 导： 并连流 导： 2. 2. 3 真空泵的有效抽 速 S 管道入口处流入的流 量： P S 管道出口处泵抽走的抽除量： PpSp 管道中通过的流量为 ： Q = C(P-Pp) PS = PpSp = C(P-Pp)2.2. 4 真空机组中泵抽速的配合 主泵的抽速：S1； 工作时主泵的进口压强：P1；前置泵的抽速：S2；前置泵的进口压强：P2；P1S1 = P2S2 S2 =
4、 P1S1/P2P2 P1, S2 0)此时容器出口处抽走气体量 Q = PSdt容器中原有气体量为 PV, 剩余气体量为（PV-Q）剩余气体量在容器中的压强为 设 t = 0 时，P = P0, 则 C1 = lnP0,2.3 真空泵简介2.3.1 旋转型机械 泵 2.3.2 油扩散泵2.3.3 涡轮分子泵三真空的测量测量真空度的办法通常先在气体中引起一定 的物理现象，然后测量这个过程中与气体压 强有关的物理量，再设法确定出真空压强来 。3.1 热偶真空规管测量原理：利用气体的热传导现象，以气 体的熱导率随气体压强的变化为基础。 热 丝的温度 气体的压强3.2 电离真空规管 测量原理：足够能
5、量的电子,在气体中与分 子碰撞时能引起分子的电离，产生正离子及 电子。电子在一定的飞行路程中与分子的碰 撞次数, 正比与分子的数密度(单位体积分子 数).产生的正离子数 气体的压强 介绍第二种薄膜材料：DLC 膜Ref: J. Robertson, Materials Science and Engineering R, 37 (2002) 129Ternary Phase Diagram of Bonding in Amorphous Carbon-Hydrogen Alloys沉积DLC膜的装置简图(a，b)沉积DLC膜的装置简图(c，d)沉积DLC膜的装置简图(e，f)试验参数系列 CH
6、4 Ar H21 1% 50% 49%2 5% 50% 45%3 10% 50% 40%110-8 torr 510-5torr 2.510-3torr 510-3torrI-I-I-I 0 1% CH4 50% Ar H2+Ar+CH4 Raman spectra of the films deposited at ion energies (a) 200 eV, (b) 80 eV.XRD pattern of the film deposited at 80 eV ion energy(a) SEM image of the film deposited at 80 eV ion energy, and (b) an enlarged image.第一章结束左：热偶真空硅管；右：电离真空硅 管
