薄膜制备与分析课堂讲稿第二讲

第二讲真空获得与真空测量第二讲真空获得与真空测量l.真空获得抽真空设备①机械泵②罗茨泵③扩散泵④分子泵⑤离子泵⑥升华泵抽气能力(极限真空度)大气105Pa~1Pa5Pa~10-6Pa5Pa~10-8Pa~10-10Pa10-3Pa~10-12Pa10-3Pa104Pa~10-2Pa104102110-210-4SPa抽速升/秒机械泵罗茨泵分子泵扩散泵第二讲真空获得与真空测量①机械泵的工作原理由玻意耳定律：)(TKvRTPVVPVVP01)(VVVPP01n个循环后：nnVVVPP0当n则0nP但存在有害空间，所以存在极限Pm抽速VS2(升/秒)因有害空间，所以实际抽速为:)1(PPSSmH0HmSPP当时，有害空间第二讲真空获得与真空测量②扩散泵的工作原理根据流速大处气压小的原理，靠油蒸汽射流携带气体分子，再通过机械泵将气体排出。气压小真空室接机械泵加热器(电炉)扩散泵油冷阱冷却水管第二讲真空获得与真空测量③分子泵的工作原理通过高速旋转的涡轮叶片，不断地对气体分子施以定向的动量和压缩作用。涡轮叶片高速旋转第二讲真空获得与真空测量④离子泵的工作原理钛阴极钛阴极不锈钢阳极高压5千伏磁场1-2千伏气体分子电离a.钛阴极板收集离子；b.溅射出来的钛原子吸收气体分子。抽气原理：⑤升华泵的工作原理对钛丝或钛球通电加热使钛升华。因大面积上充分升华钛，所以能获得大的抽气速率。第二讲真空获得与真空测量2.真空测量真空测量规管：①热电偶规管(真空计)-----低真空测量②电离规管(真空计)-----高真空测量测量范围：10～1Pa(在此范围测量精确)测量范围：10-1～10-6Pa第二讲真空获得与真空测量热电偶工作原理：任何两根不同的金属如镍-康铜、铜-康铜、铂-铂铑等，当其两个接头的温度不同时，出现温差电动势：)()(),(2121TeTeTT热电偶中间导体定律：在热电偶回路中，加入一根中间导体，只要中间导体两端的温度相同，就不会影响热电动热。第二讲真空获得与真空测量①热电偶规管的工作原理mAmVK加热灯丝玻璃管半经r1Pt接真空室在低压强下气体的热传导与压强成正比关系.总热量的散失：321QQQQ:1Q辐射热:2Q灯丝两端支撑的传热:3Q气体分子碰撞灯丝而带走的热量显然：Q1和Q2与压强P无关;只有Q3与压强P有关;压强P↑,碰撞次数↑,Q3↑,从而灯丝温度变化越大。第二讲真空获得与真空测量粗真空下：l自由程r1管半经→Q3起主导作用但Q3与压强P关系微弱∴不能测准。低真空下：l自由程≈r1管半经→仍有Q3＞Q1+Q2Q3与压强P成正比∴能测准。高真空下：l自由程r1管半经→Q3很小,即Q3Q1+Q2Q3与压强P关系弱∴不能测。第二讲真空获得与真空测量②电离真空规管的工作原理K+-d灯丝(阴极)栅极(加速极)接真空室+eiIIP离子收集极iI:iI离子收集极得到的离子流；:eI加速极上得到的电子流。假设：eeildII电子自由程而)cm(667.0,24Pllle第二讲真空获得与真空测量KPPdldIIeei26.0PCPIdKPIIeei26.0(电离规管的特征方程)当P5Pa：氧化；当P1×10-1Pa较高真空：电离达到平衡→饱和→不能测当P10-6Pa超高真空：高速电子打到加速极上→产生软X射线→X射线打到离子收集极上→产生光电子发射→导致离子流增加→形成虚假的离子流Ii，∴不能测∴电离规管的测量范围：l0-1Pa～l0-6Pa第二讲真空获得与真空测量薄膜制备实验分组1.蒸发薄膜制备组3.直流(DC)磁控射频薄膜制备组4.射频(RF)磁控溅射薄膜制备组2.二极射频溅射薄膜制备组5.等离子体增强型化学汽相沉积(PECVD)薄膜制备组十人一组，并选出组长，上交名单和作实验的时间及联系方法.每人至少选一个实验，建议多选实验。