Chapter1真空基本知识

二、平均自由程
每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为 “自由程”。其统计平均值称为“平均自由程”。
1 22n
可见，平均自由程与分子密度n和分子直径 的平方是反比关系。
平均自由程（续）
又气体状态方程：P=nkT ，代入气体分子密度n， 则
kT 22P
可见，气体分子的平均自由程与压强成反 比，与温度成正比。
dN/N=f()d
f()4(m)32ex m p2( /2 k)T 2 函数f()表明2了k分布T在速度υ附近单位速度间
隔内的分子数占总分子数的比率，也叫麦克斯韦 速率分布定律。
麦克斯韦速率分布曲线
该曲线反映了气体分 子速度随温度的变化情况。
气体分பைடு நூலகம்的最可几速率
根据麦克斯韦速率分布定律，从理论上可 推可得几分 速子 度速 ，率其在值为υm：处有极大值，υm被称为最
在气体种类一定、室温的情况下：
0.667
P
20℃空气在不同压强下的分子平均自由程
P(Torr) 1
10-3 10-4 10-5 10-6 10-9
λ（cm） 4.72×10-3
4.72 47.2 472 4720 4.72×106
三、碰撞速率与余弦散射律
1、气体分子向固体表面入射碰撞
描述气体分子热运动的重要公式：
赫兹—克努曾（Hertz-Knudsen）公式:
υ：单位时14间n内，a在单，位面积的2器pm壁k上T发生碰
撞的气体分子数，称为入射频率。 n:器壁前的气体分子密度； υa : 分子的平均速度。
由于真空度与压强有关，所以真空的度量单位 是用压强来表示。
二、真空区域的划分
三、固体对气体的吸附、气体的脱附
1.固体对气体的吸附 物理吸附 化学吸附
2.气体从固体表面的脱附 3.影响因素
四、气体与蒸汽
•气体的临界温度：对于每种气体都有一个特定的 温度，高于此温度时，气体无论如何压缩都不会 液化，这个温度称为该气体的临界温度。
1、真空的单位
在真空技术中对于真空程度的 高低，可以用多个参量来度量，最 常用的有“真空度”和“压强”。
此外，也可用气体分子密度、气 体分子的平均自由程、形成一个分 子层所需的时间等来表示。
2、区别：“真空度”和“压强”
“真空度”和“压强”是两个概念，不能混 淆：压强越低，意味着单位体积中气体分子数愈 少，真空度愈高；反之真空度越低则压强就越高。
•利用临界温度来区分气体与蒸汽：温度高于临界 温度的气态物质称气体，低于临界温度的气态物 质称为蒸汽。
但在工程实际中:
通常以室温为标准来区分气体和蒸汽：
1）临界温度远低于室温的是“永久气体”，(如 氮、氢、氩、氧和空气等物质)，所以在室温 下它们是“气体”，不能液化。
2）临界温度高于室温的是蒸汽，(如二氧化碳的 临界温度与室温接近，极易液化；水蒸汽、有 机物质和气态金属它们的临界温度高于室温很 多)在室温下它们极易液化。
它们均要求淀积薄膜的空间具有一定的真空度。 因此，真空技术是薄膜制作技术的基础，获得并保持 所需的真空环境，是镀膜的必要条件。故，掌握真空 的基本知识是必要的。
一、真空及其单位
所谓真空是指低于一个大气压 的气体空间。与正常的大气相比， 是比较稀薄的气体状态。
所谓真空是相对的，绝对的真 空是不存在的。通常所说的真空是 一种“相对真空”。
气体分子的均方根速率
气体分子的均方根速度为：
r
3kT m
3RT 1.73R(T cm /s)
M
M
三种速度的比较
三种速度中， υr＞υa ＞υm 均方根速度υr最大，平均速度υa次之，最可几 速度υm最小。
这三种速度在不同的场合有各自的应用： υr 在计算分子的平均动能时采用； υa在计算分子运动的平均距离时要用到； υm在讨论速度分布时要用到。
第一部分：薄膜的获得
第一章 真空技术基础
1-1 真空的基本知识 1-2 稀薄气体的基本性质 1-3 真空的获得 1-4 真空的测量 1-5 真空检漏
1-1 真空的基本知识
薄膜制备方法:物理沉积和化学沉积两大类。 物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，
简称PVD) 的基本制作技术包括：真空蒸发、溅射镀膜 和离子镀等。
用可以忽略时，分布在任一速度区间 υ— υ+dυ 内分子的几率为：
d N N 4 (2 m k)T 3 2ex m p 2/( 2 k) T 2 d
N:容器中气体分子总数；m:气体分子质量； T：气体温度；k：玻尔兹曼常数。
麦克斯韦速率分布定律
由上式可见，在不同的速度附近取相等的间 隔d ，比率dN/N的数值一般是不同的。比率 dN/N与速度有关，与的函数关系成正比，即
m
2kT m
2RT 1.41R(T cm /s)
M
M
M:气体分子量（kg/mol）； m:气体质量（kg）；
k:玻尔兹曼常数（1.38×10-23 J/K）；
R:气体普适常数（8.314 J/mol • K），也叫摩尔气体常 数。
气体分子的平均速率
气体分子的平均速度为：
a8 kmT 8 R MT 1.59R M(T cm /s)
k:玻尔兹曼常数（1.38×10-23 J/K）；
R:气体普适常数（8.314 J/mol • K）也叫摩尔气体常数，
亦为：R=NA • k， NA : 阿佛伽德罗常数（6.023 ×1023 个/mol）。
1)波义尔定律
一定质量的气体，在恒定温度 下，气体的压强与体积的乘积为常 数。
PV=C or P1V1=P2V2
2)盖·吕萨克定律
一定质量的气体，在压强一 定时，气体的体积与绝对温度成正 比。
V=CT or V/V0=T/T0
3)查理定律
一定质量的气体，如果保持体 积不变，则气体的压强与绝对温度 成正比。
P=CT or P/P0=T/T0
一、气体分子的速度分布(简介)
麦克斯韦—玻尔兹曼分布 在平衡状态下，当气体分子间的相互作
表1-1 各种物质的临界温度
1-2 稀薄气体的基本性质（复习）
气体状态方程 (描述气体性质，当气体处于平衡时可得到)
P=nkT or PV= RT
P:压强（Pa）；
m
n:气体分子密度（个/m3M）；
V:体积（ m3 ）； T:绝对温度（K）；
M:气体分子量（kg/mol）； m:气体质量（kg）；