真空技术基础及蒸发镀膜介绍

4,真空区域的划分及其应用: 真空区域的划分及其应用: 域的划分及其应用 粗真空( 1)粗真空(105~102 Pa) : a.气体分子数多 b.以热运动为主 c.分子间 气体分子数多; 以热运动为主; a.气体分子数多;b.以热运动为主;c.分子间 碰撞频繁;d.平均自由程短 平均自由程短. 碰撞频繁;d.平均自由程短.
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4)余弦散射定理:碰撞于固体表面的分子, )余弦散射定理:碰撞于固体表面的分子, 它们飞离表面的方向与入射方向无关, 它们飞离表面的方向与入射方向无关,并按与 表面法线方向所成角度的余弦进行分布. 表面法线方向所成角度的余弦进行分布. 3.理想气态方程:即P,V,T,m之间的关系 理想气态方程: 之间的关系: 理想气态方程 之间的关系 1)波义尔定律:m和T一定: 一定: )波义尔定律: 和 一定 PV=C, P1V1=P2V2 2) 盖.吕沙定律:m 和P一定: 吕沙定律: 一定: 吕沙定律 一定 V/T=C, V1/T1=V2/T2 3) 查理定律:m和P一定: 查理定律: 和 一定 一定: P/T=C, P1/T1=P2/T2
2.真空泵的分类及其应用 .
主要真空泵的排气原理与工作范围 主要真空泵的排气原理与工作范 围
种 机 械 泵 类 原 理
4
工作压强 范 工作 压强范 围 (Pa) 压强 l0 l0
2
0 1 l0 l0 -4 l0 l0 -8 l0
-2 -6
-10
单级机械泵 单级 机械泵 双级机械泵 双级 机械泵 分子泵 罗 茨泵 银扩散泵 蒸气 水 银扩 散泵 喷 射 油 扩 散泵 泵 油 喷 射泵 溅 射离子泵 干 钛升华泵 式 吸附泵 泵 冷凝泵 冷凝吸附泵
真空区间 物理理论 真空 区间 物理理 论 分子碰撞为 , 粗真空 分子碰撞 为 主 1, 气体分 子空间飞 粘滞流 子空 间飞 从统计规律 服 从统计规 律 行 为 主 ; 2, 主要理 , 低真空 过度区域 论基础是 气体分子 器壁碰撞为 运动论. 高真空 器壁碰撞 为 主 运动论 . 为 主 , 分子流 余弦定理 , 超高真空 1, 气体在固体上以吸附 停留为 停留 为 主 ; 2, 主要理 论 基 础 是表面 , 主要理论 极高真空 物理, 表面化学 . 物理 , 表面化 学
利用机械力压缩 和 利用机械力 压缩和 压缩 排除气体 靠蒸气喷 射的动 靠蒸气 喷 射的 动 量 把气体带 把气体 带 走
利用溅 射或升华 利用 溅 射或升 华 形成 吸气, 吸气 , 吸附排除气体
利用低温 表面对 利用低 温 表面 对 气 体 进 行物理吸附排 除气体
几种常用的真空泵: 几种常用的真空泵:
2)低真空(102~10-1Pa): 低真空( a.会产生气体导电现象 会产生气体导电现象; b.气体的流动逐渐 a.会产生气体导电现象; b.气体的流动逐渐 由粘稠状态过渡到分子状态;c.液体沸点大为降低 由粘稠状态过渡到分子状态;c.液体沸点大为降低 引起剧烈蒸发;b.自由程可与容器尺寸相比拟 自由程可与容器尺寸相比拟; 引起剧烈蒸发;b.自由程可与容器尺寸相比拟;e. 分子间碰撞减少. 分子间碰撞减少.1016~1013/cm3. 3)高真空(10-1 ~10-6Pa): )高真空( : a.分子按直线飞行;b.分子间碰撞大为减少,主 分子按直线飞行; 分子间碰撞大为减少 分子间碰撞大为减少, 分子按直线飞行 要与容器壁碰撞; 气体的热传导与内摩擦已变得与 要与容器壁碰撞 c.气体的热传导与内摩擦已变得与 压强无关. 压强无关. 4)超高真空 (10-6Pa ~ 10-12Pa ): ) : 分子间极少碰撞,主要与容器壁碰撞. 分子间极少碰撞,主要与容器壁碰撞. 其用途主要是得到纯净气体和纯净的固体表面. 其用途主要是得到纯净气体和纯净的固体表面. 1010个/cm3以下. 以下. 5)极高真空 ( < 10-12Pa ):有统计涨落现象. ) :有统计涨落现象. 是真空技术有待进一步发展的范围. 是真空技术有待进一步发展的范围.
(一)真空技术的应用领域: 真空技术的应用领域: 1.航空航天; 航空航天; 2.电子技术; 电子技术; 航空航天 电子技术 3.汽车工业; 汽车工业; 4.家电; 家电; 汽车工业 家电 5.水利工程; 水利工程; 6.海洋; 海洋; 水利工程 海洋 7.城市建设. 城市建设. 城市建设 真空薄膜的作用: (二)真空薄膜的作用: 1.耐磨, 耐磨, 2.润滑; 润滑; 耐磨 润滑 3.耐热; 耐热; 4.装饰与金属化; 装饰与金属化; 耐热 装饰与金属化 5.电子元件的电学性能;6;耐腐蚀; 电子元件的电学性能; ;耐腐蚀; 电子元件的电学性能 7.光学性能. 光学性能. 光学性能
二,真空技术基础
1.相关概念 . 1)真空的定义:真空并不是真正的没有空 )真空的定义: 它是指低于一个大气压的气体空间. 气,它是指低于一个大气压的气体空间. 2)真空度的单位:分子数 )真空度的单位:分子数/cm,即分子密 即分子密 度的单位(标准状态 度的单位 标准状态3x1019个/cm3),但分子 , 标准状态 密度这个物理量不好度量, 密度这个物理量不好度量,一般用压强作真空 度的单位. 度的单位.
4,真空度的计算及影响真空度的因素 , P = ∑Pui+ ∑Qi/Si-∑V/ Si dPi/dt
1)真空泵对某气体的极限压强Pui(Pa); )真空泵对某气体的极限压强 ; 2)泵对某气体的抽速 )泵对某气体的抽速Si(m3/s); ; 3)真空室内的各种气源 )真空室内的各种气源Qi(Pa m3/s); ; 4)真空室的容积 )真空室的容积V(m3); ; 5)真空系统的结构材料(管道,阀门和 )真空系统的结构材料(管道, 其它附属设备),加工工艺,操作程序. ),加工工艺 其它附属设备),加工工艺,操作程序.
四,真空蒸发镀膜原理 1,真空蒸发镀膜定义:在真空室中蒸发容 ,真空蒸发镀膜定义: 器中待形成薄膜的原材料, 器中待形成薄膜的原材料,使其原子或分子从 表面气化逸出,形成蒸气流,入射到固体( 表面气化逸出,形成蒸气流,入射到固体(衬 底或基片)表面,凝结形成固态薄膜的方法. 底或基片)表面,凝结形成固态薄膜的方法. 2.主要组成部分: .主要组成部分: a.真空室: 真空室: 真空室 b.蒸发源或蒸发加 蒸发源或蒸发加 热器: 热器: c.基板: 基板: 基板 d.基板加热器及 基板加热器及 测温器. 测温器.
三,真空系统的组成: 真空系统的组成:
1.系统介绍 . 真空系统的组成:真空室,真空泵,真空规. 真空系统的组成:真空室,真空泵,真空规. 真空室: 真空室:
抽真空系统分为前 抽真空系统分为前 级泵,次级泵. 级泵,次级泵.
至今还没有一种泵能从一个大气压一直工作到 超高真空.因此通常是将几种真空泵组合使用. 超高真空.因此通常是将几种真空泵组合使用. 真空泵是用来获得真空的手段, 真空泵是用来获得真空的手段,
真空技术基础 及蒸发镀膜介绍
目录
一,真空技术概述 二,真空技术基础 三,真空系统的组成 四,蒸发镀膜原理 五,蒸发镀膜的分类及其特点 六,蒸发镀膜在集团的应用
一,真空技术概述
真空曾经是一门很神秘的学科,因为它一直是发 真空曾经是一门很神秘的学科, 达国家在军事, 达国家在军事,原子能和空间技术等关系国家科学 技术竞争力的高技术领域激烈竞争的秘密武器. 技术竞争力的高技术领域激烈竞争的秘密武器.但 随着技术的迅速发展和应用的日益广泛, 随着技术的迅速发展和应用的日益广泛,其神秘面 纱才逐渐被揭开. 纱才逐渐被揭开. 真空薄膜对我们十分有用,现举三个例子; 真空薄膜对我们十分有用,现举三个例子; a.信息存贮薄膜; 信息存贮薄膜; 信息存贮薄膜 b.玻璃上镀二氧化钒薄膜则具有智能化功能; 玻璃上镀二氧化钒薄膜则具有智能化功能; 玻璃上镀二氧化钒薄膜则具有智能化功能 c.高耐磨,低摩擦系数,高化学稳定性的薄膜. 高耐磨, 高耐磨 低摩擦系数,高化学稳定性的薄膜. 现在连金属的冶炼,衣服的储存, 现在连金属的冶炼,衣服的储存,食品的包装都 已用到真空技术. 已用到真空技术.
a. 机械泵 其转子不 机械泵: 停地旋转, 停地旋转,不断进行吸 压缩和排气, 气,压缩和排气,于是 与机械泵连接的真空室 便获得了真空. 便获得了真空. b. 扩散泵:气体分 扩散泵: 子扩散, 子扩散,与超音速蒸气 流碰撞, 流碰撞,驱使其运动并 被带往出口.扩散泵不 被带往出口. 能单独使用. 能单独使用.
应用 真空浓缩 浓缩, 真空形成, 真空 浓缩 , 脱 色 , 脱 臭 , 真空形成 , 真空输 真空 输 送 . 真空蒸馏 真空干燥, 真空蒸 馏 , 精 馏 ; 真空干燥 , 冷 冻 干燥; 真空浸渍 真空绝热 绝热; 干燥 ; 真空浸 渍 , 真空 绝热 ; 真空 烧结, 烧结 , 钎 焊 真空冶炼 热处理 真空电 子束焊, 真空冶 炼 , 热处 理 , 真空 电 子束焊 , 体熔炼 真空器件, 半 导 体熔 炼 , 电 真空器件 , 离子加 真空镀 设备. 速 , 真空 镀 膜 , 太 阳 能 设备 . 真空镀 薄膜和表面物理, 真空 镀 膜 , 薄膜和表面物理 , 表面化 学热核反 和等离子体物力, 核反应 学热 核反 应 和等离子体物力 , 离子加 速器, 宇宙航行. 速器 , 超 导 技 术 , 宇宙航行 . 宇宙航行, 表面物理. 宇宙航行 , 表面物理 .
由于真空制程无污染,易操作和控制, 由于真空制程无污染,易操作和控制, 可靠性和稳定性好, 可靠性和稳定性好,自动化程度高等许多优 我相信, 点,我相信,真空技术的使用将会越来越普 遍和广泛. 遍和广泛.
(三)真空镀膜方法分类 真空镀膜分为物理气相沉积, 真空镀膜分为物理气相沉积,即PVD (physical vapor deposition)和化学气相沉积 和化学气相沉积 CVD (chemical vapor deposition), 前者又分为: 后者分为: 前者又分为: 后者分为: 1.蒸发镀膜; 蒸发镀膜; 1.常压 常压CVD, 蒸发镀膜 常压 , 2.离子镀膜; 离子镀膜; 2.低压 低压CVD, 离子镀膜 低压 , 3.溅射镀膜. 溅射镀膜. 3.等离子体 等离子体CVD 溅射镀膜 等离子体 4.其它 其它CVD. 其它 . 按功能要求也可区分为: 按功能要求也可区分为: 1.装饰性镀膜; 装饰性镀膜; 2.功能性镀膜. 功能性镀膜. 装饰性镀膜 功能性镀膜
密度越低则真空度越高.压强的单位为 或 密度越低则真空度越高.压强的单位为Pa或Torr. . 真空度和压强是两个不同的概念. 真空度和压强是两个不同的概念. 1Torr=133.322Pa 3)气体与蒸气 ) 临界温度: 临界温度:气体无论如何压缩都不会液化的特定 温度. 温度.
高于临界温度的气态物质为气体; 高于临界温度的气态物质为气体;低于临界 温度的气态物质为蒸气. 温度的气态物质为蒸气.
c. 分子泵:动量传输原理.特点是:启动快, 分子泵:动量传输原理.特点是:启动快, 噪声小,运行平稳;抽速大;不需工作液体. 噪声小,运行平稳;抽速大;不需工作液体.
d. 罗茨泵:动量传输,变容原理. 罗茨泵:动量传输,变容原理. 1)转子与泵体,转子与转子之间保持一 )转子与泵体, 不大的间隙( 不大的间隙(约0.1 mm), 缝隙不需要油润 ), 滑和密封,故很少有油蒸气污染; 滑和密封,故很少有油蒸气污染; 2)运转无摩擦,转速高达 )运转无摩擦,转速高达3000转/分; 转 分 3)启动快,振动小,抽速大. )启动快,振动小,抽速大. 它必须与前级泵串联使用. 它必须与前级泵串联使用. 3 ,真空度的测量 a.热偶真空计:低压时热传导与压强有关 .热偶真空计: b.电离真空计:电离电流与压强成正比 .电离真空计:
2 .稀薄气体的基本性质: 稀薄气体的基本性质: 稀薄气体的基本性质 1)气体分子的速度分 气体分子 温度越高, 布:温度越高,高速度分 子数越多. 子数越多. 2 )平均自由程 :每 平均自由程:: 个分子在连续两次碰撞 之间的距离. 之间的距离. 3)碰撞次数:单位时间内在单位面积的 )碰撞次数: 器壁上发生碰撞的气体分子数. 器壁上发生碰撞的气体分子数.