半导体真空知识解析
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• 冷泵的冷头经过长时间的气体吸附，吸附能力也会逐渐下降。 • 这个时候就需要对冷泵进行再生。 • 再生的方式是用加热的氮气对冷泵内部进行90分钟的吹扫。冷头上吸 附的气体在这个过程中会释放从而被氮气带走，经过充分的吹扫，冷 头恢复洁净状态。 • 再经过压缩的氦气对冷头的降温，冷泵实现再生。
真空规的分类：
冷泵的吸附可以分为三级来完成：
• 80 K array：一级冷凝面由镀镍铜制成，主要吸附水蒸汽、碳氢化合 物。
• 15 K array(快速再生):二级冷凝面也是由镀镍铜制成，主要吸附N2, O2, Ar, CO2, and CO 。
• 最底层的活性炭主要吸附H2, He, and Ne 。
冷泵的再生
气体流动的种类
气体的流动条件会随着压力的减小而改变，气体的流动种 类分为三种：湍流、层流和分子流。
气体流动图示
常用真空单位：Torr, bar, Pa, atm（kgf/cm2），
psi(磅/平方英寸) 一个大气压 = 766 Torr = 1bar = 14.5psi = 105Pa
实现真空的方法 —— 真空泵
•
Convectron gauge
• 测量范围： 1mT-766T。 压力值的变化，分子活性 变化，sensor filament的 温度就会随之变化，灯丝 阻值随之变化，惠斯通电 桥就会电压失衡，输入电 压随之调节，电桥的电压 变化来反应压力值的变化。 The analog voltage range is 0–10 VDC which corresponds to 1 mTorr -1000 Torr. At 760 Torr, the output voltage is about 8.79 VDC.
• Capacitance manomenter
• Convectron gauge • TC gauge • Ion gauge
Capacitance manomenter
• 测量范围： 0.5mT-100mT。 靠隔膜和计数电 极之间电容的变 化来反应压力的 变化。 0–10 VDC corresponds to 0.5–100 mTorr, 102.3mT表示满 量程。
• 依据可以实现真空的能力分为：
• 机械泵 • 分子泵 • 冷泵
各类泵的抽真空能力
机械泵（ Roughing Pump）
机械泵工作原理图
罗茨鼓风机（roots blower）
• 为了减少抽气时间、增加抽气速率，通常 会在机械泵的基础上再加装一台罗茨鼓风 机，加装罗茨鼓风机后的泵组，可以将抽 气速率提升20%左右。
THANK YOU!
罗茨鼓风机工作原理图
分子泵 （turbomolecular pump）
分子泵工作原理图
冷泵 (cryopump)
冷泵构造图
压缩机构造
冷泵工作原理
以氦气作为制冷剂，即热量载体。压缩机将氦气 压缩至200psi的高压，高压的氦气在冷泵冷头处 膨胀吸热，实现冷头的降温，冷头的温度最终降 到10K（-263 ° C）左右来实现对气体的吸附。 吸热膨胀后氦气回到压缩机中重新被压缩，体积 压缩过程中释放的热量被冷却循环水带走。
TC gauge
• • 测量范围： 1mT-1000T。 压力值的变化， 分子运动活性会 随之变化，进而 导致灯丝的温度 的变化，热偶的 阻值也随之变化， 用TC阻值的变化 来实现压力测量。
Ion gauge
• 测量范围： 10-3--10-9T. 灯丝将环境中的气体分 子电离，被电离的离子 由源自文库集器收集，形成电 流，电流的大小反应压 力值的大小。
真空知识解析
制作： 鲍云峰
真空的基本概念
• 什么是真空呢？ • 一句话，就是当容器里的气压低于标准大 气压时，即为真空现象。其标准的定义为： 在标准温度和压力下，当一升容积的容器 里的气体分子数少于2.7×1022个时，就产 生了真空现象。
Mean Free Path
• 平均自由程是指两次碰撞之间一个分子平均所走的距离。 平均自由程的大小取决于气体的温度、压力及分子的尺寸。
真空规的分类：
冷泵的吸附可以分为三级来完成：
• 80 K array：一级冷凝面由镀镍铜制成，主要吸附水蒸汽、碳氢化合 物。
• 15 K array(快速再生):二级冷凝面也是由镀镍铜制成，主要吸附N2, O2, Ar, CO2, and CO 。
• 最底层的活性炭主要吸附H2, He, and Ne 。
冷泵的再生
气体流动的种类
气体的流动条件会随着压力的减小而改变，气体的流动种 类分为三种：湍流、层流和分子流。
气体流动图示
常用真空单位：Torr, bar, Pa, atm（kgf/cm2），
psi(磅/平方英寸) 一个大气压 = 766 Torr = 1bar = 14.5psi = 105Pa
实现真空的方法 —— 真空泵
•
Convectron gauge
• 测量范围： 1mT-766T。 压力值的变化，分子活性 变化，sensor filament的 温度就会随之变化，灯丝 阻值随之变化，惠斯通电 桥就会电压失衡，输入电 压随之调节，电桥的电压 变化来反应压力值的变化。 The analog voltage range is 0–10 VDC which corresponds to 1 mTorr -1000 Torr. At 760 Torr, the output voltage is about 8.79 VDC.
• Capacitance manomenter
• Convectron gauge • TC gauge • Ion gauge
Capacitance manomenter
• 测量范围： 0.5mT-100mT。 靠隔膜和计数电 极之间电容的变 化来反应压力的 变化。 0–10 VDC corresponds to 0.5–100 mTorr, 102.3mT表示满 量程。
• 依据可以实现真空的能力分为：
• 机械泵 • 分子泵 • 冷泵
各类泵的抽真空能力
机械泵（ Roughing Pump）
机械泵工作原理图
罗茨鼓风机（roots blower）
• 为了减少抽气时间、增加抽气速率，通常 会在机械泵的基础上再加装一台罗茨鼓风 机，加装罗茨鼓风机后的泵组，可以将抽 气速率提升20%左右。
THANK YOU!
罗茨鼓风机工作原理图
分子泵 （turbomolecular pump）
分子泵工作原理图
冷泵 (cryopump)
冷泵构造图
压缩机构造
冷泵工作原理
以氦气作为制冷剂，即热量载体。压缩机将氦气 压缩至200psi的高压，高压的氦气在冷泵冷头处 膨胀吸热，实现冷头的降温，冷头的温度最终降 到10K（-263 ° C）左右来实现对气体的吸附。 吸热膨胀后氦气回到压缩机中重新被压缩，体积 压缩过程中释放的热量被冷却循环水带走。
TC gauge
• • 测量范围： 1mT-1000T。 压力值的变化， 分子运动活性会 随之变化，进而 导致灯丝的温度 的变化，热偶的 阻值也随之变化， 用TC阻值的变化 来实现压力测量。
Ion gauge
• 测量范围： 10-3--10-9T. 灯丝将环境中的气体分 子电离，被电离的离子 由源自文库集器收集，形成电 流，电流的大小反应压 力值的大小。
真空知识解析
制作： 鲍云峰
真空的基本概念
• 什么是真空呢？ • 一句话，就是当容器里的气压低于标准大 气压时，即为真空现象。其标准的定义为： 在标准温度和压力下，当一升容积的容器 里的气体分子数少于2.7×1022个时，就产 生了真空现象。
Mean Free Path
• 平均自由程是指两次碰撞之间一个分子平均所走的距离。 平均自由程的大小取决于气体的温度、压力及分子的尺寸。