真空镀膜技术PPT课件
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电子与气体分子碰撞引起分子电离，形成电子和正离，电子最 终被加速极收集，正离子被收集极接收形成离子流：
I+ = kIep = cp 其中，k称为电离计的灵敏度，是单位电子电流、单位压强下的 离子流。
测量范围：1.33E-1 ～1.33E-5 Pa
-
15
电离规管
电离计线路图
-
16
三、真空镀膜
真空溅射：当高能粒子(电场加速的正离子)打在固体表 面时，与表面的原子、分子交换能量，从而使这 些原子、分子飞溅出来。
P Q T m V
温差电偶真空计的测量范围为0.1-100Pa。
-
14
2.热阴极电离真空计
具有足够能量的电子在运动中与气体分子碰撞，可能引起分 子的电离，产生正离子及电子。而电子在一定的“飞行”路程中与
分 子的碰撞次数，又正比于分子的密度，一定温度下也正比于气体 压强，故产生的正离子数也正比于压强。由此可见，电离现象是 与压强有关的现象，可作为一种真空测定原理的依据。
真空PVD的优点：
真空是压强小于101.325kPa(1个大气压)的气体状态。PVD需要的
真空条件应能够保证：气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之
间的距离；被镀膜层材料容易蒸发(高真空条件下，膜料蒸发温度大
幅下降)；容易获得高纯膜，膜层坚硬，成膜速度快。
-
3
真空的定义：
真空是压力低于一个大气压的任何气态空间。一般采用真 空度来表示真空的高低。
几种常用真空泵的工作压强范围
旋片机械泵 105 102 pa
吸附泵 105 102 pa
扩散泵 100 105 pa
涡轮分子泵 101 108 pa
溅射离子泵 100 1010pa
低温泵 101 1011pa
-
10
几种常用真空泵的工作原理
1. 旋片机械泵
工作过程是： 吸 气—压缩—排气。
定子浸在油中起润 滑，密封和堵塞缝 隙的作用。
-
6
真空获得—真空泵
1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名 的马德堡半球试验。 原理：当泵工作后，形成压差，p1 >p2，实现了抽气。
-
7
真空泵的分类
气体传输泵: 是一种能将气体不断地吸入并排出泵外 以达到抽气目的的真空泵，例如旋片 机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。
气体捕集泵: 是一种使气体分子短期或永久吸附、凝 结在泵内表面的真空泵，例如分子筛 吸附泵、鈦升华泵、溅射离子泵、低温 泵和吸气剂泵。
真空蒸发：在真空中把制作薄膜的材料加热蒸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，使其 淀积在适当的表面上。
离子镀： 真空热蒸发和溅射两种技术结合而发展起来的 一种新工艺。
真空度的单位：
真空度以压强为单位来度量，压强高表示真空度低。压强 低标识真空度高。
真空度的国际单位是帕斯卡简称帕（Pa）。 毫米汞柱（mmHg）：1mmHg＝133.3Pa 托（Torr）：1Torr＝1/760atm=133.3Pa 巴（Bar）：1Bar＝105Pa
-
4
平均自由程
气体分子之间相邻两次碰撞的距离，其统计平均值为平均自 由程。 l=1/(√2πς2n)=kT /(√2πς2P）
PVD所需真空度的基本确定原则是“气体分子的平均自由程大 于蒸发源到被镀件之间的距离”。
d=25cm,P<=2.7×E-3Pa d=50cm,P<=1.3×E-3Pa d=90cm,P<=7.4×E-4Pa 可见对于大的真空室，真空度的要求更高。
-
5
真空区域的划分
目前尚无统一规定，常见的划分为： 粗真空 150 130 p(7 a6 10 T 0o ) rr 低真空 130 1 10 p(1 a 0 1 30 To ) rr 高真空 1 10 1 60 p(1 a 30 1 8T 0 o ) rr 超高真空 1 60 1 10 0 p(1 a 80 1 10 T 2 o ) rr 极高真空 11 00p(a 11 0T 2 o)rr
1. 水冷套； 2. 喷油嘴； 3. 导流管； 2. 4. 泵壳； 5. 加热器
-
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真空的测量—真空计
1.热电偶真空计
热电偶真空计是通过热电偶中热丝的温度 与压强的关系确定真空度。
由于在低压下，气体的热传导系数与压强成 正比，所以在通过热丝的电流一定的条件下，热 丝的温度随着规管内真空度的提高而升高，温差 电偶电动势也就随之而增大。因此，通过测量温 差电偶电动势，就可确定出被测系统的真空度。
真空镀膜技术
-
1
一、简介
光学薄膜可以采用物理气相沉积（ PVD）技术和化学液相沉 积（CLD）两种工艺来获得。
PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，是指在真空条件下， 采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被 蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其 反应产物沉积在工件上。
主要参量是： 抽速 和极限压强。
由于极限压强较高， 常用做前级泵(预抽 泵)。
-
11
旋片式机械泵
-
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2. 油扩散泵
油蒸发—喷射—凝结， 重复循环
由于射流具有工作过程 高流速(约200米/秒)、 高密度、高分子量 (300—500)，故能有效 地带走气体分子。
扩散泵不能单独使用， 一般采用机械泵为前级 泵，以满足出口压强 (最大40Pa)，如果出口 压强高于规定值，抽气 作用就会停止。
-
2
二、真空系统的基本知识
热蒸发工艺过程：
加热使膜料汽化蒸发后，喷涂在放置在工件架上 的零件表面。
大气PVD存在的问题：
常温常压下，空气分子的密度为1.28E-3g/cm3，每克气体分子含分 子个数是2.08E+22个，气体分子间的距离是3.34E-6mm，气体分子的空 间密度为2.68E+16个／mm3，因而，空气中活性气体分子与膜层、膜 料、蒸发器反应，空气分子进入膜层成为杂质。常压时，气体分子密度 太高，蒸发膜料大多因碰撞而无法直线到达被镀件。
-
8
真空泵的主要参数
抽气速率: 定义为在泵的进气口任意给定压强下， 单位时间内流入泵内的气体体积
或表示为：
V S
t P P1
SQ P
其中，Q为单位时间内流入泵的气体量。 泵的抽气速率S并不是常数，随P而变。
-
9
极限压强 p u (极限真空)
最高工作压强
p m
工作压强范围（
p u
pm）
泵能正常工作的压强范围
I+ = kIep = cp 其中，k称为电离计的灵敏度，是单位电子电流、单位压强下的 离子流。
测量范围：1.33E-1 ～1.33E-5 Pa
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电离规管
电离计线路图
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三、真空镀膜
真空溅射：当高能粒子(电场加速的正离子)打在固体表 面时，与表面的原子、分子交换能量，从而使这 些原子、分子飞溅出来。
P Q T m V
温差电偶真空计的测量范围为0.1-100Pa。
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2.热阴极电离真空计
具有足够能量的电子在运动中与气体分子碰撞，可能引起分 子的电离，产生正离子及电子。而电子在一定的“飞行”路程中与
分 子的碰撞次数，又正比于分子的密度，一定温度下也正比于气体 压强，故产生的正离子数也正比于压强。由此可见，电离现象是 与压强有关的现象，可作为一种真空测定原理的依据。
真空PVD的优点：
真空是压强小于101.325kPa(1个大气压)的气体状态。PVD需要的
真空条件应能够保证：气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之
间的距离；被镀膜层材料容易蒸发(高真空条件下，膜料蒸发温度大
幅下降)；容易获得高纯膜，膜层坚硬，成膜速度快。
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真空的定义：
真空是压力低于一个大气压的任何气态空间。一般采用真 空度来表示真空的高低。
几种常用真空泵的工作压强范围
旋片机械泵 105 102 pa
吸附泵 105 102 pa
扩散泵 100 105 pa
涡轮分子泵 101 108 pa
溅射离子泵 100 1010pa
低温泵 101 1011pa
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几种常用真空泵的工作原理
1. 旋片机械泵
工作过程是： 吸 气—压缩—排气。
定子浸在油中起润 滑，密封和堵塞缝 隙的作用。
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真空获得—真空泵
1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名 的马德堡半球试验。 原理：当泵工作后，形成压差，p1 >p2，实现了抽气。
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真空泵的分类
气体传输泵: 是一种能将气体不断地吸入并排出泵外 以达到抽气目的的真空泵，例如旋片 机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。
气体捕集泵: 是一种使气体分子短期或永久吸附、凝 结在泵内表面的真空泵，例如分子筛 吸附泵、鈦升华泵、溅射离子泵、低温 泵和吸气剂泵。
真空蒸发：在真空中把制作薄膜的材料加热蒸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，使其 淀积在适当的表面上。
离子镀： 真空热蒸发和溅射两种技术结合而发展起来的 一种新工艺。
真空度的单位：
真空度以压强为单位来度量，压强高表示真空度低。压强 低标识真空度高。
真空度的国际单位是帕斯卡简称帕（Pa）。 毫米汞柱（mmHg）：1mmHg＝133.3Pa 托（Torr）：1Torr＝1/760atm=133.3Pa 巴（Bar）：1Bar＝105Pa
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平均自由程
气体分子之间相邻两次碰撞的距离，其统计平均值为平均自 由程。 l=1/(√2πς2n)=kT /(√2πς2P）
PVD所需真空度的基本确定原则是“气体分子的平均自由程大 于蒸发源到被镀件之间的距离”。
d=25cm,P<=2.7×E-3Pa d=50cm,P<=1.3×E-3Pa d=90cm,P<=7.4×E-4Pa 可见对于大的真空室，真空度的要求更高。
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真空区域的划分
目前尚无统一规定，常见的划分为： 粗真空 150 130 p(7 a6 10 T 0o ) rr 低真空 130 1 10 p(1 a 0 1 30 To ) rr 高真空 1 10 1 60 p(1 a 30 1 8T 0 o ) rr 超高真空 1 60 1 10 0 p(1 a 80 1 10 T 2 o ) rr 极高真空 11 00p(a 11 0T 2 o)rr
1. 水冷套； 2. 喷油嘴； 3. 导流管； 2. 4. 泵壳； 5. 加热器
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真空的测量—真空计
1.热电偶真空计
热电偶真空计是通过热电偶中热丝的温度 与压强的关系确定真空度。
由于在低压下，气体的热传导系数与压强成 正比，所以在通过热丝的电流一定的条件下，热 丝的温度随着规管内真空度的提高而升高，温差 电偶电动势也就随之而增大。因此，通过测量温 差电偶电动势，就可确定出被测系统的真空度。
真空镀膜技术
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一、简介
光学薄膜可以采用物理气相沉积（ PVD）技术和化学液相沉 积（CLD）两种工艺来获得。
PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，是指在真空条件下， 采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被 蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其 反应产物沉积在工件上。
主要参量是： 抽速 和极限压强。
由于极限压强较高， 常用做前级泵(预抽 泵)。
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旋片式机械泵
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2. 油扩散泵
油蒸发—喷射—凝结， 重复循环
由于射流具有工作过程 高流速(约200米/秒)、 高密度、高分子量 (300—500)，故能有效 地带走气体分子。
扩散泵不能单独使用， 一般采用机械泵为前级 泵，以满足出口压强 (最大40Pa)，如果出口 压强高于规定值，抽气 作用就会停止。
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二、真空系统的基本知识
热蒸发工艺过程：
加热使膜料汽化蒸发后，喷涂在放置在工件架上 的零件表面。
大气PVD存在的问题：
常温常压下，空气分子的密度为1.28E-3g/cm3，每克气体分子含分 子个数是2.08E+22个，气体分子间的距离是3.34E-6mm，气体分子的空 间密度为2.68E+16个／mm3，因而，空气中活性气体分子与膜层、膜 料、蒸发器反应，空气分子进入膜层成为杂质。常压时，气体分子密度 太高，蒸发膜料大多因碰撞而无法直线到达被镀件。
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真空泵的主要参数
抽气速率: 定义为在泵的进气口任意给定压强下， 单位时间内流入泵内的气体体积
或表示为：
V S
t P P1
SQ P
其中，Q为单位时间内流入泵的气体量。 泵的抽气速率S并不是常数，随P而变。
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极限压强 p u (极限真空)
最高工作压强
p m
工作压强范围（
p u
pm）
泵能正常工作的压强范围