1、第一章 真空及真空獲得許多薄膜技術是在真空下實現的，“真空”是許多薄膜制備的必要條件，因此，掌握一定的真空知識是必需的。一、真空的定義壓力低于一個大氣壓的任何氣態空間。氣體處于平衡時，氣體狀態方程P = nkTP：壓強（Pa），n：氣體分子密度（個/米3），k：玻爾茲曼常數（1.3810-23 J/K），V：體積（m3），m：氣體質量（kg），M：分子量（kg/mol），R：氣體普適常數，T：絕對溫度（K），R=NAk，NA：阿佛伽德羅常數（6.0231023/mol） （個/米3）在標準狀態下，任何氣體分子的密度31019個/cm3，“真空”是相對的。P=1.3310-4Pa, T=293k

2、, n=3.21010個/cm3二、真空表示：氣體熱運動概率：自由程：分子直徑。T = 25C lP=0.667(cm.Pa)三、真空度單位：度量真空是以壓強為單位的，壓強高，真空度低，壓強低，真空度高。米千克秒制：1Pa=1牛頓/米2=1千克/米秒2=10達因/cm2=7.510-3Torr1毫米汞柱（mmHg）=atm =1Torr =133.3Pa =1.00000014Torr四、區域劃分隨著真空度的提高，“真空”的性質逐漸發生變化，經歷著氣體分子數的量變到“真空”質變的若干過程，構成了“真空”的不同區域。為了便于討論和實際應用，常把真空劃分為粗真空、低真空、高真空和超高真空四個區域，

3、各區域的物理特性如表1-1所示。表1-1 各真空區域的物理特性區域物理特性粗真空低真空高真空超高真空真空度范圍(Pa)10310310-110-110-610-6平均自由程(cm)105氣流特點1.以氣體分子間的碰撞為主2.粘滯流過渡區域1.以氣體分子與器壁的碰撞為主2.分子流平均吸附時間氣體分子以空間飛行為主氣體分子以吸附停留為主五、真空度對薄膜工藝的影響1、減少蒸發分子與殘余氣體分子的碰撞。2、抑制它們之間的反應，減少對襯底表面的玷污。殘余氣體分子到達基板的速率由下式給出：P：壓強，NA：阿佛伽德羅常數（6.0231023/mol）T：絕對溫度，R：氣體普適常數MG：殘余氣體的分子量六、真

4、空的獲得：Pui：泵對i氣體的極限壓強（帕）。Qi：室內各種氣源（帕升/秒）。Si：泵對i氣體的抽氣速率（升/秒）Pi：i氣體的分壓（帕）Pa，V：真空室容積。七、真空泵1、機械泵：組成部件，定子、轉子，嵌于轉子的兩個旋片以及彈簧。工作原理：玻意耳馬略特定律，PV=K。P1(V+V)=P0VV：真空室體積V：泵內空腔體積P0：初始壓強n PnPm（極限壓強）圖1-1 旋片機械泵的結構圖1-2 旋片機械泵的四個典型的工作位置泵的理論抽速：S=2V（升/秒）：轉速，=1000轉/分，V=1/4升，S=500升/分=8升/秒考慮到有害空間，實際比理論小，有一系數v，則實際抽氣速率：機械泵油：密封，潤

5、滑兩大作用。 對水蒸汽等可凝性氣體很大困難。2、擴散泵工作原理：依靠從噴嘴噴出的高速（200米/秒），高密度的蒸汽流而輸送氣體的泵。以油為工作蒸汽的稱為油擴散泵。油擴散泵結構及工作原理圖如圖1-3所示。它必須與機械泵配合使用。Pf：前級真空壓強n：蒸汽分子密度U：油蒸汽速度L：出氣口至進氣口的蒸汽流擴散長度D0：常數圖1-3 擴散泵的結構及工作原理3、分子泵圖1-4 臥式渦輪分子泵的結構示意圖工作原理：處于氣體中的固體表面以一定方向運動，所有飛到這表面的氣體分子，經過碰撞后都具有一定的分速度，其大小與方向等于固體的速度。Turbo-Molecular泵：通過高速旋轉的渦輪葉片，不斷地對氣體分子

6、施以定向的動量和壓縮作用。需要前置真空泵（10-3Torr）。4、濺射離子泵5、吸附泵6、升華泵可見參考書。八、真空測量1、熱真空計：工作原理：低壓下氣體的熱傳導與壓強有關，在低真空時，熱傳導則與壓強成正比。A、皮拉尼（Pirani）真空計：測定因溫度變化而引起燈絲電阻的變化。B、熱電偶：用熱電偶測定溫度變化引起電動勢變化的真空計。 Q = Q1 + Q2 + Q3 輻射 傳導 氣體 (T1，T2) = e (T1)-e (T2)式中，e (T1)、e (T2) 是接點的分熱電動勢。所以熱電動勢僅與熱電偶的材料和接點溫度有關，與材料的形狀、大小無關。熱電偶還有一個中間導體定律：在熱電偶回路中，

7、加入一根中間導體，只要中間導體兩端的溫度相同，就不會影響熱電動勢。圖1-5 皮拉尼真空計圖1-6 熱電偶真空計單位時間內氣體分子從加熱燈絲表面傳遞到熱真空計玻璃管的熱量 （1）式中：稱為聚合系數；T1和T2分別為熱絲和玻管溫度；r1和L分別為熱絲的半徑和長度。由式（1）可知，Q3與壓強P成正比。但是，由于氣體分子與固體表面的碰撞過程非常復雜，很難確定，所以很難由式（1）計算出Q3，通常需用絕對真空計較準。高真空時，自由程lr2-r1(r2玻管半徑)，由于壓強很低，Q310-1Pa，飽和，P10-6Pa，高速電子X射IXIiB-A型：改變離子收集極，板狀柱，X射IX P10-10Pa。表1-2 幾種真空計的特性名 稱原 理精 度反應時間工作壓力范圍（Pa）其 它U形管壓強計根據液柱差測量壓力0.5托數秒10-510-2作為校正標準，與氣體種類無關麥克勞真空計（壓縮真空計）根據壓縮后的液柱差測量壓力幾%幾十%數分1010-3 (10-4)作用校正標準，不適宜測可凝性氣體皮拉尼真空計（電阻真空計）利用氣體分子的熱傳導10%以上數秒10310-2 (10-3)靈敏度因氣體種類而變，熱絲狀態不同，零點變化。熱電偶真空計靈敏度易變肖魯斯電離真空計利用熱電子電離殘余氣體1020%10-3秒1010-2靈敏度因氣體種類而變，對電極和管壁除氣極為重