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为什么镀膜需要真空环境?
膜料
基板
液态
气态
物理气相淀积(PVD,physicalvapordeposition)
化学气相淀积(CVD,chemicalvapordeposition)
气相淀积的优势:牢固,外延生长(液相?)
转移到基板表面
固态:箔金
镀膜的一般过程:
n=1022(P/T)
真空的基本知识
一)真空的定义;二)度量单位;三)区域划分;四)真空在薄膜制备中的作用
一)真空的定义
真空是指压力低于一个大气压的任何气态空间.
P=10-4帕,T=293K,n=1010个/厘米3“相对真空”
一个分子在两次碰撞之间所占据的体积:Ld2
V=N•Ld2
P=nkT
L=kT/d2P
二)真空的表示:压强大小表示真空.
1标准大气压=101325Pa(牛顿/米2)
1标准大气压=760mmHg=760(Torr)=≈105Pa
在真空技术中,除国际单位制的压力单位Pa外,常以托(Torr)作为真空度的单位。1托等于1毫米高的***柱所产生的压力:
1Torr=133Pa
微观参量之间的关系:
压强,“自由程(L,气体分子间相邻两次碰撞的距离)”,分子密度(n)
压强高:真空度低;压强低:真空度高
Pa(Pascal,SI,帕斯卡);
巴(bar):1bar=105Pa
四)真空在薄膜制备中的作用
减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞:f=1-e-d/l
抑制反应
蒸发分子(F)与残余气体分子(N)到达基板的速率
N/F10-1:P=10-4-10-5Pa
真空的获得
一)机械泵;二)分子泵和罗茨泵;三)扩散泵;四)吸附泵;五)溅射离子泵;六)升华泵
真空泵的主要参数
抽气速率:单位时间内泵的抽气能力
极限真空:泵所能获得的最低压强
工作范围:泵能正常工作的压强范围
S抽速
Sm最大抽速
单位时间内气体流过抽气系统中任何截面的体积称为体积流量,单位为升/秒,
与气体密度无关
旋片机械泵
常见的机械泵有旋片式、定
片式和滑阀式等。旋片式的噪声
小,运行速度高,被广泛应用在
真空镀膜机上。
主要结构如右图所示
机械泵的工作原理是基于
玻意耳-马略特定律的基础上的
PV=K()式
其中K是与温度有关的常数
机械泵的定子和转子间存在影响抽真空的有害空间,泵的抽速随着压强降低而减小。为了减少有害空间的影响通常采用双级泵,双级泵由两个转子串连而成,其中一个转子的出气口为另一个转子的进气口,这样可以将极限真空的单极泵的1Pa提高到10-2Pa
机械泵油的作用非常重要,它起着很好的密封和润滑作用。泵油基本要求是低的饱和蒸气压,一定的粘度和较高的稳定性。但是普通机械泵对于抽走水蒸气等可凝气体有很大困难。当蒸气在腔内压缩,压强达到饱和蒸气压时,水蒸气就开始凝结成水,并与泵油形成一种悬浊液。不仅影响泵油的密封和润滑,还会造成泵壁生锈。
为此在气体尚未被压缩前,通过气镇阀渗入一定量的气体来帮助打开排气阀片,减少水气的凝结。气镇阀在抽气的起始阶段使用不会影响极限真空,但是到了一定程度后继续使用就会降低泵可以达到的极限真空
罗茨泵
左转子由0°转到180°的抽气过程:在0°位置时(图a)左转子从泵入口封入v0体积的气体。当转到45°位置时(图b),该腔与排气口相通。由于排气侧压强较高,引起一部分气体返冲过来。当转到90°位置时(图c)左转子封入的气体,连同返冲的气体一起排向泵外。这时,右转子也从泵入口封入v0体积的气体。当转子继续转到135°时(图d)右转子封入的气体与排气口相通,重复上述过程。转子主轴旋转一周共排出四个v0体积的气体
罗茨泵的转子之间、转子与泵壳内壁之间,保持有一定的间隙,可以实现高转速运行且没有卡住的危险。
由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵,通常压缩比很低,故工作时需要前级泵
在1Pa左右的压强范围内其有相当大的抽气速率,在这范围内机械泵的抽速很小,扩散泵还只刚刚开始工作。罗茨泵可以弥补上述两种真空泵抽气速率的脱节。
罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外,还取决于前级泵的极限真空
由于以上特点罗茨泵时常被串连使用
涡轮分子泵
优点
基本没有油的污染
启动和关闭很快
缺点
噪声大,有振动。
电磁污染。
比较昂贵。