旭阳教育训练计划真空泵与真控规

旭阳教育训练计划真空泵与真控规第1页/共36页个人简介姓名：王玺年龄：26岁爱好：运动，读书联系方式：手机哈尔滨) QQ:386412560第2页/共36页课程要求：上课认真听讲，注意重点；考试范围全部涵盖在所讲内容之中；缺课不要超过3次，有事情可以提前请假；平时成绩30%+期末考试70%；第3页/共36页上节要点回顾：1薄膜材料简介： 定义、分类，对薄膜材料的性能要求。2真空技术基础： 定义、真空基本特点、真空度单位与区域划分。第4页/共36页5SiliconsubstrateOxide宽长厚与衬底相比薄膜非常薄薄膜是指一种在衬底上生长的薄固体物质。如果一种固体物质具有三维尺寸，那么薄膜是指一维尺寸远远小于另外两维上的尺寸。第5页/共36页薄膜材料的简单分类薄膜材料涂层或厚膜薄膜(<1um)材料保护涂层材料装饰涂层光电子学薄膜微电子学薄膜其它功能薄膜(>1um)(力,热,磁,生物等)第6页/共36页1.3薄膜的分类按功能和应用领域分为：电学薄膜：导电、电阻、半导体、介电、压电、铁电、超导、光电、传感、磁电、光能、电光。光学薄膜：减反射、反射、分光滤光、光存储。工程薄膜：耐腐蚀、防磨损、热传导、润滑。生物医学薄膜：抗菌杀毒、生物活性装饰包装薄膜：金、仿金TiN、铝箔第7页/共36页8对薄膜的要求Desiredcomposition,lowcontaminates,goodelectricalandmechanicalproperties.组分正确，沾污少，电和机械性能好

Uniformthicknessacrosswafer,andwafer-to-wafer.

每一硅片和硅片之间均匀性好3.Goodstepcoverage(“conformalcoverage”).

台阶覆盖性好4.Goodfillingofspaces.填充性好5.Planarizedfilms.平整性好

第8页/共36页上节要点回顾：1薄膜材料简介： 定义、分类，对薄膜材料的性能要求。2真空技术基础： 定义、真空基本特点、真空度单位与区域划分。第9页/共36页

“真空”这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。真空技术是基本实验技术之一。自从1643年托里拆利(E.Torricelli)做了著名的有关大气压力实验，发现了真空现象以后，真空技术迅速发展。现在，真空技术已经成为一门独立的前言学科。它的基本内容包括：真空物理、真空的获得、真空的测量和检漏、真空系统的设计和计算等。随着表面科学、空间科学高能粒子加速器、微电子学、薄膜技术、冶金工业以及材料学等尖端科技的发展，真空技术在近代尖端科学技术中的地位越来越重要。第10页/共36页（1）真空的基本特点

在真空中，气体分子密度低，在某些情况下，真空可以近似地看作没有气体“污染”的空间。真空中，气体分子或带电粒子的平均自由程为：

其中为分子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常数。第11页/共36页由于上述原因，真空中分子之间碰撞频率很低，分子与固体表面碰撞的频率极低。单位面积上气体分子碰撞频率ν与压强p的关系为：式中M和T分别为气体分子的分子量（单位：g）和温度（单位：K）。第12页/共36页（2）真空度的单位与区域划分

真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“托”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。我国采用SI规定。第13页/共36页1标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕)1Torr≈1/760atm≈1mmHg1Torr≈133Pa我国真空区域划分为：低真空、中真空、高真空、超高真空和极高真空。

第14页/共36页本节内容概述：

1获取真空的办法；

2测量真空度的办法；

第15页/共36页真空度对薄膜质量的影响1、减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞2、抑制它们之间的反应，减少对衬底表面的玷污P：压强 NA：阿佛伽德罗常数（6.0231023/mol）T：绝对温度R：气体普适常数MG：残余气体的分子量残余气体分子到达基板的速率：第16页/共36页真空系统应包括：待抽空的容器(真空室)获得真空的设备(真空泵)

测量真空的器具(真空计)

必要的管道、阀门和其他附属设备

功能：是在指定的时间、空间内获得需求的真空度，保持真空，确保系统内某项工艺过程或物理过程的实施真空系统第17页/共36页至今还没有一种泵能直接从大气一直工作到超高真空常常需要把２～３种真空泵组合起来构成复合排气系统以达到所需要的高真空

真空泵：获得特定真空度的机械装置；极限压力：系统所能达到的最低压力，或称做极限真空，是真空系统能否满足镀膜需要的重要指标之一。前级泵：能使压力从一个大气压开始变小的泵常称为“前级泵”次级泵：只能从较低压力抽到更低压力的真空泵称为“次级泵”第18页/共36页真空泵的分类常用真空泵的分类气体传输泵气体捕获泵扩散泵（次级）钛升华泵溅射离子泵低温冷凝泵机械泵（前级）分子泵（次级）第19页/共36页ABC旋片式机械泵工作过程图真空系统机械真空泵：第20页/共36页旋片式机械泵结构(剖面)图工作原理图第21页/共36页机械泵1定子2旋片3转子4弹簧5进气口6出气口

泵的抽气原理是基于气体的压缩和膨胀。当抽除含有冷凝蒸气的气体时，蒸气被压缩，压力增大，蒸气就会凝结。凝成的液体与泵油混合，并随油在泵中循环，把一些污染的液体带到低压区，液体在低压区蒸发，从而限制了泵可达到的真空度(一般可达到1～10-3Torr的低真空度)，实验室可用它获得低真空，也作为获得高真空的前级泵。第22页/共36页扩散泵是利用被抽气体向蒸汽流扩散的现象来实现排气的，扩散泵可用来获得高真空。第23页/共36页马达电源机械泵机械泵放气阀第24页/共36页几种常用真空泵的工作压强范围第25页/共36页压力的表述A：压力高于大气压： 表压＝绝对压－大气压B：压力低于大气压： 真空度＝大气压－绝对压第26页/共36页在真空技术中遇到的气体压强都很低，要直接测量气体压力极不容易的。因此，都是利用测定在低气压下与压强有关的某些物理量，再变换后确定容器的压强任何具体的物理特性，都是在某一压强范围内最显著，任何方法都有测量范围，这个范围就是真空计的“量程”没有一种真空计能够测量从大气到10-10Pa的整个领域的真空度真空的测量第27页/共36页

粗真空或低真空：

U型管压差计真空表较高或高真空：真空规：测量真空度的器具；

绝对真空规麦氏真空规相对真空规热偶真空规、电离真空规→→第28页/共36页U型管压差计液柱式压力计（U型）构成：两端开口的垂直U型玻璃管垂直放置的刻度标尺所构成作用：两气体压力差；气体的表压(p1为测量气压，p2为大气压)气体的绝对压力(令p2为真空，p1所示)气体的真空度(p1通大气，p2为负压，可测其真空度)第29页/共36页麦氏(Mcleod)真空规1毛细管(接真空系统)2、3毛细管4-玻璃泡5毛细管6活塞(接空气泵)7汞容器8底座

麦氏真空规又称为压缩真空计，是在1～10-6Torr的范围内测量绝对压力的仪器。麦氏规是根据波义耳定律来测量真空度的。它首先是让被测真空系统的残留气体进入规内，然后加以压缩，比较压缩前后的体积和压力的变化，就可算出其真空度。麦氏真空规有台式和转式两种。第30页/共36页通过热电偶直接测量热丝温度的变化，热电偶产生的电动势就可以表征规管内的压力。气体压强和热电偶的电动势之间存在的关系：热偶真空计（测量低真空）：第31页/共36页B、热电偶：用热电偶测定温度变化引起电动势变化的真空计

Q=Q1+Q2+Q3

热丝辐射热丝传导气体与热丝碰撞其中，辐射热量和导线传到热量保持恒定；Q3与气体分子的碰撞（压强）成正比；热电偶电势(T1，T2)=e(T1)-e(T2)e(T1)、e(T2)是接点的分热电动势第32页/共36页利用某种手段使进入规管中的部分气体分子发生电离，收集这些离子形成离子流；由于被测气体分子所产生的离子流在一定压力范围内与气体的压力成正比关系，通过离子流的大小反映出被测气体压强。I+=kIeP由阴极、阳极和离子收集极三电极组成。电离真空计（测量高真空）：第33页/共36页名称原理精度反应时间工作压力范围（Pa）其它U形管压强计根据液柱差测量压力0.5托数秒10-5~10-2作为校正标准，与气体种类无关麦克劳真空计（压缩真空计）根据压缩后的液柱差测量压力几%~几十%数分10~10-3(10-4)作用校正标准，不适宜测可凝性气体皮拉尼真空计（电阻真空计）利用气体分子的热传导10