Базовые знания о вакууме

Базовые знания о вакууме

IKS PVD manufacture Производство оборудования для вакуумного нанесения покрытий, свяжитесь с нами, чтобы получить более подробную информацию о вакуумном покрытии.

,

Методы физического осаждения из паровой фазы (PVD), такие как испарение, распыление и ионное осаждение, могут быть реализованы только в условиях вакуума.

Подготовка современных тонкопленочных материалов, будь то технология физического осаждения из паровой фазы (PVD) или технология химического осаждения из паровой фазы (CVD), включает в себя образование газовой фазы, транспортировку, реакцию, конденсацию, осаждение и другие процессы в условиях вакуума. Поэтому в данной статье кратко представлены базовые знания о вакууме, связанные с приготовлением тонких пленок.

Базовые знания о вакууме

Используя внешнюю силу для удаления молекул газа в определенном замкнутом пространстве, чтобы давление в пространстве было меньше давления одной атмосферы, тогда физическое состояние газа в пространстве называется вакуумом.

В 1643 году в знаменитом эксперименте Торричелли по атмосферному давлению впервые было обнаружено существование вакуума, физического состояния низкого давления и разреженного газа, и было получено определение атмосферного давления (давление, создаваемое 76-миллиметровой ртутной колонной, определяется как 1 атм) и основа для измерения вакуума.

Степень вакуума представлена давлением газа, а начальная единица степени вакуума - мм рт. Ст. (1 атм = 760 мм рт. Ст.).

В 1958 году, в память о Торричелли, первые четыре буквы его имени торр использовались для замены мм рт.ст. в качестве единицы степени вакуума (1 торр = 1 мм рт.ст.).

Была также принята система сантиметр-грамм-секунда (CGS), в которой в качестве единицы (1 бар = 1 x 105 Па) используется бар, а чаще - мбар (1 мбар = 100 Па).

В настоящее время с развитием стандартизации постепенно преобладает международная система единиц (система СИ, а именно система MKS), и в качестве степени вакуума в качестве единицы используется Па (1 атм = 1,013 * 105 Па).

Помните, что вакуум в скобках обычно преобразуется в единицы, и маме не придется беспокоиться о том, что меня смущают различные единицы в литературе.

Вакуумное приобретение

Например, при питье напитка через соломинку принцип состоит в том, что мы всасываем воздух в соломе и создаем вакуум внутри соломки (давление внутри соломки меньше, чем внешнее атмосферное давление). Под действием разницы давлений мы вдавливаем напиток в банке в рот через трубочку.

Аналогичным образом, при изготовлении современных тонкопленочных материалов требуемый вакуум можно также «отсосать» из воздуха, выделяющегося в комнате, с помощью устройства, которое мы называем вакуумным насосом.

В соответствии с принципом работы вакуумного насоса его можно разделить на две категории: газотранспортный насос (газ постоянно вдыхается и выпускается из вакуумного насоса для достижения цели выпуска) и газозахватный насос (с использованием активированного угля и др.). инспираторные материалы и устройство источника холода, которые должны всасываться молекулами газа в насосном пространстве). По диапазону рабочего давления вакуумного насоса его можно разделить на первую ступень насоса (высокое пусковое давление) и после ступени насоса (низкое пусковое давление).

Внешний вид и внутренняя структура роторно-лопастного механического насоса показаны на рисунке 1. Это своего рода газотранспортный насос, который может работать непосредственно от атмосферного давления. Это широко используемый насос передней ступени.

Рисунок 1. Внешний вид механического насоса и схема внутренней структуры.

Принцип работы механического насоса заключается в использовании вращения ротора механических движущихся частей на эксцентриковом колесе для достижения цели вдоха-сжатия-выпуска, как показано на рисунке 2 (серые точки на рисунке представляют воздух ).

ИНЖИР. 2 принципиальная схема принципа работы механического насоса

Турбомолекулярный насос представляет собой разновидность высотного насоса, созданного с помощью современной вакуумной технологии для требований безмасляной и высоковакуумной среды. Это своего рода газотранспортный насос. Однако его начальное рабочее давление должно быть менее 1 Па. Его внешний вид и внутренняя структура проиллюстрированы на рисунке 3.

ИНЖИР. 3 Внешний вид и внутренняя структура турбинного молекулярного насоса

В молекулярном насосе турбины чередуются многоступенчатые роторы и статоры с различными роторами и статорами, а скорость вращения лопасти ротора составляет до 20000 ~ 60000k об / мин. Молекулы газа, транспортируемые из верхней лопасти, будут дополнительно сжиматься до нижней под действием нижней лопасти, то есть кинетическая энергия непрерывно передается молекулам газа при столкновении, и молекулы газа будут сжиматься и разряжаться постепенно шаг после наделения кинетической энергией, как показано на фиг. 4.

ИНЖИР. 4 принцип работы турбинного молекулярного насоса

Стоит отметить, что в процессе подготовки пленки непосредственно не запускают молекулярный насос, потому что в условиях низкого вакуума (больше атмосферных молекул) лопатка молекулярного насоса легко повреждается, как обнаружил босс, критиковавший маленький, в случае, если молекулярный насос сам по себе повреждает повреждение, не может быть экономически эффективным. Поэтому важно помнить, чтобы открыть механический насос и другой предварительный насос, чтобы получить определенную степень вакуума перед работой молекулярного насоса.

Измерение вакуума

Чтобы понять степень вакуума (давление воздуха) в камере осаждения в реальном времени, при подготовке пленки необходим вакуумметр (вакуумметр).

Согласно принципу измерения степени вакуума, его можно разделить на измеритель абсолютного вакуума (непосредственно определить значение давления в определенном пространстве) и измеритель относительного вакуума (сначала измерить другие физические величины, связанные с давлением, после преобразования для получения значения давления). ). Поскольку вакуумметр легко измерить, он часто используется для измерения степени вакуумного осаждения пленки.

Как упомянуто выше, вакуумный насос предъявляет строгие требования к рабочему диапазону вакуума, аналогично разным степеням вакуума необходимо использовать разные вакуумметры для измерения.

Вакуумметр Пирани часто используется для измерения низкого вакуума, что является улучшенной формой вакуумметра с термопарой. ИНЖИР. 5 является принципиальной схемой принципа работы. В трубе есть два набора нитей. Когда две группы нити находятся под напряжением и нагреваются, скорость рассеивания тепла на нити также отличается из-за разницы в толщине окружающего воздуха. Следовательно, сопротивление двух групп нити накала будет различным из-за разницы в температуре, и ток, протекающий через нить, также изменится соответствующим образом. Из-за фиксированного давления воздуха на контрольном конце температура, сопротивление и ток нити на контрольном участке остаются неизменными, поэтому степень вакуума в измеряемой полости можно сравнивать.

ИНЖИР. 5 принципиальная схема принципа работы вакуумного манометра Пирани

В области измерения высокого вакуума используется ионизационный вакуумметр, который необходимо использовать вместе с приборами Pirani и другими низкими вакуумметрами. Ионизационный вакуумметр состоит в основном из трех электродов: катода (нити накала), анода и ионного коллектора. Принцип его работы показан на рисунке 6. Электроны, испускаемые горячим катодом, ускоряются до решетки, сталкиваются и ионизируют молекулы газа на своем пути. Когда электроны совершают возвратно-поступательное движение, чтобы ускорить и замедлить, они в конечном итоге будут захвачены удалением полюсов. В процессе возвратно-поступательных колебаний электронов молекулы газа будут непрерывно ионизироваться, а ионы газа будут лететь к полюсам сбора ионов, образуя петлевой ток. В случае фиксированного тока эмиссии катода и фиксированного типа газа интенсивность ионного тока будет зависеть только от давления ионизованного газа, а степень вакуума в камере осаждения может быть преобразована в интенсивность ионного тока.

ИНЖИР. 6 принципиальная схема принципа работы ионизационного вакуумметра

Благодаря введению этой статьи мы считаем, что у нас есть самое базовое понимание определения вакуума, конверсии различных единиц, а также сбора и измерения вакуума.