真空鍍膜基礎(chǔ)知識(shí).ppt

真空及薄膜基礎(chǔ) 麥田烏鴉.,我們生產(chǎn)的為非晶硅薄膜太陽能電池，了解PECVD設(shè)備及工藝需要對真空鍍膜有一個(gè)了解，并且對半導(dǎo)體物理及薄膜知識(shí)有一定的認(rèn)識(shí)。 我們先對薄膜的概念做一個(gè)粗略的了解。 薄膜：在嚴(yán)格的學(xué)術(shù)意義上，認(rèn)為只有聚集厚度小于某一特征厚度的材料才是真正的薄膜，否則便是一般的薄材料。 特征厚度：是利用物質(zhì)的某些基本性質(zhì)在物質(zhì)聚集厚度很薄的情況下會(huì)發(fā)生異常變化的現(xiàn)象而確定的，即當(dāng)被選定為參考的某一物理性質(zhì)或機(jī)械性質(zhì)開始顯示出不同于它通常所具有的特點(diǎn)時(shí)的厚度，便是給物質(zhì)的薄膜特征厚度。 可以認(rèn)為薄膜是一種二維的材料。 沉積技術(shù)：氣相沉積（將構(gòu)成薄膜的物質(zhì)氣化后在沉積到襯底上） 液相沉積（在液體中沉積鍍膜） 氣相沉積：比較容易控制薄膜的組分 液相沉積：在接近于熱平衡的條件下成膜，能獲得較好的膜質(zhì)。 氣相沉積又分物理氣相沉積（physical vapor deposition）和化學(xué)氣相沉積 （chemical vapor deposition）,一些基本概念,鍍 膜 常 用 方 法 列 表,氣相沉積成膜的一般過程：,1 原料及襯底的預(yù)處理（清潔等） 2 原料的氣化 1) 以分子、原子、離子等形態(tài)向真空發(fā)射(pvd的氣化方式) 蒸發(fā)、升華 濺射 電離 離化 2）以化合物形式氣化（cvd的氣化方式） 3 將粒子輸運(yùn)到襯底上 1）分子、原子、離子的飛行（pvd的輸運(yùn)方式） 2）擴(kuò)散（cvd的輸運(yùn)方式） 4 粒子在襯底上析出 1）附著（真空蒸鍍，cvd） 2）楔入（濺射、離子鍍） 5 薄膜的形成 熱運(yùn)動(dòng) 碰撞 結(jié)合,非晶薄膜太陽能電池生產(chǎn)需要的鍍膜方式：,1 LPcvd鍍TCO導(dǎo)電層 2 pecvd鍍非晶硅薄膜 3 磁控濺射鍍氧化鋅減反層和鋁背電極 或mocvd鍍氧化鋅膜層,薄膜的主要性能,膜厚：越均勻越好，一般應(yīng)控制在一個(gè)范圍以內(nèi)比如5%，這與玻璃基板尺寸有關(guān) 膜表面形貌：通過掃描電子顯微鏡（SEM）投射電子顯微鏡（TEM）等分析表明顆粒狀態(tài)，可獲得薄膜表面的致密情況，缺陷狀態(tài)，退火處理對膜表面的影響等信息。 膜機(jī)構(gòu)特性：用X射線衍射分析膜的組成成分，可獲得膜的純度等信息。 膜應(yīng)力：薄膜內(nèi)部的應(yīng)力越小越好，通過退火處理可最大程度的釋放膜的內(nèi)部應(yīng)力。 膜與襯底的接觸特性：主要是指薄膜與襯底之間的附著力，當(dāng)然附著力越強(qiáng)越好，可避免薄膜出現(xiàn)缺失，開路等 膜的致密性：主要指的是膜層的硬度和抗磨性。避免外界劃傷引起的開路現(xiàn)象 膜的化學(xué)，熱穩(wěn)定性。 針對金屬膜層：要求制備出的金屬膜層的電阻率盡可能低，接近體電阻率,薄膜分析常用方法匯總,掃描電鏡SEM主要分析表面信息,分辨率一般10nm以上,制樣簡單 透射電鏡TEM主要分析結(jié)構(gòu)信息，分辨率小于1個(gè)原子，制樣困難 XRD也是分析結(jié)構(gòu)信息，但是不能分析微區(qū)結(jié)構(gòu)信息 作薄膜，XRD給出方向，SEM選擇好的區(qū)域，TEM深入分析，這是一個(gè)組合拳。 膜厚測量：臺(tái)階儀，橢偏儀等,真空知識(shí),真空：低于一個(gè)大氣壓的狀態(tài)就是真空。 真空度：真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度。 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件：溫度20，相對濕度65%，大氣壓力101325Pa。 真空特點(diǎn)：氣體分子平均自由程大; 單位面積上分子與固體表面碰撞幾率變??；氣體分子密度低；剩余氣體對沉積膜的摻雜減小。 要想獲得高品質(zhì)的薄膜就必須有一個(gè)比較理想的本底真空。 常用單位及換算：,1Psi = 1磅/ 平方英寸 1Pa = 1N/m2,真空泵：用以產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。分氣體傳輸與捕集兩種。 平均自由程：一個(gè)分子每連續(xù)與其他兩個(gè)氣體分子碰撞所走過的路程，叫做自由程。相當(dāng)多自由程的平均值叫做平均自由程。 粘滯流：氣體分子平均自由程遠(yuǎn)小于導(dǎo)管最小界面尺寸的流態(tài)。此時(shí)的流動(dòng)取決于氣體的粘滯性，粘滯流可以使層流或滯流。 中間流：在層流和分子流之間狀態(tài)下分子通過導(dǎo)管的流動(dòng)。 分子流：氣體分子平均自由程遠(yuǎn)大于導(dǎo)管截面最大尺寸的流態(tài)。 流量：單位時(shí)間通過某一界面的氣體體積。,常溫下大氣壓力與大氣分子平均自由程的關(guān)系,不同真空狀態(tài)下真空工藝應(yīng)用,粗真空（100000-1000Pa）：氣體狀態(tài)與常壓相比只是分子數(shù)量的減少，沒有氣體空間特性的變化，分子間碰撞頻繁，此時(shí)的吸附氣體釋放可以不予考慮，氣體運(yùn)動(dòng)以粘滯流為主。主要是利用壓力差產(chǎn)生的力來實(shí)現(xiàn)真空力學(xué)應(yīng)用（真空吸引或運(yùn)輸固體、液體、膠體等，真空吸盤起重，真空過濾）。 低真空（1000-0.1Pa）：氣體分子間，分子與器壁間碰撞不相上下，氣體分子密度較小，氣體釋放也可不考慮，氣體運(yùn)動(dòng)以中間流為主。利用氣體分子密度降低可實(shí)現(xiàn)無氧化加熱，利用氣壓降低時(shí)氣體的熱傳導(dǎo)和對流逐漸消失的原理可以實(shí)現(xiàn)真空隔熱及絕緣，利用壓強(qiáng)降低液體沸點(diǎn)也降低的原理實(shí)現(xiàn)真空冷凍和真空干燥（黑色金屬真空熔煉脫氣，真空絕緣和真空隔熱，真空冷凍及干燥，高速空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的低壓風(fēng)洞）。 高真空（0.1-0.000001Pa）：氣體分子間相互碰撞極少，氣體分子與器壁間碰撞頻繁，氣體運(yùn)動(dòng)以分子流為主，此時(shí)的氣體釋放是影響真空度及抽氣時(shí)間的一個(gè)主要原因。利用氣體分子密度低，任何物質(zhì)與氣體殘余分子發(fā)生化學(xué)作用微弱的特點(diǎn)進(jìn)行真空冶金，真空鍍膜（超純金屬、半導(dǎo)體材料的真空提純及精制，真空鍍膜，離子注入、干法刻蝕等表面改性，真空器件的生產(chǎn)：光電管、各種粒子加速器等）。 超高真空（0.0000001Pa）：氣體分子與器壁的碰撞次數(shù)極少，氣體空間只有固體本身的原子，幾部沒有別的分子或原子的存在，此時(shí)壓強(qiáng)的升高除了泄漏外主要就是器壁分子的釋放。應(yīng)用：宇宙空間環(huán)境的模擬，大型同步質(zhì)子加速器的運(yùn)轉(zhuǎn)。,常用密封方式,O型密封圈（擠壓密封），特種橡膠材質(zhì)，一般用于腔室與門的密封，真空閥門，真空計(jì)的銜接處的密封等。 鋼質(zhì)波紋管（液壓成型、焊接成型），用于真空泵與真空管路等的銜接密封，因其可形變，配合密封圈使用。 法蘭密封，主要用于電極同軸線的連接等 金屬密封（O密封、C密封，E密封等）靠的是金屬的自緊作用。 焊接,注：絕對的密封是不存在的，任何材質(zhì)的腔室材料本身都會(huì)有氣體分子滲入（一般腔室都制作的很厚），各密封處的滲漏等，腔室內(nèi)壁吸附分子的釋放（腔室都要經(jīng)過特殊的內(nèi)壁處理，減少分子吸附）等,腔室內(nèi)壁對氣體分子的吸附與脫附,吸附：固體表面對氣體分子的捕獲。 分物理吸附和化學(xué)吸附。 物理吸附：由分子間的吸引力引起，沒有選擇性，任何氣體都可在固體表面被吸附。物理吸附容易脫附。低溫下發(fā)生。 化學(xué)吸附：由氣體與固體表面分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生，不易脫附，只在高溫下發(fā)生。 真空中的吸附與脫附?jīng)Q定于氣體壓強(qiáng)、固體與氣體的化學(xué)活性、固體溫度、固體表面平整度、清潔度等。適當(dāng)加熱有助于物理脫附。氣體的電離將加速吸附過程，而活潑金屬及活性氣體則容易發(fā)生化學(xué)吸附。,真空獲得,本真空系統(tǒng)用到的真空泵有：擴(kuò)散泵（Diffusion pump），小油封機(jī)械泵(Holding pump)，大油封式旋片泵(Roughing pump)，羅茨增壓泵(Blower pump)，干泵(Process pump) 為了獲得更好的真空效果及抽氣速率通常采用真空泵組合機(jī)組來實(shí)現(xiàn)。 工業(yè)常用組合：（機(jī)械泵+擴(kuò)散泵）、（機(jī)械泵+分子泵） 本系統(tǒng)所用組合：小油封旋片泵+擴(kuò)散泵 大油泵+增壓泵+擴(kuò)散泵 干泵：抽特氣尾氣 本真空系統(tǒng)用到羅茨泵的變速靠的是液力聯(lián)軸器，液壓聯(lián)動(dòng)技術(shù)主要用于輪船驅(qū)動(dòng)等方面，目的就是防過載，保護(hù)馬達(dá)。 液壓聯(lián)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕，傳動(dòng)無磨損，使用壽命長，易于保護(hù)電機(jī)等。,工作過程： 氣體從入口進(jìn)入轉(zhuǎn)子和定子之間 偏軸轉(zhuǎn)子壓縮空氣并輸送到出口 氣體在出口累積到一定壓強(qiáng)，噴出到大氣 工作范圍及特點(diǎn)： Atmosphere to 10-3 torr 耐用，便宜 由于泵的定子、轉(zhuǎn)子都浸入油中，每周期都有油進(jìn)入容器，有污染。 要求機(jī)械泵油有低的飽和蒸汽壓、一定潤滑性、黏度和高穩(wěn)定性。,旋片式機(jī)械泵工作示意圖,一般用油機(jī)械泵粗抽真空，不能使系統(tǒng)真空度太高，太高會(huì)造成嚴(yán)重的機(jī)械泵返油反流，只要達(dá)到高真空泵工作范圍即可。 油位控制 吸入氣體粉塵多，油污染問題，可在泵入口加一除塵裝置和一過濾裝置 油乳化，吸入氣體水蒸汽太多，可加一氣鎮(zhèn)裝置，或者在羅茨泵排氣口加冷凝器（乳化就是一種液體離散為很多微粒分散到另一種液體中，成為一種乳液）。 吸入氣體溫度過高，比如高于50，應(yīng)采用氣冷羅茨泵對氣體降溫 經(jīng)常檢查泵的各部位溫度，及時(shí)調(diào)節(jié)冷卻水水量。,氣鎮(zhèn)的運(yùn)用,泵所抽取的氣體中通常會(huì)包含一定量的可凝性氣體，這種混合氣體在泵內(nèi)壓縮排氣的過程中，如果可凝性氣體的分壓超過了泵溫下的飽和蒸汽壓，那么他們就會(huì)凝結(jié)，和泵油混合，隨著凝結(jié)物的累加，最終會(huì)導(dǎo)致泵油的性能變差，乃至乳化。 我們可以采用氣鎮(zhèn)來防止蒸汽凝結(jié)，從而避免油污染。具體做法就是將室溫干燥空氣或氮?dú)鈴臍怄?zhèn)孔充入泵體的壓縮腔，從而起到一個(gè)稀釋的作用，使壓縮后的蒸汽分壓能保持在泵溫狀態(tài)下的飽和蒸氣壓之下，因此蒸汽可以不被壓縮和其他氣體一起排出泵外。 氣鎮(zhèn)雖然能起到排出蒸汽的目的但同時(shí)也降低了泵的抽速及極限真空，因此通常先打開氣鎮(zhèn)閥排出蒸汽，等過一段時(shí)間就可關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥，在抽一會(huì)就可達(dá)到泵的極限真空。 當(dāng)泵油被少量凝結(jié)液污染后可以通過氣鎮(zhèn)來自凈化泵油：關(guān)閉入口閥門，打開氣鎮(zhèn)閥，運(yùn)行一段時(shí)間，泵油即可恢復(fù)。,羅茨泵工作原理,羅茨泵壓縮氣體所需的功率與壓差成正比，一旦氣體壓差過高，泵就可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象， 造成電機(jī)繞組燒損. 本羅茨泵使用了液力聯(lián)軸器，使泵可以無級調(diào)速，平穩(wěn)起動(dòng)，能夠在高壓差下工作，起 到保護(hù)馬達(dá)的作用。,羅茨泵分3種：低真空羅茨泵；中真空羅茨泵（機(jī)械增壓泵）；高真空多級羅茨泵（干泵）。,液力聯(lián)軸器簡單介紹,液力聯(lián)軸器是一種靠液體作為工作介質(zhì)的非剛性聯(lián)軸器。 液力聯(lián)軸器安裝與泵與電動(dòng)機(jī)之間，其泵輪與渦輪組成一個(gè)可使液體循環(huán)流動(dòng)的密閉工作腔，泵輪安裝在輸入軸上，渦輪裝在輸出軸上。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體被離心式泵輪甩出。這種高速液體進(jìn)入渦輪后推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，將從泵輪獲得的能量傳遞給輸出軸。最后液體返回泵輪，形成周而復(fù)始的流動(dòng)，即液力聯(lián)軸器靠液體來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與泵之間力矩的傳遞。液力聯(lián)軸器輸入軸與輸出軸靠液體聯(lián)系，工作構(gòu)件間不存在剛性連接。因此其過載保護(hù)性能和啟動(dòng)性能好，載荷過大而停轉(zhuǎn)時(shí)輸入軸仍可轉(zhuǎn)動(dòng)，不致造成馬達(dá)的損壞;當(dāng)載荷減小時(shí)，輸出軸轉(zhuǎn)速增加到接近輸入軸的轉(zhuǎn)速。 液力聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率等于輸出軸轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速之比，一般正常的轉(zhuǎn)速比在0.95以上可獲得比較高的效率。液力聯(lián)軸器的特性因工作腔與泵輪、渦輪的形狀不同而有差異。 羅茨泵的最大壓差由液力聯(lián)軸器所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩來決定，而液力聯(lián)軸器可傳遞的最大轉(zhuǎn)矩可由其中的液體量來調(diào)節(jié)。當(dāng)泵在高壓差下工作或與前級泵同事啟動(dòng)時(shí)，在液力聯(lián)軸器內(nèi)部就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)速差及會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，即只傳遞一定的力矩，使泵減速工作。隨著抽氣的進(jìn)行，氣體負(fù)荷減小，羅茨泵逐漸加速到額定轉(zhuǎn)速，達(dá)到最高抽氣效率。,羅茨泵特點(diǎn)：,在較寬壓強(qiáng)范圍有較大的抽速 啟動(dòng)快，迅速工作 對氣體中的灰塵和水蒸氣不敏感 轉(zhuǎn)子不需油潤滑，提供比較潔凈的工作環(huán)境 設(shè)備驅(qū)動(dòng)功率小，機(jī)械磨損小 結(jié)構(gòu)緊湊，小巧 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低,羅茨泵轉(zhuǎn)子冷卻問題,泵連續(xù)長時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子溫度的升高，在10Torr量級范圍內(nèi)，被抽氣體導(dǎo)熱能力變的很差，轉(zhuǎn)子的散熱主要是向泵腔輻射被帶走，這樣會(huì)使轉(zhuǎn)子和泵腔存在很大的溫度差，轉(zhuǎn)子的熱膨脹可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子之間及于泵腔間隙的減小乃至消失，轉(zhuǎn)子就可能被卡死，乃至損壞。 轉(zhuǎn)子的冷卻一般有兩種方法:1.在出氣口加水冷卻器，排氣回流的氣體經(jīng)過熱交換器變成了低溫氣體，它在通過間隙返流時(shí)就可以對轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻;2.往主軸的頸部內(nèi)孔通冷卻流體，進(jìn)入到轉(zhuǎn)子內(nèi)部，進(jìn)而通過循環(huán)實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子的冷卻，通過負(fù)荷的大小來調(diào)節(jié)油量的多少，達(dá)到一個(gè)合理的冷卻效果，通過循環(huán)水來冷卻油（內(nèi)冷卻方法存在的最大缺陷是如轉(zhuǎn)子內(nèi)部存在氣泡的話會(huì)引起轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，造成泵的損壞）。,蜂窩式熱交換器的獨(dú)特構(gòu)造可以最大化的實(shí)現(xiàn)冷卻效果，并且避免Vs1與Vs2之間的氣體竄通，降低冷卻效果。,為了實(shí)現(xiàn)最大的冷卻效果必須做到： 1.返流充氣迅速完成，冷卻器截流作用小，導(dǎo)流要大。 2.冷卻器對氣體的熱交換要充分，因此就要有盡量大的交換面積。 但是兩者又是相矛盾的，必須從氣體流到狀態(tài)規(guī)律和熱交換規(guī)律兩方面進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)行優(yōu)化選擇。 當(dāng)然具體來說需要考慮的因素更多：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，壓差，氣體溫度，冷卻水因素，泵腔體積等等,常出現(xiàn)問題,油溫高： 冷卻不好，箱體油位過高，過濾器堵塞，油路堵塞，工作液不合要求 渦輪不轉(zhuǎn)： 箱體油位過低，過濾器堵塞，液壓泵入口漏氣 軸端漏油： 油封損壞，油封沒安裝好，聯(lián)軸器產(chǎn)生吸油效應(yīng)（加一擋風(fēng)板） 轉(zhuǎn)子卡死或損壞： 冷卻水問題 泵突然停機(jī)： 冷卻水問題，前級泵故障導(dǎo)致羅茨泵出口壓力過高，羅茨泵過載 真空度降低： 前級泵故障或性能變差，管道泄露 泵內(nèi)雜音： 機(jī)件磨損，生產(chǎn)氣體中有較大磨耗性顆粒進(jìn)入泵體，因轉(zhuǎn)子間，與泵腔間狹縫極?。ㄒ话?.1-0.2mm）加之泵長期運(yùn)轉(zhuǎn)存在的磨損都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生碰擦，產(chǎn)生異響。,啟動(dòng)順序問題，液壓調(diào)速和齒輪箱變速（有無旁通閥）的區(qū)別,泵一般應(yīng)該運(yùn)行一年進(jìn)行一次大檢修：齒輪及軸承的磨損，檢查密封裝置，更換密封圈，檢查轉(zhuǎn)子的腐蝕情況，轉(zhuǎn)子結(jié)垢情況，泵腔腐蝕及結(jié)垢情況。,擴(kuò)散泵介紹,油擴(kuò)散泵是靠噴嘴高速噴射的硅油蒸汽來將氣體逐級壓縮至排氣口，或氣體分子溶入油中，等油冷凝回流被重新加熱然后氣體被釋放到排氣口，然后被前級泵帶走達(dá)到抽真空的目的。擴(kuò)散泵抽速快，構(gòu)造簡單，無機(jī)械磨損構(gòu)件，無噪聲污染，但存在油污染，需冷卻水和前級泵 抽氣范圍： 10-3 to 10-7 Torr 配合液氮冷阱使用可達(dá)10-9Torr 冷阱可用極低的溫度降低氣體分子的能量或?qū)⑵湮皆诶溱鍍?nèi)部，實(shí)現(xiàn)更高的真空。,配合冷阱使用雖然 可以降低返油，但 是同時(shí)也降低了擴(kuò) 散泵的抽速，比如 一個(gè)幾乎可以完全 防止返油的冷阱可 以降低30%左右的 抽速，但是卻可以 提高極限真空度。,擴(kuò)散泵與分子泵的比較,擴(kuò)散泵與分子泵都可以獲得高真空，都不能直抽大氣，都需要配備前級泵。 擴(kuò)散泵：構(gòu)造簡單，無機(jī)械磨損構(gòu)件，無噪聲污染，抽速快，相對便宜，體積大，能耗高，存在油污染（配合冷阱可極大的降低返油）。 分子泵：能耗低，體積小，極限真空高，潔凈泵，設(shè)計(jì)復(fù)雜，噪聲大，價(jià)格昂貴。,油擴(kuò)散泵真空系統(tǒng)操作注意事項(xiàng),油擴(kuò)散泵真空系統(tǒng)中任何一個(gè)閥門的誤操作都會(huì)使泵收到損傷，可能使擴(kuò)散泵泵油反流到真空腔室，造成污染。前級管道上的漏孔、機(jī)械泵油位高度不適當(dāng)或前級管道閥門的失靈都會(huì)使前級壓力超過臨界值，當(dāng)前級壓力超過臨界值時(shí)，擴(kuò)散泵油就會(huì)迅速反流到真空室中。 雖然現(xiàn)在基本是系統(tǒng)的全自動(dòng)控制，但有些時(shí)候扔需要手動(dòng)對真空系統(tǒng)進(jìn)行操作，比如檢漏等，很多情況下泵油的返流式由設(shè)備發(fā)生故障或操作步驟不當(dāng)造成的。 如擴(kuò)散泵入口與高真空閥門間裝有液氮冷阱，則在抽氣時(shí)不要在真空室的壓力高于1.0E-2Pa時(shí)給冷阱通液氮，否則將使冷阱中凝結(jié)過多的水汽。 在需要往擴(kuò)散泵腔內(nèi)通大氣時(shí)，應(yīng)提前確保泵油冷卻到安全溫度以下，防止高溫下泵油的氧化。 防止前級壓力超過臨界值，這樣泵油會(huì)迅速返流到真空腔室中 擴(kuò)散泵應(yīng)避免在15-0.1Pa的壓力范圍下長期工作，此時(shí)，擴(kuò)散泵和粗抽泵都存在最大返流率 擴(kuò)散泵工作時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查泵是否有局部過熱，檢查冷卻水溫，水溫過高應(yīng)加大冷卻水量。 擴(kuò)散泵使用環(huán)境應(yīng)盡量符合規(guī)定：溫度低于35，濕度小于80%，否則泵性能會(huì)下降。 擴(kuò)散泵正常工作，閥門誤操作，應(yīng)立即關(guān)閉高真空閥，防止泵油氧化 擴(kuò)散泵停止使用期間應(yīng)真空保存，冷卻水用壓縮空氣吹干凈。,擴(kuò)散泵常見故障,極限真空變低: 系統(tǒng)泄漏，系統(tǒng)太臟，泵油被污染，加熱功率不夠，冷卻水問題（ 水溫、水壓、水量、水質(zhì)） 抽氣緩慢： 加熱功率不夠，油量不足，腔室污染 進(jìn)氣口壓力波動(dòng) 加熱器輸入功率不當(dāng)，進(jìn)氣口前面系統(tǒng)存在滲漏 反應(yīng)腔污染嚴(yán)重 前幾壓力大，在較高壓力下長期工作，誤操作，加熱功率過高,干泵,干泵屬于機(jī)械泵，因?yàn)闊o油，故多用來抽取特氣或尾氣；其實(shí)嚴(yán)格意義上說，他也并不是完全的無油，在傳動(dòng)齒輪及軸承處仍需潤滑油或PFPE全氟聚醚油脂潤滑，產(chǎn)生的油蒸汽仍可進(jìn)入泵腔產(chǎn)生污染。 干泵大致可分4類（容積式）:多級羅茨，爪式，螺桿式，渦旋式；極限壓力：0.1-10Pa。,多級羅茨結(jié)構(gòu) 各轉(zhuǎn)子有中間壁來隔離構(gòu)成各級的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子直徑和形狀相同，有時(shí)寬度不同，向高壓側(cè)方向變窄。三葉壓縮比大，抽速低。,螺桿結(jié)構(gòu) 根據(jù)螺桿壓縮機(jī)原理制成，空壓機(jī)中的螺桿在一圈以內(nèi)，而干泵的螺桿在兩圈以上，這樣的設(shè)計(jì)可以減小返流量，提高壓縮比，但是圈數(shù)太多，會(huì)使得氣體路徑變長，影響抽速，所以萊寶有一種中間進(jìn)氣，兩邊出氣的設(shè)計(jì)，加上氣鎮(zhèn)可以減少氣體粉塵的沉積。螺桿式無油機(jī)械真空泵是利用齒輪傳動(dòng)同步反向旋轉(zhuǎn)的相互嚙合而不接觸的左螺桿與右螺桿作高速轉(zhuǎn)動(dòng)，利用泵殼和相互嚙合的螺旋將螺旋槽分隔成多個(gè)密閉空間，吸入氣體被封在空間內(nèi) ，自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)的推移至排出端但無壓縮（好比螺母在螺紋回轉(zhuǎn)時(shí)被不斷向前推進(jìn)的情景相似），只有螺桿最末端的排出空間對氣體有壓縮作用。螺桿的各級間可形成壓力梯度，以分散壓差和提高壓縮比。各部間隙和泵轉(zhuǎn)速對泵的性能有很大影響。,爪式泵排氣步驟,從這個(gè)圖我們可以看出爪式泵集中了旋片泵與羅茨泵的優(yōu)點(diǎn)，但是壓縮比要比羅茨泵高很多，極限真空等各方面也優(yōu)于羅茨泵。,a吸氣排氣 b吸氣排氣終止，吸氣腔面積最大，兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間還封存了一部分沒被排出的氣體 c轉(zhuǎn)子換向，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)一小角度，封存氣體會(huì)進(jìn)入環(huán)形空間，環(huán)形空間氣體壓力變大，增大壓縮比。 d轉(zhuǎn)子進(jìn)行到下一次吸氣的位置，排氣孔還沒有打開，氣體仍被壓縮。,爪式結(jié)構(gòu)干泵,爪式泵一般分立式與臥式兩種，圖一是臥式結(jié)構(gòu)，由一級羅茨+三級爪式構(gòu)成，羅茨為吸氣級，爪式為壓縮級，這樣可以在低進(jìn)氣壓力下得到大的抽速，極限壓力在1Pa以下。為獲得低壓大抽速，通常羅茨級設(shè)計(jì)的要比爪式大50%以上，防止級間過壓，羅茨與中間爪式之間有較大的氣體傳輸空間來緩沖壓力，為了抽出蒸汽，在出氣級設(shè)置氣鎮(zhèn)。 圖二是立式四級爪式串聯(lián)，泵殼帶有水冷套，降低軸承及軸封處的溫度，第一級作為吸氣級，面積要比后三個(gè)大，級與極之間有隔板間隔，進(jìn)氣口與出氣口都在隔板上，分別有兩個(gè)轉(zhuǎn)子端面定時(shí)開啟，當(dāng)泵的一部分壓縮排氣時(shí)，另一部分則吸氣，立式結(jié)構(gòu)有利于抽除含有粉塵及懸浮顆粒的氣體，且軸向返流小。 在抽取含粉塵比較多的氣體或危險(xiǎn)特氣的時(shí)候可以逐級往泵腔通N2來防止粉塵的沉積，及稀釋特氣至安全氛圍以下。 冷卻水效果很重要，必要時(shí)需要冷卻對高危特氣進(jìn)行冷卻。,真空計(jì),真空計(jì)（規(guī)）就是對真空狀態(tài)計(jì)真空度進(jìn)行測量的器件，常用的是熱偶真空計(jì)、皮拉尼真空計(jì)潘寧冷陰極真空計(jì)和熱陰極真空計(jì)四種。 為了測量的方便通常用到的是一些復(fù)合真空規(guī)，復(fù)合真空規(guī)一般是兩個(gè)真空計(jì)的組合，可以自動(dòng)在兩個(gè)量程之間切換，獲得更大的工作范圍（和真空泵組合有相似之處）。 皮拉尼真空計(jì)：利用電阻絲隨溫度的變化而電阻隨之變化的原理來測量，而電阻絲溫度的變化又與其周圍氣體的熱導(dǎo)率有關(guān)（用平衡電橋的方式來測出待測電阻）。 熱陰極真空計(jì):氣體導(dǎo)電，氣體分子被燈絲釋放的高速電子撞擊電離，碰撞頻率與氣體密度成正比，氣體密度與氣體壓強(qiáng)又存在關(guān)系，故可以通過測定收集到的離子流的大小來確定氣體的壓強(qiáng)。,熱陰極電離真空計(jì)原理圖,皮拉尼電阻,冷陰極電離真空計(jì)是利用的潘寧放電原理。 潘寧放電是將放電系統(tǒng)放入一軸向磁場，在低壓下使殘留的電子，離子等在電磁場的影響下做輪滾線運(yùn)動(dòng)（直線運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)的和運(yùn)動(dòng)），這無疑增加了電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以加速到更高的速度，與氣體中性分子碰撞，使其電離，這與磁控濺射有相似之處。 熱陰極需要加熱燈絲來釋放電子，冷陰極利用的是低壓空間殘留帶電粒子。,潘寧放電原理圖,電離規(guī),常用到的真空計(jì),皮拉尼/壓電復(fù)合真空規(guī) 測量范圍：1大氣壓至1E-5Torr,全量程復(fù)合真空規(guī) 測量范圍：1大氣壓至1E-10Torr,注：真空規(guī)的安裝要求：規(guī)管入口應(yīng)朝下或合適的一 側(cè)，以防落入顆粒灰塵及影響測量精度。,氦質(zhì)譜檢漏儀,1 我們需要檢漏的主要地方：各鍍膜設(shè)備的真空系統(tǒng)，特氣管路等 2 檢漏方式很多，但工業(yè)普遍采用氦質(zhì)譜檢漏儀，其具有檢漏范圍廣 （10-310-8 Pam3/S ）、性能穩(wěn)定、精度高、安全方便等優(yōu)點(diǎn)。 3 氦質(zhì)譜檢漏儀是根據(jù)質(zhì)譜學(xué)原理，利用氦氣作為示蹤氣體，來對各種容器的泄漏、微漏和滲漏(包括材料本身的)進(jìn)行檢測的儀器。,使用氦氣作為示蹤氣體的原因,1 氦氣在空氣中含量非常少，只有5ppm（空氣中占約 1/200，000）； 2 在被測試的物體內(nèi)部所殘留的空氣中的氦氣含量也非常少； 3 由于氦分子量小、分子直徑?。ㄔ谠刂芷诒碇性趦H排在氫 的后面），即便是極其微小的滲漏孔也能方便地通過； 4 由于具有化學(xué)上的不活躍性，不會(huì)污染排氣系統(tǒng)及被測試物 體，也不容易吸附在腔體表面上，容易放出。 5 由于具有對人體無害性和不可燃爆性，因此使用安全方便； 6 對分析管的分辨率要求并不高，容易實(shí)現(xiàn)高靈敏度； 7 不存在環(huán)境污染問題。 注：不用氫的原因：氫氣本身就是易燃易爆氣體。,氦質(zhì)譜檢漏儀的工作原理,燈絲發(fā)射出的電子在電離室來回震蕩，與電離室內(nèi)氣體和經(jīng)被檢件漏孔進(jìn)入電離室的氦氣相互碰撞使其電離成正離子，這些離子在加速電場作用下經(jīng)縫隙進(jìn)入磁場，由于洛倫茲力作用產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，形成圓弧形軌道，軌道半徑與粒子的荷質(zhì)比有關(guān)，調(diào)節(jié)電壓使氦離子正好通過縫隙被收集形成離子流經(jīng)放大器放大，通過輸出表及音響顯示出來。,檢漏原則及方法,原則：從上而下（氦氣密度?。?由近到遠(yuǎn)（檢漏儀響應(yīng)時(shí)間隨距離而不同） 方法：噴氦法（負(fù)壓，真空系統(tǒng)的檢漏常用方法） 吸氦法（通氦加壓，特氣管路等常用方法）,檢漏步驟,接通電源，打開開關(guān)。 按預(yù)抽閥預(yù)抽檢漏儀內(nèi)部真空。 啟動(dòng)時(shí)間大概十分鐘，內(nèi)部真空抽至5Pa左右 打開燈絲 通過波紋管連接檢漏儀至待檢管路，起動(dòng)用 相應(yīng)的泵抽待檢管路及波紋管真空至5Pa左右。 打開檢漏儀上的閥門，使管路與檢漏儀聯(lián)通。 調(diào)節(jié)漏率指示條位置及喇叭聲響大小 對要檢部位噴氦檢漏 檢漏結(jié)束，關(guān)閉燈絲。 關(guān)閉檢漏儀真空閥門，關(guān)機(jī)。 打開放氣閥，關(guān)閉電源。,檢測部位,腔門密封圈 法蘭，拆卸過的重點(diǎn)檢測 氣動(dòng)閥門，拆卸過的重點(diǎn)檢測 焊縫 接口 注：每次檢漏都是有針對性的進(jìn)行，各拆卸過的部件，密封圈及閥門是重點(diǎn)。,檢漏儀技術(shù)參數(shù),靈敏度：也即最小檢漏率 啟動(dòng)時(shí)間：一般是指預(yù)抽真空時(shí)間 漏率檢測范圍：工作范圍 反應(yīng)時(shí)間：指儀器節(jié)流閥完全開啟,本底訊號為零(或補(bǔ)償?shù)搅?時(shí),由恒定的氦流量使輸出儀表訊號上升到最大值的0.63所需要的時(shí)間 清除時(shí)間：指輸出儀表訊號穩(wěn)定到最大值后,停止送氦, 其訊號下降到最大值的0.37所需要的時(shí)間 質(zhì)譜室工作真空及極限真空：描述儀器性能的重要參數(shù)，可用檢漏儀的真空規(guī)測定 入口處抽速：重要參數(shù)，可用流量計(jì)測定,等離子體,等離子體狀態(tài)（plasma）：等離子體就是處于自由運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)下陰陽帶電粒子共存并呈電中性狀態(tài)的物質(zhì)， 也把等離子體稱作物質(zhì)的第四種狀態(tài)。 物質(zhì)隨著能量的增加，通過熔化，蒸發(fā)，離子化的方式可實(shí)現(xiàn)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、等離子體四種狀態(tài)的變化，宇宙中約99%的物質(zhì)都處于等離子體狀態(tài)。 等離子體生成方式：輝光放電，X射線、g射線照射，激光照射等。 常用方式：氣體放電，即在平板電容結(jié)構(gòu)的兩個(gè)平板電極上施加射頻或直流脈沖電壓，使處于真空環(huán)境下的氣體產(chǎn)生輝光放電，形成等離子體。,等離子體的發(fā)生：,如果使低壓氣體處于電場中，在氣體中所存在的少量的自由電子就會(huì)被加速，由于氣體比較的稀薄，電子的平均自由程較大，因而容易被加速到較高的速度。這些高速電子與中性的原子、分子碰撞后，便會(huì)失去部分能量，如果所發(fā)生的是彈性碰撞，就會(huì)增加中性原子，分子的動(dòng)能，于是氣體的溫度便會(huì)相應(yīng)地升高，如果發(fā)生的是非彈性碰撞，那么就會(huì)發(fā)生離解、離化、激發(fā)等現(xiàn)象，因而產(chǎn)生出大量的各種離子，游離基。這些粒子在化學(xué)性質(zhì)上是活化的，他們有助于生成新的粒子和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。而電子在損失掉能量以后又會(huì)被電場加速，他們不斷地反復(fù)著被加速-與分子原子碰撞的過程，于是氣體便很快地電離而成為等離子體發(fā)生放電現(xiàn)象。 并非任何的電離氣體都是等離子體。只要絕對溫度不為零，任何氣體中總存在有少量的分子和原子電離。嚴(yán)格地說來，只有當(dāng)帶電粒子地密度足夠大，能夠達(dá)到其建立的空間電荷足以限制其自身運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電粒子才會(huì)對體系性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響，也即只有這樣密度的電離氣體才能轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體。除此之外，等離子體的存在還有其特征的空間和時(shí)間限度 。 放電的維持靠的是2次電子。,Pecvd設(shè)備,等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)是基于通過輝光放電方式得到的低溫等離子體使含有薄膜組成的氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)薄膜材料生長的一種薄膜制備技術(shù)。可以充分利用等離子體各反應(yīng)粒子及活性基團(tuán)從高頻電場獲得的能量在較低溫度襯底上鍵合成膜。 Pecvd成膜一般包括三個(gè)基本過程： 1） 電子獲得能量撞擊反應(yīng)氣體，使其分解電離生成含有離子和活性基團(tuán)的混合物。 2） 各種活性基團(tuán)向薄膜生長表面即襯底表面擴(kuò)散輸運(yùn)，因?yàn)榛鶊F(tuán)平均自由程很短故同時(shí)發(fā)生各反應(yīng)物的次級反應(yīng)。 3） 到達(dá)生長表面的各種初級及次級反應(yīng)的產(chǎn)物被表面吸附并發(fā)生反應(yīng)，生成薄膜。 因?yàn)檩x光放電過程中反應(yīng)氣體的激勵(lì)主要是電子碰撞，因此等離子體內(nèi)各基團(tuán)之間及基團(tuán)與表面之間的反應(yīng)與作用都極其的復(fù)雜，這給pecvd成膜機(jī)理研究增加了很多困難，很多重要的反應(yīng)體系都是通過大量的實(shí)驗(yàn)來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從而獲得具有優(yōu)異特性的薄膜。,PECVD主要工藝參數(shù),生長速率：沉積太快會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物沒有充分反映即沉積在襯底上，會(huì)造成制備的薄膜膜質(zhì)疏松，各種性能品質(zhì)下降。太慢則會(huì)影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)節(jié)拍，生長太慢對薄膜的品質(zhì)也有影響。 襯底溫度：襯底溫度對制備的薄膜性質(zhì)的影響很大，一般而言襯底溫度越高，各種反應(yīng)粒子能夠在襯底表面進(jìn)行充分反映，得到品質(zhì)優(yōu)異的薄膜，但是太高的溫度會(huì)造成單位玻璃能耗太高，電費(fèi)還是很貴的 造成產(chǎn)品生產(chǎn)成本過高，所以合適的襯底溫度很重要。 功率：功率過大，薄膜生長速率提高，但生長速率提高會(huì)影響到薄膜的品質(zhì)，因此功率的選取也應(yīng)綜合考慮各方面的因素，適當(dāng)選擇。 氣壓：反應(yīng)室內(nèi)工藝過程中的氣體壓力的大小，會(huì)直接影響到輝光放電的效果，同事對反應(yīng)速度也有一定的影響，反應(yīng)室內(nèi)的氣體壓力也要適中。 偏置電壓：偏置電壓可提高摻雜效率，研究表明在n層薄膜的制備中這一參數(shù)比較重要。 稀釋氣體：在薄膜制備中，常常會(huì)通入H2、惰性氣體等稀釋氣體，稀釋氣體一方面起到保護(hù)工藝環(huán)境的目的，另一方面少量的稀釋氣體摻雜到所制備的薄膜當(dāng)中，提高薄膜品質(zhì)。 氣體流量、電極間距和電場分布。入氣口的分布，氣體的流速和流量、平板電極之間的間距、電場的分布等參數(shù)，對所制備薄膜的各項(xiàng)性能如：平面的均勻性、厚度的均勻性等有很大的影響。 本地真空:本地真空的高低，將影響到制備薄膜的純度和性能品質(zhì)。 氣體的種類和混合比,薄膜沉積用到特氣及作用,Ar 檢驗(yàn)RF電極是否接觸良好，觀測輝光放電是否正常穩(wěn)定，利用產(chǎn)生的等離子體實(shí)現(xiàn)對TCO膜層的清洗。 N2 吹掃腔體，稀釋特氣，開腔。 CH4 做窗口層，提高帶隙，減少入射光在p層的吸收，提高短路電流 H2 稀釋反應(yīng)氣體，載氣，填補(bǔ)懸鍵、減少缺陷 SH4 沉積非晶硅膜層 TMB P層摻雜 PH5 N層摻雜,THE END THANKS!,