真空鍍膜基礎知識

真 空 及 薄 膜 基 礎 麥 田 烏 鴉 . 我 們 生 產 的 為 非 晶 硅 薄 膜 太 陽 能 電 池 ， 了 解 PECVD設 備 及 工 藝 需 要 對 真 空 鍍 膜 有 一 個了 解 ， 并 且 對 半 導 體 物 理 及 薄 膜 知 識 有 一 定 的 認 識 。 我 們 先 對 薄 膜 的 概 念 做 一 個 粗 略 的 了 解 。 薄 膜 ： 在 嚴 格 的 學 術 意 義 上 ， 認 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 的 某 些 基 本 性 質 在 物 質 聚 集 厚 度 很 薄 的 情 況 下 會 發(fā) 生 異 常 變 化的 現(xiàn) 象 而 確 定 的 ， 即 當 被 選 定 為 參 考 的 某 一 物 理 性 質 或 機 械 性 質 開 始 顯 示 出 不 同 于 它通 常 所 具 有 的 特 點 時 的 厚 度 ， 便 是 給 物 質 的 薄 膜 特 征 厚 度 。 可 以 認 為 薄 膜 是 一 種 二 維 的 材 料 。 沉 積 技 術 ： 氣 相 沉 積 （ 將 構 成 薄 膜 的 物 質 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 。 氣 相 沉 積 又 分 物 理 氣 相 沉 積 （ physical vapor deposition） 和 化 學 氣 相 沉 積 （ chemical vapor deposition）一些基本概念 薄膜制備方法滲入法沉積法化合擴散離子注入氣相擴散固態(tài)擴散氣相沉積液相沉積pvd cvd真空蒸鍍離子鍍?yōu)R射化學反應法等離子體cvd熱分解法電鍍化學反應鍍膜 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 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 到 襯 底 上 1） 分 子 、 原 子 、 離 子 的 飛 行 （ pvd的 輸 運 方 式 ） 2） 擴 散 （ cvd的 輸 運 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 動 碰 撞 結 合 非 晶 薄 膜 太 陽 能 電 池 生 產 需 要 的 鍍 膜 方 式 ： 1 LPcvd鍍 TCO導 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 控 制 在 一 個 范 圍 以 內 比 如 5%， 這 與 玻 璃 基 板 尺 寸有 關膜 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 構 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 力 ： 薄 膜 內 部 的 應 力 越 小 越 好 ， 通 過 退 火 處 理 可 最 大 程 度 的 釋 放 膜 的 內部 應 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 然 附 著 力 越 強越 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 ， 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 構 信 息 ， 分 辨 率 小 于 1個 原子 ， 制 樣 困 難 XRD也 是 分 析 結 構 信 息 ， 但 是 不 能 分 析 微 區(qū) 結 構 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 組 合 拳 。 膜 厚 測 量 ： 臺 階 儀 ， 橢 偏 儀 等 真 空 知 識 真 空 ： 低 于 一 個 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 準 環(huán) 境 條 件 ： 溫 度 20 ， 相 對 濕 度 65%， 大 氣 壓 力 101325Pa。 真 空 特 點 ： 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 小 ； 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 的 薄 膜 就 必 須 有 一 個 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 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 分 子 每 連 續(xù) 與 其 他 兩 個 氣 體 分 子 碰 撞 所 走 過 的路 程 ， 叫 做 自 由 程 。 相 當 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 小 于 導 管 最 小 界 面 尺 寸 的 流 態(tài) 。此 時 的 流 動 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 管 的 流 動 。 分 子 流 ： 氣 體 分 子 平 均 自 由 程 遠 大 于 導 管 截 面 最 大 尺 寸 的 流 態(tài) 。 流 量 ： 單 位 時 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 系 不同真空狀態(tài)下真空工藝應用 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 的 吸 附 氣 體 釋 放 可 以 不 予 考 慮 ， 氣 體 運 動 以 粘 滯 流 為 主。 主 要 是 利 用 壓 力 差 產 生 的 力 來 實 現(xiàn) 真 空 力 學 應 用 （ 真 空 吸 引 或 運 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 動 以 中 間 流 為 主 。 利 用 氣 體 分 子 密 度 降 低 可 實 現(xiàn) 無 氧 化 加 熱， 利 用 氣 壓 降 低 時 氣 體 的 熱 傳 導 和 對 流 逐 漸 消 失 的 原 理 可 以 實 現(xiàn) 真 空 隔 熱 及 絕 緣 ， 利 用 壓強 降 低 液 體 沸 點 也 降 低 的 原 理 實 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 力 學 實 驗 中 的 低 壓 風 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 動 以 分 子 流 為 主 ， 此 時 的 氣 體 釋 放 是 影 響 真 空 度 及 抽 氣 時 間 的 一 個 主 要 原 因 。 利 用 氣體 分 子 密 度 低 ， 任 何 物 質 與 氣 體 殘 余 分 子 發(fā) 生 化 學 作 用 微 弱 的 特 點 進 行 真 空 冶 金 ， 真 空 鍍膜 （ 超 純 金 屬 、 半 導 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 ： 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 壓 強 的 升 高 除 了 泄 漏 外 主 要 就 是 器 壁 分 子 的釋 放 。 應 用 ： 宇 宙 空 間 環(huán) 境 的 模 擬 ， 大 型 同 步 質 子 加 速 器 的 運 轉 。 常 用 密 封 方 式 O型 密 封 圈 （ 擠 壓 密 封 ） ， 特 種 橡 膠 材 質 ， 一 般 用于 腔 室 與 門 的 密 封 ， 真 空 閥 門 ， 真 空 計 的 銜 接 處的 密 封 等 。 鋼 質 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 的 腔 室 材 料 本 身 都 會 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 壁 吸 附 分 子 的 釋 放 （ 腔 室 都 要 經(jīng) 過 特 殊 的 內 壁 處 理 ， 減 少 分子 吸 附 ） 等 腔室內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 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 吸 附 ： 由 氣 體 與 固 體 表 面 分 子 發(fā) 生 化 學 反 應 時 產 生， 不 易 脫 附 ， 只 在 高 溫 下 發(fā) 生 。 真 空 中 的 吸 附 與 脫 附 決 定 于 氣 體 壓 強 、 固 體 與 氣 體 的 化學 活 性 、 固 體 溫 度 、 固 體 表 面 平 整 度 、 清 潔 度 等 。 適 當加 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 吸 附 。 真空獲得 本 真 空 系 統(tǒng) 用 到 的 真 空 泵 有 ： 擴 散 泵 （ Diffusion pump） ， 小 油 封 機 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 組 來 實 現(xiàn) 。 工 業(yè) 常 用 組 合 ： （ 機 械 泵 +擴 散 泵 ） 、 （ 機 械 泵 +分 子 泵 ） 本 系 統(tǒng) 所 用 組 合 ： 小 油 封 旋 片 泵 +擴 散 泵 大 油 泵 +增 壓 泵 +擴 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 技 術 主 要 用 于輪 船 驅 動 等 方 面 ， 目 的 就 是 防 過 載 ， 保 護 馬 達 。 液 壓 聯(lián) 動 的 優(yōu) 點 ： 質 量 輕 ， 傳 動 無 磨 損 ， 使 用 壽 命 長 ， 易 于 保 護 電 機 等 。 工 作 過 程 ： 氣 體 從 入 口 進 入 轉 子 和 定 子 之 間 偏 軸 轉 子 壓 縮 空 氣 并 輸 送 到 出 口 氣 體 在 出 口 累 積 到 一 定 壓 強 ， 噴 出 到 大 氣 工 作 范 圍 及 特 點 ： Atmosphere to 10-3 torr 耐 用 ， 便 宜 由 于 泵 的 定 子 、 轉 子 都 浸 入 油 中 ， 每 周 期 都 有油 進 入 容 器 ， 有 污 染 。 要 求 機 械 泵 油 有 低 的 飽 和 蒸 汽 壓 、 一 定 潤 滑 性、 黏 度 和 高 穩(wěn) 定 性 。 旋片式機械泵工作示意圖 一 般 用 油 機 械 泵 粗 抽 真 空 ， 不 能 使 系 統(tǒng) 真 空度 太 高 ， 太 高 會 造 成 嚴 重 的 機 械 泵 返 油 反 流， 只 要 達 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 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 調 節(jié) 冷 卻 水水 量 。 氣 鎮(zhèn) 的 運 用 泵 所 抽 取 的 氣 體 中 通 常 會 包 含 一 定 量 的 可 凝 性 氣 體 ， 這 種 混 合 氣 體 在 泵 內 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 凝 結 ， 和 泵 油 混 合 ， 隨 著 凝 結 物 的 累 加 ， 最 終 會 導 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 ， 從 而 避 免 油 污 染 。 具 體 做 法 就 是 將 室 溫干 燥 空 氣 或 氮 氣 從 氣 鎮(zhèn) 孔 充 入 泵 體 的 壓 縮 腔 ， 從 而 起 到 一 個 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 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 間 就 可 關 閉 氣 鎮(zhèn) 閥 ， 在 抽 一 會 就 可達 到 泵 的 極 限 真 空 。 當 泵 油 被 少 量 凝 結 液 污 染 后 可 以 通 過 氣 鎮(zhèn) 來 自 凈 化 泵 油 ： 關 閉 入 口 閥 門 ， 打 開 氣 鎮(zhèn) 閥 ， 運 行 一 段 時 間 ， 泵 油 即 可 恢 復 。 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 繞 組 燒 損 .本 羅 茨 泵 使 用 了 液 力 聯(lián) 軸 器 ， 使 泵 可 以 無 級 調 速 ， 平 穩(wěn) 起 動 ， 能 夠 在 高 壓 差 下 工 作 ， 起到 保 護 馬 達 的 作 用 。 羅 茨 泵 分 3種 ： 低 真 空 羅 茨 泵 ； 中 真 空 羅 茨 泵 （ 機 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 的 非 剛 性 聯(lián) 軸 器 。 液 力 聯(lián) 軸 器 安 裝 與 泵 與 電 動 機 之 間 ， 其 泵 輪 與 渦 輪 組 成 一 個 可 使 液 體 循 環(huán) 流 動 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 機 帶 動 輸 入 軸 旋 轉 時 ，液 體 被 離 心 式 泵 輪 甩 出 。 這 種 高 速 液 體 進 入 渦 輪 后 推 動 渦 輪 旋 轉 ， 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 始 的 流 動 ， 即 液 力 聯(lián) 軸 器 靠 液體 來 實 現(xiàn) 電 動 機 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 件 間 不 存 在 剛 性 連 接 。 因 此 其 過 載 保 護 性 能 和 啟 動 性 能 好 ， 載 荷 過 大 而 停 轉 時輸 入 軸 仍 可 轉 動 ， 不 致 造 成 馬 達 的 損 壞 ;當 載 荷 減 小 時 ， 輸 出 軸 轉 速 增 加 到 接 近 輸入 軸 的 轉 速 。 液 力 聯(lián) 軸 器 的 傳 動 效 率 等 于 輸 出 軸 轉 速 與 輸 入 軸 轉 速 之 比 ， 一 般 正 常 的 轉 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 矩 來 決 定 ， 而 液 力 聯(lián) 軸 器 可 傳 遞 的 最 大 轉 矩 可 由 其 中 的 液 體 量 來 調 節(jié) 。 當 泵 在 高 壓 差 下 工 作 或 與 前 級 泵 同 事 啟 動 時 ，在 液 力 聯(lián) 軸 器 內 部 就 產 生 了 轉 速 差 及 會 發(fā) 生 滑 動 ， 即 只 傳 遞 一 定 的 力 矩 ， 使 泵 減 速工 作 。 隨 著 抽 氣 的 進 行 ， 氣 體 負 荷 減 小 ， 羅 茨 泵 逐 漸 加 速 到 額 定 轉 速 ， 達 到 最 高 抽氣 效 率 。 羅 茨 泵 特 點 ： 在 較 寬 壓 強 范 圍 有 較 大 的 抽 速 啟 動 快 ， 迅 速 工 作 對 氣 體 中 的 灰 塵 和 水 蒸 氣 不 敏 感 轉 子 不 需 油 潤 滑 ， 提 供 比 較 潔 凈 的 工 作 環(huán) 境 設 備 驅 動 功 率 小 ， 機 械 磨 損 小 結 構 緊 湊 ， 小 巧 運 行 維 護 費 用 低 羅 茨 泵 轉 子 冷 卻 問 題 泵 連 續(xù) 長 時 間 工 作 會 導 致 轉 子 溫 度 的 升 高 ， 在 10Torr量 級 范 圍 內 ， 被 抽 氣 體 導 熱 能 力 變 的 很差 ， 轉 子 的 散 熱 主 要 是 向 泵 腔 輻 射 被 帶 走 ， 這 樣 會 使 轉 子 和 泵 腔 存 在 很 大 的 溫 度 差 ， 轉 子 的熱 膨 脹 可 能 導 致 轉 子 之 間 及 于 泵 腔 間 隙 的 減 小 乃 至 消 失 ， 轉 子 就 可 能 被 卡 死 ， 乃 至 損 壞 。 轉 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 就 可 以 對 轉 子 進 行 冷 卻 ;2.往 主 軸 的 頸 部 內 孔 通 冷 卻 流 體 ， 進 入到 轉 子 內 部 ， 進 而 通 過 循 環(huán) 實 現(xiàn) 對 轉 子 的 冷 卻 ， 通 過 負 荷 的 大 小 來 調 節(jié) 油 量 的 多 少 ， 達 到 一個 合 理 的 冷 卻 效 果 ， 通 過 循 環(huán) 水 來 冷 卻 油 （ 內 冷 卻 方 法 存 在 的 最 大 缺 陷 是 如 轉 子 內 部 存 在 氣泡 的 話 會 引 起 轉 子 運 轉 不 平 衡 ， 造 成 泵 的 損 壞 ） 。 蜂 窩 式 熱 交 換 器 的 獨 特 構 造 可 以 最大 化 的 實 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 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 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 行 綜 合 考 慮 ， 進 行 優(yōu) 化選 擇 。當 然 具 體 來 說 需 要 考 慮 的 因 素 更 多 ： 轉 子 轉 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 ： 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 生 吸 油 效 應 （ 加 一 擋 風 板 ） 轉 子 卡 死 或 損 壞 ： 冷 卻 水 問 題 泵 突 然 停 機 ： 冷 卻 水 問 題 ， 前 級 泵 故 障 導 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 雜 音 ： 機 件 磨 損 ， 生 產 氣 體 中 有 較 大 磨 耗 性 顆 粒 進 入 泵 體 ， 因 轉 子 間 ， 與 泵 腔 間 狹 縫 極 小 （ 一 般 0.1-0.2mm） 加 之 泵 長 期 運 轉 存 在 的 磨 損 都 可 能 導 致 轉 子 產 生 碰 擦 ， 產生 異 響 。 啟 動 順 序 問 題 ， 液 壓 調 速 和 齒 輪 箱 變 速 （ 有 無 旁 通 閥 ） 的 區(qū) 別泵 一 般 應 該 運 行 一 年 進 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 子 的 腐 蝕 情 況 ， 轉 子 結 垢 情 況 ， 泵 腔 腐 蝕 及 結 垢 情 況 。 擴 散 泵 介 紹油 擴 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 到 抽 真 空 的 目 的 。 擴 散 泵 抽 速快 ， 構 造 簡 單 ， 無 機 械 磨 損 構 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 10-9Torr 冷 阱 可 用 極 低 的 溫 度 降 低 氣 體 分 子 的 能量 或 將 其 吸 附 在 冷 阱 內 部 ， 實 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 也 降 低 了 擴散 泵 的 抽 速 ， 比 如一 個 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 散 泵 與 分 子 泵 的 比 較 擴 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 散 泵 ： 構 造 簡 單 ， 無 機 械 磨 損 構 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 計 復 雜 ， 噪 聲大 ， 價 格 昂 貴 。 油 擴 散 泵 真 空 系 統(tǒng) 操 作 注 意 事 項 油 擴 散 泵 真 空 系 統(tǒng) 中 任 何 一 個 閥 門 的 誤 操 作 都 會 使 泵 收 到 損 傷 ， 可 能 使 擴 散 泵 泵 油 反 流 到真 空 腔 室 ， 造 成 污 染 。 前 級 管 道 上 的 漏 孔 、 機 械 泵 油 位 高 度 不 適 當 或 前 級 管 道 閥 門 的 失 靈都 會 使 前 級 壓 力 超 過 臨 界 值 ， 當 前 級 壓 力 超 過 臨 界 值 時 ， 擴 散 泵 油 就 會 迅 速 反 流 到 真 空 室中 。 雖 然 現(xiàn) 在 基 本 是 系 統(tǒng) 的 全 自 動 控 制 ， 但 有 些 時 候 扔 需 要 手 動 對 真 空 系 統(tǒng) 進 行 操 作 ， 比 如 檢漏 等 ， 很 多 情 況 下 泵 油 的 返 流 式 由 設 備 發(fā) 生 故 障 或 操 作 步 驟 不 當 造 成 的 。 如 擴 散 泵 入 口 與 高 真 空 閥 門 間 裝 有 液 氮 冷 阱 ， 則 在 抽 氣 時 不 要 在 真 空 室 的 壓 力 高 于 1.0E-2Pa時 給 冷 阱 通 液 氮 ， 否 則 將 使 冷 阱 中 凝 結 過 多 的 水 汽 。 在 需 要 往 擴 散 泵 腔 內 通 大 氣 時 ， 應 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 迅 速 返 流 到 真 空 腔 室 中 擴 散 泵 應 避 免 在 15-0.1Pa的 壓 力 范 圍 下 長 期 工 作 ， 此 時 ， 擴 散 泵 和 粗 抽 泵 都 存 在 最 大 返 流 率 擴 散 泵 工 作 時 應 經(jīng) 常 檢 查 泵 是 否 有 局 部 過 熱 ， 檢 查 冷 卻 水 溫 ， 水 溫 過 高 應 加 大 冷 卻 水 量 。 擴 散 泵 使 用 環(huán) 境 應 盡 量 符 合 規(guī) 定 ： 溫 度 低 于 35 ， 濕 度 小 于 80%， 否 則 泵 性 能 會 下 降 。 擴 散 泵 正 常 工 作 ， 閥 門 誤 操 作 ， 應 立 即 關 閉 高 真 空 閥 ， 防 止 泵 油 氧 化 擴 散 泵 停 止 使 用 期 間 應 真 空 保 存 ， 冷 卻 水 用 壓 縮 空 氣 吹 干 凈 。 擴散泵常見故障 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 ） 抽 氣 緩 慢 ： 加 熱 功 率 不 夠 ， 油 量 不 足 ， 腔 室 污 染 進 氣 口 壓 力 波 動 加 熱 器 輸 入 功 率 不 當 ， 進 氣 口 前 面 系 統(tǒng) 存 在 滲 漏 反 應 腔 污 染 嚴 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 械 泵 ， 因 為 無 油 ， 故 多 用 來 抽 取 特 氣 或 尾 氣 ； 其 實 嚴 格 意 義 上 說 ， 他 也 并 不 是 完 全 的 無 油 ，在 傳 動 齒 輪 及 軸 承 處 仍 需 潤 滑 油 或 PFPE全 氟 聚 醚 油 脂 潤 滑 ， 產 生 的 油 蒸 汽 仍 可 進 入 泵 腔 產 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 構各 轉 子 有 中 間 壁 來 隔 離 構 成 各 級的 串 聯(lián) 結 構 ， 轉 子 直 徑 和 形 狀 相同 ， 有 時 寬 度 不 同 ， 向 高 壓 側 方向 變 窄 。 三 葉 壓 縮 比 大 ， 抽 速 低 。 螺 桿 結 構根 據(jù) 螺 桿 壓 縮 機 原 理 制 成 ， 空 壓 機 中 的 螺 桿 在 一 圈 以 內 ， 而 干 泵的 螺 桿 在 兩 圈 以 上 ， 這 樣 的 設 計 可 以 減 小 返 流 量 ， 提 高 壓 縮 比 ，但 是 圈 數(shù) 太 多 ， 會 使 得 氣 體 路 徑 變 長 ， 影 響 抽 速 ， 所 以 萊 寶 有 一種 中 間 進 氣 ， 兩 邊 出 氣 的 設 計 ， 加 上 氣 鎮(zhèn) 可 以 減 少 氣 體 粉 塵 的 沉積 。 螺 桿 式 無 油 機 械 真 空 泵 是 利 用 齒 輪 傳 動 同 步 反 向 旋 轉 的 相 互嚙 合 而 不 接 觸 的 左 螺 桿 與 右 螺 桿 作 高 速 轉 動 ， 利 用 泵 殼 和 相 互 嚙合 的 螺 旋 將 螺 旋 槽 分 隔 成 多 個 密 閉 空 間 ， 吸 入 氣 體 被 封 在 空 間內 ， 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 時 被 不 斷 向 前 推 進 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 速 對 泵 的 性 能 有 很 大影 響 。 爪 式 泵 排 氣 步 驟從 這 個 圖 我 們 可 以 看 出 爪 式 泵 集 中 了 旋 片 泵 與 羅 茨 泵 的 優(yōu) 點 ， 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 轉 子 之 間 還 封 存 了 一 部 分 沒 被 排 出 的 氣 體c轉 子 換 向 ， 轉 子 只 需 轉 一 小 角 度 ， 封 存 氣 體 會 進 入 環(huán) 形 空 間 ， 環(huán) 形 空 間 氣 體 壓 力變 大 ， 增 大 壓 縮 比 。d轉 子 進 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 構 干 泵爪 式 泵 一 般 分 立 式 與 臥 式 兩 種 ， 圖 一 是 臥 式 結 構 ， 由 一 級 羅 茨 +三 級 爪 式 構 成 ， 羅 茨 為 吸 氣 級 ，爪 式 為 壓 縮 級 ， 這 樣 可 以 在 低 進 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 計 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 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 大 ， 級 與 極 之 間 有 隔 板 間 隔 ， 進 氣 口 與 出 氣 口 都 在 隔 板 上 ， 分 別 有 兩 個 轉 子 端面 定 時 開 啟 ， 當 泵 的 一 部 分 壓 縮 排 氣 時 ， 另 一 部 分 則 吸 氣 ， 立 式 結 構 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 特 氣 的 時 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 需 要 冷 卻 對 高 危 特 氣 進 行 冷 卻 。 真 空 計 真 空 計 （ 規(guī) ） 就 是 對 真 空 狀 態(tài) 計 真 空 度 進 行 測 量 的 器 件 ， 常 用 的 是 熱 偶 真 空 計 、 皮拉 尼 真 空 計 潘 寧 冷 陰 極 真 空 計 和 熱 陰 極 真 空 計 四 種 。 為 了 測 量 的 方 便 通 常 用 到 的 是 一 些 復 合 真 空 規(guī) ， 復 合 真 空 規(guī) 一 般 是 兩 個 真 空 計 的 組合 ， 可 以 自 動 在 兩 個 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 ： 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 率 有 關 （ 用 平 衡 電 橋 的 方 式 來 測 出 待 測 電 阻 ） 。 熱 陰 極 真 空 計 :氣 體 導 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 又 存 在 關 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 。 熱 陰 極 電 離 真 空 計 原 理 圖 皮 拉 尼 電 阻 冷 陰 極 電 離 真 空 計 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 動 （ 直 線 運 動 與 圓 周 運 動 的 和 運 動 ） ， 這 無 疑 增 加 了電 子 的 運 動 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 計皮 拉 尼 /壓 電 復 合 真 空 規(guī)測 量 范 圍 ： 1大 氣 壓 至 1E-5Torr全 量 程 復 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 朝 下 或 合 適 的 一側 ， 以 防 落 入 顆 粒 灰 塵 及 影 響 測 量 精 度 。 氦 質 譜 檢 漏 儀 1 我 們 需 要 檢 漏 的 主 要 地 方 ： 各 鍍 膜設 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 譜 檢 漏 儀 ， 其 具 有 檢 漏 范 圍 廣 （10-3 10-8 Pa m3/S ） 、 性 能 穩(wěn)定 、 精 度 高 、 安 全 方 便 等 優(yōu) 點 。 3 氦 質 譜 檢 漏 儀 是 根 據(jù) 質 譜 學 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 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 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 小 （ 在 元 素 周 期 表 中 在 僅 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 上 的 不 活 躍 性 ， 不 會 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 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 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 氣 體 和 經(jīng) 被 檢 件 漏 孔 進 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 入磁 場 ， 由 于 洛 倫 茲 力 作 用 產 生 偏 轉 ， 形成 圓 弧 形 軌 道 ， 軌 道 半 徑 與 粒 子 的 荷 質比 有 關 ， 調 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 小 ） 由 近 到 遠 （ 檢 漏 儀 響 應 時 間 隨 距 離 而 不 同 ） 方 法 ： 噴 氦 法 （ 負 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 。 按 預 抽 閥 預 抽 檢 漏 儀 內 部 真 空 。 啟 動 時 間 大 概 十 分 鐘 ， 內 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 用 相 應 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 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 束 ， 關 閉 燈 絲 。 關 閉 檢 漏 儀 真 空 閥 門 ， 關 機 。 打 開 放 氣 閥 ， 關 閉 電 源 。 檢 測 部 位 腔 門 密 封 圈 法 蘭 ， 拆 卸 過 的 重 點 檢 測 氣 動 閥 門 ， 拆 卸 過 的 重 點 檢 測 焊 縫 接 口 注 ： 每 次 檢 漏 都 是 有 針 對 性 的 進 行 ， 各 拆 卸 過 的 部 件 ， 密 封 圈 及 閥 門 是 重點 。 檢漏儀技術參數(shù) 靈 敏 度 ： 也 即 最 小 檢 漏 率 啟 動 時 間 ： 一 般 是 指 預 抽 真 空 時 間 漏 率 檢 測 范 圍 ： 工 作 范 圍 反 應 時 間 ： 指 儀 器 節(jié) 流 閥 完 全 開 啟 ,本 底 訊 號 為 零 (或 補 償 到 零 )時 ,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 間 清 除 時 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 間 質 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 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 動 狀態(tài) 下 陰 陽 帶 電 粒 子 共 存 并 呈 電 中 性 狀 態(tài) 的 物 質 ， 也 把 等 離子 體 稱 作 物 質 的 第 四 種 狀 態(tài) 。 物 質 隨 著 能 量 的 增 加 ， 通 過 熔 化 ， 蒸 發(fā) ， 離 子 化 的 方 式 可實 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 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 構 的 兩 個 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 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 失 去 部 分 能 量 ， 如 果 所 發(fā) 生 的 是 彈 性 碰 撞 ， 就 會 增 加 中 性 原 子 ， 分 子的 動 能 ， 于 是 氣 體 的 溫 度 便 會 相 應 地 升 高 ， 如 果 發(fā) 生 的 是 非 彈 性 碰 撞 ， 那 么 就 會 發(fā) 生 離 解 、離 化 、 激 發(fā) 等 現(xiàn) 象 ， 因 而 產 生 出 大 量 的 各 種 離 子 ， 游 離 基 。 這 些 粒 子 在 化 學 性 質 上 是 活 化 的， 他 們 有 助 于 生 成 新 的 粒 子 和 發(fā) 生 化 學 反 應 。 而 電 子 在 損 失 掉 能 量 以 后 又 會 被 電 場 加 速 ， 他們 不 斷 地 反 復 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 格 地 說 來 ， 只 有 當 帶 電 粒 子 地 密 度 足 夠 大 ， 能 夠 達 到 其 建 立 的 空 間 電 荷 足 以限 制 其 自 身 運 動 時 ， 帶 電 粒 子 才 會 對 體 系 性 質 產 生 顯 著 的 影 響 ， 也 即 只 有 這 樣 密 度 的 電 離 氣體 才 能 轉 變 為 等 離 子 體 。 除 此 之 外 ， 等 離 子 體 的 存 在 還 有 其 特 征 的 空 間 和 時 間 限 度 。 放 電 的 維 持 靠 的 是 2次 電 子 。 Pecvd設 備 等 離 子 體 增 強 化 學 氣 相 沉 積 （ PECVD） 技 術 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 發(fā) 生 化 學 反 應 ， 從 而 實 現(xiàn) 薄 膜 材 料 生 長 的 一 種 薄 膜 制 備 技 術 。 可以 充 分 利 用 等 離 子 體 各 反 應 粒 子 及 活 性 基 團 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 基 本 過 程 ：1） 電 子 獲 得 能 量 撞 擊 反 應 氣 體 ， 使 其 分 解 電 離 生 成 含 有 離 子 和 活 性 基 團 的 混 合 物 。 2） 各 種 活 性 基 團 向 薄 膜 生 長 表 面 即 襯 底 表 面 擴 散 輸 運 ， 因 為 基 團 平 均 自 由 程 很 短 故 同 時 發(fā) 生各 反 應 物 的 次 級 反 應 。3） 到 達 生 長 表 面 的 各 種 初 級 及 次 級 反 應 的 產 物 被 表 面 吸 附 并 發(fā) 生 反 應 ， 生 成 薄 膜 。 因 為 輝 光 放 電 過 程 中 反 應 氣 體 的 激 勵 主 要 是 電 子 碰 撞 ， 因 此 等 離 子 體 內 各 基 團 之 間 及 基 團 與 表 面 之 間 的 反 應 與 作 用 都 極 其 的 復 雜 ， 這 給 pecvd成 膜 機 理 研 究 增 加 了 很 多 困 難 ， 很 多 重要 的 反 應 體 系 都 是 通 過 大 量 的 實 驗 來 優(yōu) 化 實 驗 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 導 致 反 應 物 沒 有 充 分 反 映 即 沉 積 在 襯 底 上 ， 會 造 成 制 備 的 薄 膜 膜 質 疏松 ， 各 種 性 能 品 質 下 降 。 太 慢 則 會 影 響 生 產 效 率 和 生 產 節(jié) 拍 ， 生 長 太 慢 對 薄 膜 的 品 質 也 有 影響 。 襯 底 溫 度 ： 襯 底 溫 度 對 制 備 的 薄 膜 性 質 的 影 響 很 大 ， 一 般 而 言 襯 底 溫 度 越 高 ， 各 種 反 應 粒 子能 夠 在 襯 底 表 面 進 行 充 分 反 映 ， 得 到 品 質 優(yōu) 異 的 薄