2018 薄膜材料与技术 第1章 真空技术基础
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第一章真空技术基础真空:指低于一个大气压的气体状态。
托(Torr) =1/760atm = 133.322Pa对真空的划分:1、粗真空:105-102Pa特性和大气差异不大,目的为获得压力差,不要求改变空间性质,真空浸渍工艺2、低真空:102-10-1Pa 1016~1013个/cm3动力学性质明显,粘滞流状态→分子流状态,对流消失,气体导电,真空热处理,真空冷冻脱水3、高真空:10-1-10-6Pa 1013~1010个/cm3气体分子自由程大于容器线度,直线飞行,热传导和内摩擦性质与压强无关,蒸镀4、超高真空:<10-6Pa分子间碰撞极少,主要用途:得到纯净的气体,获得纯净的固体表面真空的获得:真空系统包括真空室、真空泵、真空计以及必要的管道、阀门和其他附属设备。
真空的测量热偶真空计:是利用低气压强下气体的热传导与压强有关的原理制成的真空计。
散热与气体压强相关加热丝的温度与气体压强相关用热偶测量加热丝的温度 压强20 ~10-3Torr热阻真空计:散热与气体压强相关加热丝的温度与气体压强相关加热丝的电阻与温度相关用平衡电桥测量加热丝的电阻 压强电离真空计:是利用气体分子电离的原理来测量真空度。
电离真空计用于高真空的测量热丝发射热电子热电子加速并电离气体,离子被离子收集极收集形成电流电流与压强成正比1 x 10-9 Torr to 10-11 Torr第二章真空蒸发镀膜法真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中,加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料,使其原子或分子从表面气化逸出,形成蒸气流,入射到基片表面,凝结形成固态薄膜的方法。
基本过程:(1)加热蒸发过程,凝聚相→气相该阶段的主要作用因素:饱和蒸气压(2)输运过程,气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运该阶段的主要作用因素:分子的平均自由程(工作气压),源—基距(3)基片表面的淀积过程,气相→固相凝聚→成核→核生长→连续薄膜饱和蒸气压:在一定温度下真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现出的压力称为该物质的饱和蒸气压。
《薄膜物理与技术》课程教学大纲课程代码:ABCL0527课程中文名称: 薄膜物理与技术课程英文名称:Thin film physics and technology课程性质:选修课程学分数:1.5课程学时数:24授课对象:新能源材料与器件专业本课程的前导课程:《材料表面与界面》、《近代物理概论》、《材料科学基础》、《固体物理》、《材料物理性能》一、课程简介本课程主要论述薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
其中系统介绍了各种成膜技术的基本原理与方法,包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。
同时介绍了薄膜的形成,薄膜的结构与缺陷,薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质等。
通过本课程的讲授,使学生在薄膜物理基础部分,懂得薄膜形成物理过程及其特征,薄膜的电磁学、光学、力学、化学等性质。
在薄膜技术部分初步掌握各种成膜技术的基本内容以及薄膜性能的检测。
二、教学基本内容和要求掌握物理、化学气相沉积法制膜技术,了解其它一些成膜技术。
学会对不同需求的薄膜,应选用不同的制膜技术。
了解各种薄膜形成的过程及其物理特性。
理解并能运用热力学界面能理论及原子聚集理论解释薄膜形成过程中的一些现象,了解薄膜结构及分析方法,理解薄膜材料的一些基本特性,为薄膜的应用打下良好的基础。
以下分章节介绍:第一章真空技术基础课程教学内容:真空的基础知识及真空的获得和测量。
课程重点、难点:真空获得的一些手段及常用的测量方法。
课程教学要求:掌握真空、平均自由程的概念,真空各种单位的换算,平均自由程、碰撞频率、碰撞频率的长度分布率的公式,高真空镀膜机的系统结构及抽气的基本过程。
理解蒸汽、理想气体的概念,余弦散射率,真空中气体的来源,机械泵、扩散泵、分子泵以及热偶真空计和电离真空计的工作原理。
了解真空的划分,气体的流动状态的划分,气体分子的速度分布,超高真空泵的工作原理。
第二章真空蒸发镀膜法课程教学内容:真空蒸发原理,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,蒸发源的类型,合金及化合物的蒸发,膜厚和淀积速率的测量与监控。
薄膜材料与薄膜技术答案薄膜材料与薄膜技术(答案)第一章真空技术基础1、膜的定义及分类。
答:当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时,我们将这样的固体或液体称为膜。
通常,膜可分为两类:(1)厚度大于1mm的膜,称为厚膜;(2)厚度小于1mm的膜,称为薄膜。
2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种?答:(1)宇宙空间所存在的真空,称之为“自然真空”;(2)人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空,称之为“人为真空”。
3、何为真空、绝对真空及相对真空?答:不论哪一种类型上的真空,只要在给定空间内,气体压强低于一个大气压的气体状态,均称之为真空。
完全没有气体的空间状态称为绝对真空。
目前,即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下,每立方厘米体积中仍有几百个气体分子。
因此,平时我们所说的真空均指相对真空状态。
4、毫米汞柱和托?答:“毫米汞柱(mmHg)”是人类使用最早、最广泛的压强单位,它是通过直接度量长度来获得真空的大小。
1958 年,为了纪念托里拆利,用“托(Torr)”,代替了毫米汞柱。
1 托就是指在标准状态下,1 毫米汞柱对单位面积上的压力,表示为1Torr=1mmHg。
5、真空区域是如何划分的?答:为了研究真空和实际使用方便,常常根据各压强范围内不同的物理特点,把真空划分为以下几个区域:(1)粗真空:l´105 ~ l´102 Pa,(2)低真空:l´102 ~ 1´10-1Pa,(3)高真空:l´10-1 ~ 1´10-6Pa和(4)超高真空:< 1´10-6Pa。
6、真空各区域的气体分子运动规律。
答:(1)粗真空下,气态空间近似为大气状态,分子仍以热运动为主,分子之间碰撞十分频繁;(2)低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡,气体分子间和分子与器壁间的碰撞次数差不多;(3)高真空时,气体分子的流动已为分子流,气体分子与容器壁之间的碰撞为主,而且碰撞次数大大减少,在高真空下蒸发的材料,其粒子将沿直线飞行;(4)在超高真空时,气体的分子数目更少,几乎不存在分子间的碰撞,分子与器壁的碰撞机会也更少了。