kT
T
T
l 1
T
0.667 (cm)
2 2n 2 2 7.2 1016 P
P
可见：压强越小，平均自由程越大。
证毕.
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
真空压强单位： 1Pa(帕)=l牛顿/米2 1mmHg(毫米汞 柱 1T)o=rlr3(托3.3)=P1a /760 atm=l33.3Pa 1atm(一个大气 1压b)a=r1(巴01)3=0180P5Pa a
PNA
2RT
证毕.
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
④ 气体分子自由程公式
l 0.667 (cm)
证明如下：
P
(室温T=25℃=298K)
由大学物理知，气体分子平均自由程为：
1 l
2 2n
: 分子直经∝10-10 m
由 n P 7.21022 P (个/米3) 7.21016 P (个/厘米3)
: 膜层密度
M : 摩尔质量 d : 膜层厚度
t : 蒸发时间
N A : 阿伏伽德罗常数
为了抑制残余气体与蒸发材料的反应，要求： N 101
F
101 d 2RT
P
一般来说：P 104 ~ 105 Pa
Mt
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
第二讲 真空获得与真空测量
n P 7.21022 P
kT
T
(个/米3)
N : 总分子数
N A : 阿伏伽德罗常数 k : 玻尔兹曼常数
n : 气体密度
注： k R ,
NA
R 8.31451 J mol1 K1 N A 6.02213671023 mol 1
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
①气体密度方程：
n P 7.21022 P
kT
T
(个/米3)
若 P = 一个大气压 105 Pa,
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
则: 在T=293K(室温)有： n 3.01019 cm3
若 P 1.33104 Pa,
则: 在T=293K(室温)有：n 3.21010 cm3
(残余分子)
1帕(Pa)=1牛顿/米2=1千克/米.秒
dNC dnx vxdtdS nf M (vx )dvx vxdtdS
dS
dΓ nf M (vx )vxdvx
Γ

0 nf M (v x )v xdv x
1 nv 4
证毕.
v xdt
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
③ 气体分子碰壁数率N公式
单位时间内在单位面积上碰撞的分子数为：
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
薄膜制备实验和制备的工艺讲解
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
1.基本概念，基本数据，基本公式
由理想气体状态方程：
PV vRT M RT

M : 气体质量
: 摩尔质量
R : 气体常数
Nm
R

RT N T NkT
N Am
NA
P N kT nkT V
当 n 则 Pn 0
但存在有害空间，所以存在极限 Pm
抽速 S 2V (升/秒)
因有害空间，所以实际抽速为:
SH

S(1
Pm P
)
当 P Pm 时，SH 0
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
②扩散泵的工作原理 根据流速大处气压小的原理，靠油蒸汽射流携带气
体分子，再通过机械泵将气体排出。
抽速升/秒
S
罗茨泵 分子泵
机械泵
扩散泵
Pa
104 102 1 10-2 10-4
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
①机械泵的工作原理
由玻意耳定律： PV vRT K(T )
P1(V V ) P0V

P1

V
P0V V
n个循环后：Pn

P0

V
V V
n
有害空间
1.5d
若 d 25 cm, 则: P 3103 Pa
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
应用2：抑制残余气体与蒸发材料之间的反应所要的
真空度是多少？
因为残余气体分子到达基片上的速率N为: N PNA
2RT
蒸发分子到达基片上的速率F为:
F


d
M

NA
1 t
注：单位面积
真空室
冷阱 冷却水管
气压小
扩散泵油
接机械泵 加热器(电炉)
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
l.真空获得
抽真空设备 抽气能力(极限真空度)
① 机械泵 大气105 Pa ~ 1 Pa
② 罗茨泵
104 Pa ~ 10-2 Pa
③ 扩散泵
5 Pa ~ 10-6 Pa
④ 分子泵 ⑤ 离子泵
5 Pa ~ 10-8 Pa 10-3 Pa ~ 10-10 Pa
⑥ 升华泵 10-3 Pa ~ 10-12 Pa
Nd N0e l
显然，被碰撞的分子百分数 f 为： d
f
1
Nd
d
1e l
N0
为产生镀膜效果，要求 l d ,
即有：
d
el
1
d
l
f d l
将 l 0.667 (cm) 代入得： f 1.5Pd P
一般来说，为保证膜层质量，要求 f 101
10 1 P
N PNA
2RT
证明如下：
N A : 阿伏伽德罗常数
: 气体摩尔质量
R : 气体常数
赫兹-努曾方程 Γ 1 nv (s-1m2 )
4
n P , v 8kT ,
kT
m

m , NA
R k ,
NA
N Γ 1 nv 1 P 4 4 kT
8kT m
真空程度区域划分：
粗真空 低真空 高真空 超高真空
压强(Pa)
≥103 103- 10-1-10-6 ≤10-6
平均自由程(cm) ≤10-4 1100--14-5 5-105 ≥105
第一讲 基本概念、基本数据、基本公式
应用1：薄膜制备中对真空度的要求是多少？
设N0个蒸发分子经d后未受残余气体分子碰撞的数目为： d
2
② 赫兹-努曾方程：
第一讲f M基(本v x概)念、基2本mk数T据、 3基2 e本公2mk式vTx2
单位时间内在单位面积上碰撞的分子数为：
Γ 1 nv (s-1m2 )
证明如下： 4
n : 分子数密度
v : 分子平均速率v 8kT
m
设单位时间内vx~vx+dvx的分子在单位面积上碰撞的分 子数为dΓ. 所以，在dt内vx~vx+dvx的分子碰撞dS的分 子数dNC为： dNC dΓdtdS