• 宇宙空间所存在的“自然真空”；利用真空泵抽取所得的 “人为真空”。绝对真空：完全没有气体的空间状态。
• 为了获得真空至少需要
能降低压强的设备——真空泵
能盛放特定空间的装置——真空容器
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第1章薄膜技术的真空技术基础
1.1 真空的基本知识
• 2 真空度的术语描述
• 分子密度：如用阿伏加德罗数（在1 ℃和1大气压下，
22.4L的空间中有6*1023个气体分子，在1*10-8Pa压强下， 1cm3中有355万个气体分子，相当于北京市人口的1/4。
• 平均自由程：（气体分子人一次碰撞到下一次碰撞
所飞距离的统计平均值）在1*10-8Pa压强下，25 ℃的空 气，其平均自由程为509km，相当于北京到大连或北京到 青岛间的距离，这就好比从北京到大连或北京到青岛的 飞行过程中一次也不碰撞。
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第1章薄膜技术的真空技术基础
引言
• 问题1：薄膜技术与真空技术的关系
• 薄膜材料的制备过程是:
•
atom by atom
•
• 几乎所有的现代薄膜材料都是在真空或是在较低的气体 压力下制备的。
• 例外：比如sol-gel技术，丝网印刷技术
• 问题2:真空在薄膜制备过程中的作用： • （1）减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞； • （2）抑制它们之间的反应；
• 4 真空区域划分
• 迄今为止，采用最高超的真空技术所能达到的最低压力状态大 致为10-12Pa，大气压大约为105Pa,因此17个数量级的广阔的压 力范围均在真空技术所涉及的范畴之内。
不同真空区域的物理特性
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第1章薄膜技术的真空技术基础
1.1 真空的基本知识
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第1章薄膜技术的真空技术基础
• 一般说来，工业上利用真空有下述几条理由：①化学 非活性；②热导低；③与气体分子之间的碰撞少；④压 力低。通过本章的学习，可以了解真空环境对于薄膜气 相沉积的必要性，并为真空获得、真空测量及真空应用 等建立必要的理论基础。
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第1章薄膜技术的真空技术基础
2.1 真空的基本知识
• 1 真空的定义
第一章 薄膜技术的真空技术基础
纳米光电材料实验室
内容提要
1 气体分子运动论的基本概念 2 真空获得的手段 3 真空度的测量
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第1章薄膜技术的真空技术基础
• 问题
引言
• 1、是不是所有薄膜制备方 法都需要在真空环境下？
• 2、为什么在薄膜制备的过 程中需要在真空环境？或者 说真空环境在薄膜制备过程 中的作用是什么？
• 1cm3中的气体分子尽管超过350万个，而来 回自由飞行的距离却大于500km，矛盾否？
• 这些气体分子非常小，直径只有一亿分之四厘米，
（0.4nm）,但运动速度极快（大约为步枪子弹的出口速
度） 桂林电子科技大学
第1章薄膜技术的真空技术基础
1.1 真空的基本知识
• 3 真空度量单位
• 在真空技术中，常用“真空度”习惯用语和“压强”物理量表示真
• 另一种说法是“就真空使用者的目的而论的，只要该空间 的气体可以忽略不计，就可以认为是真空了。”
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1.1 真空的基本知识
• 按上述第二种说法，比如炮弹在高于大气压的空间飞行 是没有问题的，因此可以将高于大气压的空间看作是真 空，而对于表面研究，10-8Pa才称得上是真空。
7.5×10-3 1
0.75 760
1× 10-2 1.333
1 1.013 ×103

9.87× 10-6 1.316 ×10-3 9.87× 10-4
1
• 工程常用的换算：1atm=760Torr=1033mbar=1013*102Pa
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1.1 真空的基本知识
空程度，通常说成“某空间的真空度为多大的压强”。某空间的
压强越低意味着真空度越高，反之，压强高的空间则真空度低。
气体分子密度、气体分子的平均自由程、形成一个分子层所需
要的时间等也可以用来表示真空度。
单位
帕/Pa
托/Torr 毫巴/mba 标准大气压
1Pa 1Torr 1mba 1atm
1 133.3 100 1.013 × 105
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1.1 真空的基本知识
• 2 真空度的术语描述
• 入射频率：（单位时间碰撞（入射）到单位面积上的
分子数）在1*10-8Pa压强下，25 ℃的空气，每1cm3的表 面，平均每秒多到380亿次气体分子的碰撞。要是这些气 体分子整齐地排列于固体表面，大约需要3个小时。
• 真空泛指低于一个大气压的气体状态。与普通的大气压 状态相比，分子密度较为稀薄，从而气体分子与气体分 子，气体分子与器壁之间的碰撞几率要低些。
• 曾存在两种不同的说法：一是真空就是“真的空了”，就是 “什么也不存在的空间”。但目前即使用最先进的真空制备 手段所能达到的最高真空度1*10-11Pa，每立方厘米体积 中仍有3000个气体分子。因此它除了理论研究外，并无 多大实际意义；
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第1章薄膜技术的真空技术基础
引言
• 薄膜的气相沉积一般需要三个基本条件：热的气相源、 冷的基板和真空环境。
• 在寒冷的冬天，窗玻璃上往往结霜；人们乍一进入温 暖的房间，眼镜片上会结露。不妨将上述“霜”和“露”看 作气相沉积的“膜”，则火炉上沸腾水壶中冒出的蒸汽则 是“热的气相源”，冰冷的窗玻璃和眼镜片则是“冷的基 板”。那么，为什么真空环境也是薄膜气相沉积的必要 条件呢？
1.1 真空的基本知识
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第1章薄膜技术的真空技术基础
1.1 真空的基本知识
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第1章薄膜技术的真空技术基础
1.2 真空的表征
• 1 气体分子的平均自由程
• 分子平均自由程：气体分子在两次碰撞的间隔时间里走 过的平均距离。假设某种气体分子的有效截面直径为d， 则该气体分子的平均自由程应该等于。
1
nd 2
(1-1)
• 因此，气体分子的平均自由程与单位体积内的气体分子 数n成反比。在常温常压的条件下，气体分子的平均自由 程是极短的。例如，在此条件下，空气分子的有效截面 直径d ≈ 0.5nm,平均自由程λ ≈50nm。
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