1 1 1 1 1 1
Practical Unit Torr＝1 mmHg mTorr＝10－3 mmHg Pa＝7.5×10－3 Torr Torr＝133.3 Pa bar＝105 Pa＝750 Torr atm＝1.013×105 Pa＝760 Torr
三）真空区域大致划分
划分目的：为了研究真空和实际应用的便利； 划分依据：按照各个压强范围内气体运动特征的不同进行划分； 划分准则：理论上，可依据Knudsen数的不同进行划分
旋片式机械泵（Rotary Pump）
1、扩张（吸气）
2、容积最大
3、压缩
4、排气
（c）工作原理 机 械 泵：利用机械运动部件转动或滑动形成的输运作用获得真空的泵。 分 类：旋片式（最常见）、定片式、滑阀式 运转模式：吸气 压缩 排气 （不断循环） 基本特点：需加真空油（密封用）；可从大气压开始工作； 真空度要求低 可单独使用；真空度要求高 作为 前级泵 使用 工作区间：单级：105~1 Pa；双级：105~10-2 Pa 优、缺点：结构简单、工作可靠；有油污染的问题。
基板的污染
蒸发分子(F)与残余气体分子(N)到达基板的速率 一般要求N/F 10-1 ： P = 10-4-10-5Pa
例：计算在高真空的条件下，清洁衬底被环境中的杂质气 体分子污染所需时间。假设每一个向衬底运动过来的气 体分子都是杂质，且每一个分子都被衬底所俘获。 衬底完全被一层杂质气体分子覆盖所需要的时间为
105 6.667×10-8 数十nm <<0.01 粘滞流
大气状态 热运动剧烈 碰撞频繁
102 6.667×10-5 不到1 m ≥0.01 过渡段
粘滞流 分子流 分子-分子 与分子-器壁 碰撞几率相当
10-1 6.667×10-2 cm量级 ≥1
10-3 6.667 若干米
10-6 6.667×103 数 km >>1 分子流
利用各种真空泵把容器内的空气抽出，使其内部压强保持在 <1 atm的特定压强范围！
获得真空的主要工具 各种真空泵（Pump）！
气体输运泵：通过将气体不断吸入并排出真空泵达到排气的目的。 真空泵的分类 气体捕获泵：利用各种吸气材料和装置将被抽空间内的气体分子吸除。
真空泵的主要参数 抽气速率：单位时间内泵的抽气能力 极限真空：泵所能获得的最低压强 工作范围：泵能正常工作的压强范围 单位时间内气体流过抽气系统中任何截面的 体积称为体积流量，单位为升/秒， 与气体密度无关
“相对真空”
二) 真空的表示: 压强大小表示真空.
压强高: 真空度低; 压强低: 真空度高 Pa (Pascal, SI, 帕斯卡); 巴(bar): 1bar=105Pa
在真空技术中,除国际单位制的压力单位 Pa外，常以托（Torr）作 为真空度的单位。1托等于1毫米高的汞柱所产生的压力: 1Torr＝133Pa 1标准大气压＝101325 Pa（牛顿／米2 ） 1标准大气压=760mmHg=760(Torr) =1.0的工作原理是基于玻意耳-马略特定律PV＝K
10-9 6.667×106 几千km

(m) 尺度 Kn
气体分子 流动特征 气体分子 运动特点 真空区域 工程划分
器壁碰撞为主 粒子直线飞行
分子数更少 分子间无碰撞 器壁碰撞几率也低
粗真空
低真空
高真空
超高真空
极高 真空
四) 真空在薄膜制备中的作用：抑制反应 减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞(输运)
真空设备
为什么镀膜需要真空环境？
转移到基板表面 膜料 基板
镀膜的一般过程：
固态：箔金 液态 气态
气相淀积的优势: 牢固，外延生长（液相？）
几乎所有的现代光电薄膜材料制备都需要在真空或较低的气压条 件下进行 都涉及真空下气相的产生、输运和反应过程
物理气相淀积(PVD, physical vapor deposition) 化学气相淀积(CVD, chemical vapor deposition)
微观参量之间的关系:
压强, “自由程( , 气体分子间相邻 两次碰撞的距离)”, 分子密度(n)
一个分子在两次碰撞之间所占据的体积:
d2
V=N• d2
P=nkT
kT/ d2 P
Pressure unit SI（System International ）Unit 1 Pa（Pascal）＝1 Newton/m2 1 atm＝1.013×105 Pa＝760 mmHg 1 bar＝105 N/m2＝105 Pa
真空的基本知识
一) 真空的定义; 二) 度量单位; 三) 区域划分; 四)真空在薄膜制备 中的作用
一) 真空的定义
真空是指压力低于一个大气压的任何气态空间.
P nkT PV (m / M ) RT
n=7.21022(P/T)
P=1.3310-4 帕, T=293K, n= 3.21010 个/厘米3
相关物理：
1）Knudsen数 定义： K n
— 气体分子的平均自由程 D — 流场特征尺寸（如：管径）
物理意义：是描述稀薄气体流动状态的准数！ 分子平均自由程大于流场特征尺寸时的气流称为Knudsen流，其 Kn 一般 > 10！ 2）真空系统中气体运动特征的理论划分： 粘滞流（层流、Poiseuille流） 粘滞-分子流 分子流（自由分子流、Knudsen流）
气体分子的通量 (克努森方程) 其中N为衬底表面的原子面密度。在常温、常压条件下，洁 净表面被杂质完全覆盖所需的时间约为3.5x10-9 s，而在 3x10-8 Pa的超高真空中，上述时间可延长至10h左右。这说 明了在薄膜技术中获得和保持适当的真空环境的极端重要性。
真空的获得
真空的获得：就是所谓的“抽真空”！
Kn <0.01
Kn = 0.01~1
Kn >> 1
粘滞流状态：当气压较高时，气体分子的平均自由程很短，气体分子间的相 互碰撞极为频繁。 分子流状态：在高真空环境下，气体的分子除了与容器壁碰撞以外，几乎不 发生气体分子间的相互碰撞。特点是气体分子平均自由程超过气体容器的尺 寸或与其相当。
P (Pa)