现代实验技术
内容与目的
介绍各种与光电子微电子有关的实验技术的 基本原理 通过实验，掌握使用相关的实验技术，进行 科研训练，达到培养创新思维和动手能力
第一章：真空技术


低于正常大气压的气体状态的特定空间，称为 真空 特点： 1、真空容器内外存在气压差 2、气体分子之间或分子与其他质点之间的碰撞 很少（气体的密度n很低）
真空泵的工作参数


旋片泵：10－3乇（单级），10-4乇（双级） 吸附泵： 10-5乇 涡轮分子泵： 10-4乇－10-9乇 油扩散泵： 10-4乇－ 10-8乇 溅射离子泵＋钛升华泵 < 10-10乇 污染
旋片泵
旋片泵的应用

旋片泵主要由定子、转子、旋片、定盖、弹簧等零 件组成。其结构是利用偏心地装在定子腔内的转子 （转子的外圆与定子的内表面相切两者之间的间隙 非常小）和转子槽内滑动的借助弹簧张力和离心力 紧贴在定子内壁的两块旋片，当转子旋转时，始终 沿定子的内壁滑动。 工作原理：定子腔内高速旋转的偏心转子，使进气 腔容积周期性扩大而吸气，排气腔的容积周期性缩 小而压缩气体，并借助压缩气体的压力推开排气阀 门，使待抽容器的气压下降

1、使用前，应仔细阅读产品使用说明书，按要求安装， 接线，试转向。

2、为防止因返油与反转而喷油，应先开启泵口，按规 定转向把泵内存油盘到油箱中。同时查看油位，应在油 标中心以上，但不要满油标，多了要放出。 3、判断转向的辅助方法。把护套倒放在泵口上，如开 泵后被吸住，是正向，被吹落，是反向。声音正常是正 向，声音异常是反向。
真空的度量

p=nkT
n-m3, T-K, p-Pa =N/m2 （帕斯卡）
度量单位：
标准大气压＝1.01325105来自Pa一个标准大气压的1/760＝1乇
1乇＝1.333224 102 Pa
真空度的划分


粗真空 760-10乇 低真空 10-10-3乇 高真空 10-3-10-8乇 超高真空 10-8-10-12乇 极高真空 <10-12乇


热电偶真空计校准曲线



热偶真空计在使用前应按照管壳上记录的 加热电流进行校正，长时间使用使用后， 必须进行重新校对 热偶真空计工作范围在1-10-3乇之间，要 预防热丝氧化，必须先让系统的真空度达 到一定（大约用旋片泵抽半小时后，达到 粗真空）才能使用 如果气压太低，则热辐射和引线传热起主 要作用，热端温度随气体压强变化不显著， 这时应采用真空电离计来测量

而与排气口相通的空间C的容积进一步地减小，C空间 的压强进一步的升高，当气体的压强大于排气压强时， 被压缩的气体推开排气阀，被抽的气体不断地穿过油 箱内的油层而排至大气中，在泵的连续运转过程中， 不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续 抽气的目的。 排气阀浸在油里以防止大气流入泵中，油通过泵体 上的间隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有运 动的表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔的密封， 同时油还充满了一切有害空间，以消除它们对极限真 空的影响。
双级泵

双级旋片式真空泵由两个工作室组 成，两室前后串联，同向等速旋转， Ⅰ室是低真空级，Ⅱ室是高真空级， 被抽气体由进气口进入Ⅱ室，当进 入的气体压力较高时，气体经Ⅱ室 压缩，压强急速增大，被压缩的气 体不仅从高级排气阀排出，而且经 过中壁通道，进入Ⅰ室，在Ⅰ室被 压缩，从低级排气阀排出；当进入 Ⅱ室的气体压力较低时，虽经Ⅱ室 的压缩，也推不开高级排气阀排出， 气体全部经中壁通道进入Ⅰ室，经 Ⅰ室的继续压缩，由低级排气阀排 出，因此双级旋片式真空泵比单级 旋片式真空泵的极限真空高。
不同真空度下的测量方法
在低真空时采用热偶真空计 热偶真空计是以铁－康铜，铜－康铜或康铜 －镍鉻等材料组成 热丝加恒定的电流（mA级）热平衡时具有 确定的温度，热电偶产生相应的电动势， 热电偶的热端温度与热丝周围散热情况有 关，在低真空下以气体热传导为主，因此 热端温度与气体压强有关，当气压增大， 热传导能力强，使热端温度降低，热电动 势小，反之，热电动势增大，由此测定真 空度高低
4、如在泵口配装带充气电磁阀，一般应横装，并与泵 同时动作。



5、相对湿度较高或被抽气体中含水汽等可凝性蒸汽时， 应使用气镇阀。 6、按说明书推荐选用真空泵油。注意酯类真空泵油 不可与矿物油型真空泵油和其他油类混用，必须严格 清洗后才能换入酯类真空泵油。 7、检查泵的极限压力以压缩式水银真空计为准。全 压力计应注意做好计与规管的配对校准和备用比对规 管。建议在规管与被测泵之间装一球阀。不测时关阀， 可延长规管使用时间。

1-泵体;2-旋片;3-转子; 4-弹簧;5-排气阀

两个旋片把转子、定子内腔和定盖所围成的 月牙型空间分隔成A、B、C三个部分，当转 子按图示方向旋转时，与吸气口相通的空间 A的容积不断地增大，A空间的压强不断的降 低，当A空间内的压强低于被抽容器内的压 强，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体 不断地被抽进吸气腔A，此时正处于吸气过 程。B腔的空间的容积正逐渐减小，压力不 断地增大，此时正处于压缩过程。

在高真空（低于10-3乇）采用电离真空计 利用气体分子收电子碰撞而电离，用一个 离子收集极将这些离子收集起来，产生的 离子数目与气体密度成比例
真空的测量

电离真空计实物图
真空的获得

使用真空泵获得真空 真空泵的类型：压缩型、捕获型 压缩型：机械泵（包括涡轮分子泵）、扩散泵 捕获型：吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低 温泵

2.在环境温度540范围内，进气口压强小于1.3X103 帕的条件下允许长期连续运转，被抽气体相对湿度大 于90%时，应开气镇阀。

3.进气口连续畅通大气运转不得超过一分种。
4.不适用于抽除对金属有腐蚀的，对泵油起化学 反应的，含有颗粒尘埃的气体，以及含氧过高的， 有爆炸性的，有毒的气体。
旋片真空泵的使用
旋片泵的用途及使用范围

1. 旋片泵是用来对密封容器抽除气体的基本设备之一。 它可单独作用，也可作为增压泵、扩散泵、分子泵等 的前级泵，维持泵，钛泵的预抽泵用。可用于电真空 器件制造、保温瓶制造、真空焊接、印刷、吸塑、制 冷设备修理以及仪器仪表配套等。因为它具有体积小、 质量轻、操声低等优点，所以更适宜于实验室里使用。