機(jī)械真空泵

1、機(jī)械真空泵，利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)）獲得真空的泵叫機(jī)械的真空泵2旋片真空泵a單級(jí)旋片真空泵b雙旋片式真空泵c旋片氣鎮(zhèn)真空泵3渦輪分子泵，是一種機(jī)械的高真空泵，泵內(nèi)裝有帶槽的園盤(pán)或帶葉片的轉(zhuǎn)子，它在定子對(duì)應(yīng)的園盤(pán)間旋轉(zhuǎn)，以和氣體分子相同數(shù)量級(jí)的線速度轉(zhuǎn)動(dòng)的一種分子牽引泵，泵正常工作適于在分子流狀態(tài)下工作，真空度范圍為102～1010。4羅茨真空泵，該泵在1～102TR時(shí)有較大的抽速，完全可以彌補(bǔ)油封旋轉(zhuǎn)泵和油擴(kuò)散泵在此壓力范圍內(nèi)抽速不定

2、的缺陷，在真空系統(tǒng)中起增壓作用，故又稱機(jī)械增壓泵。羅茨泵不能單獨(dú)使用，必須和前級(jí)泵串聯(lián)使用。5擴(kuò)散泵擴(kuò)散泵是以低壓高速蒸氣流（油或汞等等蒸氣）作為工作介質(zhì)的氣體動(dòng)量傳輸泵。氣體分子擴(kuò)散到蒸氣射流中，被送到出口，在射流中氣體分子密度始終是低的。這種泵適用于在分子流條件下工作。擴(kuò)散泵的極限真空度取決于泵液蒸氣壓的大小、附加冷凍擋板或液氮冷阱，一般在103～109托，抽速大，范圍寬從幾升秒～十幾萬(wàn)升秒。擴(kuò)散泵在使用中必須配前置真空泵。擴(kuò)散泵的

3、工質(zhì)有汞和油，因此，擴(kuò)散泵又可分為油擴(kuò)散泵和汞擴(kuò)散泵兩種。油擴(kuò)散泵：油擴(kuò)散泵以低飽和蒸氣壓的擴(kuò)散泵油為工質(zhì)，在前級(jí)真空102～103托條件下，可以獲得103～105托真空度，如果采用冷凍擋板或夜氮冷阱，并對(duì)容器進(jìn)行烘烤除氣還可以得到108～1011托超高真空。它是目前獲得高真空或超高真空的主要設(shè)備。油擴(kuò)散泵的主要特點(diǎn)是：抽氣能力大，抽速范圍寬，對(duì)所抽氣體（包括惰性氣體）無(wú)選擇性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分，操作簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，壽命長(zhǎng)，容易

4、獲得高真空或超高真空。油擴(kuò)散泵不適用于擔(dān)抽除對(duì)金屬有腐蝕作用及對(duì)泵油產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的氣體。油蒸氣的返流分子態(tài)氣體的反擴(kuò)散油的裂化分解：擴(kuò)散泵油有礦物油和硅油兩種，前者的熱穩(wěn)定性及搞氧化能力差，加熱易熱解裂化，返流到擴(kuò)散泵中的機(jī)械泵油也易熱解，即由高分子油裂化成底分子的氫和碳?xì)浠衔?。這些裂解物易返流而影響極限真空度的提高清洗不凈，污物殘留在泵內(nèi)反復(fù)物質(zhì)循環(huán)，成為限制極限真空度的氣體。密封性不好，因檢漏不嚴(yán)格而未消除的微小漏孔。提高油擴(kuò)散泵

5、極限真空度的方法：改進(jìn)設(shè)計(jì)，選擇合理的結(jié)構(gòu)，足夠的加熱功率，選用恰當(dāng)?shù)膰娮旖嵌燃伴g隙，增加蒸氣流速，減少蒸氣流散射，凸腔可提高抽速三分一左右。減少返流；在一級(jí)噴嘴加水冷擋油帽，可使返油量降低半個(gè)到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在擋油帽上涂敷聚四氟乙烯可使返油率大大減少。擋板、低溫、水冷擋板可降低返油量。用液氮冷阱捕集返流蒸氣。在泵進(jìn)氣口安裝13X型分子篩或氧化鋁吸附，吸附返流的蒸氣，可以獲得1010～1011托的真空度.在真空室與擴(kuò)散泵之間裝上用涂氮冷卻

6、的鈦升華阱，可以消除有機(jī)物蒸氣對(duì)系統(tǒng)的污染。控制擴(kuò)散泵油的返流，在泵起動(dòng)和停止后的一段時(shí)間內(nèi)有兩個(gè)最大峰值，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)利用閥門(mén)的關(guān)閉避開(kāi)這兩個(gè)最大返油區(qū)。選擇良好的工作液，飽和蒸氣壓低，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，氣化熱低。最新的工作液有全氟醚油、天然碳化氫油（可獲得104～108托的極限真空）、合成碳化氫油（可獲得104～1010托板限真空）還有聚本醚、聚乙烯等等工作液，當(dāng)前普遍應(yīng)用硅油有274和275。為減少氣體的反擴(kuò)散，在擴(kuò)散泵的前級(jí)

7、再串接一臺(tái)擴(kuò)散泵，可以降低前級(jí)氣體分壓，采用多級(jí)泵（如用四級(jí)泵代替三級(jí)泵）可以降低壓縮比，減少氣體的反擴(kuò)散。太高或極間距離太大，氣體中形成的離子將因非彈性碰撞而減速，以致于當(dāng)轟擊陰極時(shí)，已無(wú)足夠的能量產(chǎn)生二次電子，在大多數(shù)輝光放電濺射過(guò)程中，壓力與極間距的乘積正好在巴邢曲線最小值的左邊，因此需要相對(duì)來(lái)說(shuō)較高的放電擊穿電壓。如圖給出了直流輝光放電的發(fā)光區(qū)，電位分布及凈空間電荷沿極間距的分布圖線，靠近陰極有一明光量的發(fā)光層，稱陰板輝光區(qū)，在

8、該區(qū)，電壓降約為1020V，二次電子被加速飛離陰極獲得的能量剛好為氣體原子的激發(fā)電位，當(dāng)該電子與中性氣體原子碰撞時(shí)產(chǎn)生激發(fā)且發(fā)光。該發(fā)光與陰極材料費(fèi)及入射離子有關(guān)，電子在陰極暗區(qū)發(fā)生大量的電離碰撞，很快地失去了能量。由于幾乎全部極間電壓降都落在該暗區(qū)上，因此正離子被告加速射向陰極，但是，因此正離子的遷移率遠(yuǎn)低于電子的遷移率，所以，在陰板暗區(qū)內(nèi)正離子占優(yōu)勢(shì)，該空間電荷呈現(xiàn)正值，在陰板表面形成一個(gè)正離子殼層，陰極暗區(qū)是氣體輝光放電的最重要的

9、組成部分。負(fù)輝光區(qū)具有強(qiáng)烈的顏色和光高亮，人們可以根據(jù)該區(qū)的顏色和光亮判斷濺射工況和濺射原子的密度，由于電子能量低于氣體原子電離電位，但卻高于其激發(fā)電位，故而在該區(qū)內(nèi)碰撞氣體原子產(chǎn)生強(qiáng)烈的發(fā)光，直到其能量低于激發(fā)電位后進(jìn)入法拉第暗區(qū)。法拉第暗區(qū)和正柱區(qū)幾乎是等等電位區(qū)，其唯一的作用是連接負(fù)輝光和陽(yáng)極，不一定是輝光放電區(qū)所必須的。一般來(lái)說(shuō)，在陰極受到均勻轟擊的情況下，陽(yáng)極應(yīng)放在距陰極34倍陰極暗區(qū)寬度以遠(yuǎn)的地方，而且，這個(gè)距離與氣體壓力成

10、反比關(guān)系。2低頻交流輝光放電在頻率低于50kHz的交流電壓條件下，離子有足夠的活動(dòng)能力且有充分的時(shí)間，在每個(gè)半周時(shí)間內(nèi)在各個(gè)電極上建立直流輝光放電，這種放電被稱為低頻交流輝光放電。低頻交流輝光放電，除了兩個(gè)電極交替地成為陰極和陽(yáng)極之外，其機(jī)理基本上與直流輝光放電相同。3射頻輝光放電在一定氣壓下，在陰陽(yáng)極之間施加交流壓，當(dāng)其頻率增高到射頻頻率時(shí)即可產(chǎn)生穩(wěn)定的射頻輝光放電，射頻光放電有兩個(gè)重要的特征，在輝光放電空間中電子振蕩達(dá)到足以產(chǎn)生電離

11、碰撞的能量，所以減小了放電對(duì)二次電子的依賴，并且降低了擊穿電壓，射頻電壓可以穿過(guò)任何種類的阻抗，所以電極就不再要求是導(dǎo)電體，可以濺射任何材料，因此射頻輝光放電廣泛用于介質(zhì)材料的濺射。一般射頻濺射的射頻頻率為（5～30MHz），在此頻率下，由于電子質(zhì)量小很容易跟隨外電場(chǎng)從射頻場(chǎng)中吸收能量并在場(chǎng)內(nèi)作振蕩運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，電子的運(yùn)動(dòng)路程不是簡(jiǎn)單的由一個(gè)電極到另一個(gè)電極的距離，而是經(jīng)過(guò)多次來(lái)回的很長(zhǎng)路程，因此電子與氣體粒子的碰撞幾率很大，引起

12、強(qiáng)烈的電離，從而使擊穿電壓和維持放電的工作電太均低（其工作電壓只有直流輝光放電的十分之一）。通常，射頻輝光放電可以在較低的電壓下進(jìn)行。列如，直流輝光放電常在100～101Pa運(yùn)行。射頻輝光放電可以在101～102Pa運(yùn)行。而且，大多數(shù)離子的活動(dòng)性甚小，可忽略它人對(duì)電極的轟擊，但是，情況不總是如此，若有一個(gè)或二個(gè)電極通過(guò)電容耦合到射頻振蕩器上，該電極上將建立一個(gè)脈動(dòng)的電壓。由于電子和離子的遷移率之間的差別，輝光放電的IV特性類似于一個(gè)有漏

13、電的整流器。見(jiàn)圖4也就是說(shuō)，通過(guò)電容器引入射頻電壓時(shí)，將有一個(gè)大的初始電流流過(guò)電極，而在第二個(gè)半周內(nèi)權(quán)有一個(gè)相對(duì)較小的離子流流過(guò)。所以通過(guò)電容器傳遞電荷時(shí)，電極表面的電位必然自動(dòng)偏置為負(fù)極性，直到有效電流（即名周的平均電流）為零。平均直流電位Vs的數(shù)值近似與所加峰值電壓相等。如果在射頻裝置中，將濺射靶和基片完全不對(duì)稱布置，正離子以均等等的機(jī)會(huì)轟擊濺射靶和基片，濺射成膜是不可能的。實(shí)際上，只要求靶上得到濺射，那么這個(gè)電極濺射靶）必須絕緣起