Chapter 2 Vacuum.ppt

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1、第一章真空技术1Pa=1N/m2旧的压力单位Torr:1Torr=1mmHg1大气压=760Torr1Torr=133.3Pa1mbar=1.33TorrSI单位Pa很少用经常使用的单位是Torr1.1真空基本概念真空单位真空度的分类：低真空1-10-3Torr中度真空10-3-10-5Torr超高真空低于10-9Torr有理由有2点:使试样在实验的时间范内保持清洁。(2)使电子束或离子束不受到气体分子散射的干扰。下面我们将看各种参数随气压的变化为什么研究需要真空？1、气体密度气体密度可以从理想气体定律估计分子/m32、气相中分子的平均自由程

2、平均自由程P气压，k玻尔兹曼常数，T温度（K）碰撞横切面积（M2）σ＝πδ2：碰撞截面積δ：分子直徑入射通量是在单位时间入射到单位面积表面上的分子数量。在决定一个表面能得保持清洁多久的关键因素之一是气相分子在单位时间撞击单位面积表面的次数。在给定条件下（P、T等）用统计物理、理想气体方程和M—B速度分布可以计算入射通量。3、在表面上的入射分子流第一步入射通量F与表面上气体密度有关n气体密度，C分子的平均速度第二步分子密度由理想气体方程决定第三步分子的平均速度可用M—B速成分布计算第四步从上面三个方程，可得到Herts-Knuden公式m分

3、子质量,k玻兹曼常数,T温度（K）(分子/m2s)气体暴露量=表面上方的压力X暴露的时间气体暴露量的单位是Langmuir(L)在10-6Torr压力下，暴露1秒钟。4、气体暴露量（gasexposure）5、粘附系数(sticking)和表面覆盖度(surfacecoverage)粘附系数s是一个入射分子到达表面吸附在表面上的概率，s决取于表面复盖度，温度，晶体表面。S=f(surfacecoverage,temperature,crystalface)一个吸附物种的表面覆盖度可以有几个定义：定义1：在单位面积上吸附物种的数量（分子/cm2

4、）定义2：=实际的表面覆盖度/饱和表面覆盖度，=0-1定义3：与表面原子密度有关=单位面积吸附的分子数量/单位面积表面原子数量注意：(1)不论用那一种定义，表面覆盖度用希腊子母表示；(2)一个单层的吸附物（1ML）对应最大表面吸附类浓度。Ifweassumeatypicalinteratomicdistanceforasolidsurfaceof3.1Å,then单位面积表面原子数量一个清洁表面需多久被气体分子完全复盖？我们可以做一个估计。假设粘附系数是1（s=1）和单层复盖（1ML）通常在1015/cm2(1019/m2),那么ti

5、me/ML=1019/F(s)小结真空度气压（Torr）气体密度(分子/m3)平均自由程（m）Time/ML(s)大气压7602x10257x10-810-9低13x10225x1010-6中10-33x10192x10-210-3高10-63x1016501超高10-103x10125x105104因此我们能做出下面结论：Collision-freecondition:P<10-4TorrMaintenanceofacleansurface:P<10-9Torr1.2真空测量低壓下之壓力測量工具稱為真空計，真空計依其操作原理不同，可區分為直

6、接真空計及間接真空計等二類。直接真空計為採用壁面受壓力移動的方式偵測壓力值，所測量壓力值為真實壓力值與氣體種類無關。間接真空計量測氣體性質，再換算成壓力值，顯示的壓力值與氣體種類或真空計幾何形狀有關。真空計分類見下圖。各種真空計的正常運作壓力範圍電容真空計的一大優點是量測真實絕對的壓力值，藉著隔膜的彎曲或偏移(圖十一)造成電容的不平衡，此不平衡量可轉換為一與壓力成正比的電壓訊號。典型電容真空計的壓力量測範圍為1torr到10-4torr。電容真空計熱偶真空計(thermocouplegauge)(iii)燈絲中心之熱電偶量測燈絲溫度，而連接熱

7、電偶之微伏特計刻度已校對為壓力單位。熱偶真空計量測之壓力值與氣體的熱傳導能力有關，因此壓力量測值與氣體種類有關，熱偶真空計之壓力量測範圍為10-3到10torr圖為典型熱偶真空計的壓力量測頭，其操作原理為：(i)定電流流過熱燈絲，以加熱燈絲。(ii)燈絲熱量藉真空中氣體傳導出去，而使燈絲冷卻。(註：壓力越高，熱傳越好)。熱電偶Bayard-Alpert離子真空計(i)燈絲放出電子。(ii)電子受柵極正電位吸引，加速運動到螺旋線圈中。(iii)電子撞擊氣體分子，使其电離。(iv)離子收集端收集離子。Measurecurrentbetweenan

8、odeandcollector;10-3(filamentburnout,multipleionsperelectron)to10-11(lowcurrent)to