超高真空技术简介课件.

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1、表面物理学江颖量子材料中心清洁表面的获得1.1超高真空的意义1.2清洁表面的获得手段2.分子束外延简介3.外延生长3.1外延生长的定义3.2外延生长的动力学过程4.反射式高能电子衍射5.分子束外延应用实例上节课回顾：清洁表面的制备及分子束外延超高真空技术简介超高真空基础超高真空的获得超高真空的测量超高真空检漏超高真空基础真空分类P<10-6Pa(10-8Torr)超高真空(UltrahighVacuum)技术－－获得清洁表面的前提为什么需要超高真空技术？由气体动力学方程，单位体积的气体分子与单位金属表面的碰撞频率n单位体

2、积内气体分子个数ca平均速度而均方根速率为又有得到当P的单位取torr，T的单位取K，m由分子量M取代，有(cm-2s-1)N2分子量为28，室温293K，1torr压力下，=3.881020cm-2s-1典型固体表面原子密度约为1015cm-2，假设碰撞到表面上的分子完全被吸附，则形成一个单层在10-6torr的压力下仅需3s在气压为10-10Torr或10-11Torr时，吸附单分子层的时间将达几小时到几十小时。除了极少数特例外(Au,石墨)，所有的清洁表面都必须在超高真空中获得和保持。平均自由程Conti

3、nuousflow(λ<>d)Flowrangesinvacuumλd：分子球直径n：气体密度超高真空为各种表面科学研究、材料生长和器件应用的基础表面结构、能态表面化学反应表面吸附和生长动力学表面纳米结构的制备和物性磁性薄膜分子自组装薄膜半导体薄膜精确掺杂分子束外延生长大规模集成电路溅射镀膜1958年，第一界国际技术会议建议采用“托”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。1标准大气压(1atm)≈1.013×

4、105Pa(帕)1Torr≈1/760atm≈1mmHg1Torr≈133Pa1bar≈1标准大气压1mbar≈100Pa在表面科学中，用L(langmuir)表示气体在样品表面的暴露量，定义：1L=10-6torrs例如：当系统压力为10-6torr，通入某气体的时间为1秒，则暴露量为1L**********************************常用物理量Multi-probeUHVsystemMini-UHVsystem超高真空的获得系统的极限压强真空壳体及其内部的元部件的气流量泵的有效抽速真空系统中的气

5、体源经容器壁和连接处的泄漏虚漏蒸发体出气表面出气分解高能粒子轰击出气超高真空兼容的材料玻璃，石英，Sapphire（观察窗）高纯金属，如：Cu，Al，不锈钢等（真空腔体，真空零件）陶瓷，云母，teflon，Sapphire（绝缘）合成橡胶，环氧树脂，氟橡胶（O圈密封）超高真空应避免的材料Plastics，commonsteel，lead，indium，zinc,cadmium，water.Avoidalltracesofhydrocarbons,includingskinoilsinafingerprint.超高真空腔体

6、饱和蒸汽压低耐450度以上高温烘烤气体渗漏可以忽略强度足够大经得住大气压高温下耐腐蚀304,316不锈钢表面出气达到平衡的时间随温度的变化室温300ºC烘烤（150-200ºC）烘烤罩加热带+铝箔主要去除吸附在腔壁上的水和碳氢化合物不可拆卸密封方式Weldedconnectionsstainlesssteel，aluminumBrazedconnectionsjoinmetalsatsolderingtemperaturesofabove600CFusingglasscomponents(inglassequipment

7、)andforglass-to-metalconnectionsMetalizedconnectionsCeramic-to-metalconnections可拆卸密封方式rubbero-rings,moldedrubberrings,rubberdiaphragmsorcups,softmetal/hardmetalseals,hardmetal/hardmetalseals,softmetal/polishedsapphireflat.静密封：CF法兰铜垫圈极限真空度<10-9Pa，漏率<10-12Pam-3s-1刀

8、口动密封：机械运动波纹管短程移动和低速转动磁耦合长程移动和高速转动角阀橡胶或Cu垫片闸板阀“VITONA”漏阀sapphirecopper真空泵分类泵的抽速和极限压强定义气流率：则质量变化率为：定义泵抽速：设系统内部出气率和漏气率为Qi，泵的抽气率为Qo：则有：假设泵的抽速S和出气率Qi为常数：在t时，系统达到极