半导体真空知识.ppt

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1、真空技术引言“真空”这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。真空技术是基本实验技术之一。自从1643年托里拆利(E.Torricelli)做了著名的有关大气压力实验，发现了真空现象以后，真空技术迅速发展。现在，真空技术已经成为一门独立的前言学科。它的基本内容包括：真空物理、真空的获得、真空的测量和检漏、真空系统的设计和计算等。随着表面科学、空间科学高能粒子加速器、微电子

2、学、薄膜技术、冶金工业以及材料学等尖端科技的发展，真空技术在近代尖端科学技术中的地位越来越重要。（1）真空的基本特点在真空中，气体分子密度低，在某些情况下，真空可以近似地看作没有气体“污染”的空间。真空中，气体分子或带电粒子的平均自由程为：其中为分子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常数。例如室温下氮分子的平均自由程在压强为时将长于50km。电子和离子在气体中的平均自由程分别时气体分子平均自由程的5.66和1.41倍。因此除非在宇宙空间，几乎所有地面上体积有限的超真空系统中，气体分子之间或气体分子与带电

3、粒子之间的碰撞都可以近似忽略。由于上述原因，真空中分子之间碰撞频率很低，分子与固体表面碰撞的频率极低。单位面积上气体分子碰撞频率ν与压强p的关系为：式中M和T分别为气体分子的分子量（单位：g）和温度（单位：K）。在普通高真空，例如时，对于室温下的氮气，，如果每次碰撞均被表面吸附，按每平方厘米单分子层可吸附个分子计算，一个“干净”的表面只要一秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气体分子：而在超高真空或时，由同样的估计可知“干净”表面吸附单分子层的时间将达几小时到几十小时之久。因此超高真空可以提供一个“原子清洁”的固体

4、表面，可有足够的时间对表面进行实验研究。这是一项重大的技术突破，它导致了近二十年来新兴不明科学研究的蓬勃发展。无论在表面结构、表面组分及表面能态等基本研究方面，还是在催化‘腐蚀等应用研究方面都取得长足的发展。超高真空的这一特点还为得到超纯的或精确掺杂的镀膜或分子束外延生长晶体创造了必要的条件，这促进了半导体器件、大规模集成电路和超导材料等的发展，也为在实验室中制备各种纯净样品（如电子轰击镀膜、等离子镀膜、真空剖裂等）提供了良好的基本技术。（2）真空度的单位与区域划分真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值

5、表示。1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“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)。我国采用SI规定。1标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕)1Torr≈1/760atm≈1mmHg1Torr≈133Pa我国真空区域划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空。粗真空低真空高真空超高真空极高真空（3）真空测量方法测量低于大气压的气体压强的工具称为真空计。真空计可以直接测量气体的压强，也可以通过与压强有关的物理量来间接地测量压强。前者称为绝对真

6、空计，后者称为相对真空计。按照真空计的不同原理与结构可以分为：静态变形真空计、压缩式真空计、热传导真空计、电离真空计、气体放电真空计、辐射真空计等。十九世纪初，利用低真空产生压力差的原理发明了真空提升、真空输送、吸尘、过滤、成形等技术。1879年爱迪生发明白炽灯，抽出灯泡中化学成份活泼的气体(氧、水蒸汽等)，防止灯丝在高温下氧化．同年，克鲁克斯发明阴极射线管，第一次利用真空下气体分子平均自由程增大的物理特性．后来，在电子管、电视管、加速器、电子显微镜、镀膜、蒸馏等方面也都应用了这一特性．1893年发明杜瓦瓶，这

7、是真空绝热的首次应用．（4）真空技术的发展及应用真空技术在二十世纪得到迅速发展，并有广泛的应用。二十世纪初，在真空获得和测量的设备方面取得进展，如旋转式机械泵，皮氏真空计，扩散泵，热阴极电离真空计的发明，为工业上应用高真空技术创造了条件．接着，油扩散泵，冷阴极电离真空计的出现使高真空的获得及测量取得一大进展．五十年代，真空技术进入超高真空时代，发明了B-A规，离子泵，涡轮分子泵．近二十年来，高能加速器，受控热核反应装置、空间技术，表面物理，超导技术笋，对真空技术提出了更新，更高的要求，使真空技术在超高真空甚至极

8、高真空方面迅速发展．实验目的（1）掌握真空获得和测量的方法．（2）掌握真空镀膜的方法。实验原理1.低真空的获得获得低真空常采用机械泵，机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀，从而获得真空的装置。它可以直接在大气压下开始工作，极限真空度一般为1.33~1.33×10-2Pa，抽气速率与转速及空腔体积V的大小有关，一般在每秒几升到每秒几十升之间。旋