第一章真空的基本知識
§1. 真空的定義、單位和真空區域的劃分
1. 真空的定義
氣體的壓強低於乙個標準大氣壓的氣態空間
一標準大氣壓：
g=980.665 cm/s2\t=273 k時，760mm水銀柱高所施加的壓強
平衡狀態下，氣體巨集觀參量的重要關係式：
p=nktp=壓強(pa)
2. 真空的單位：
(1) 帕 (pa1 pa=1 n/m2=10達因/cm2
(2) 乇 (torr)
(3) mmhg
(4) bar(微巴) or bar
1 torr=1 mmhg= 133.3 pa
1 pa= 0.75×10-2 torr = 10達因/cm2
1 bar= 1 達因/cm2 = 0.1 pa
3. 真空區域的劃分
(1) 粗真空：1×105 pa > p >1×103 pa (大約10 torr)
(2) 低真空：1×103~ 1×10-1 pa
(3) 高真空： 1×10-1~1×10-6 pa
(4) 超高真空：<1×10-6 pa
n< 1010個/cm3，不少高科技器件或材料只能在超高真空下才能獲得
§2.稀薄氣體的基本性質
1.氣體的三種速率表示式
最可幾速率：
算術平均速率：
均方根速率：
2.平均自由程的定義：氣體兩次碰撞之間所走路程的統計平均值
a) 考慮到其它氣體分子在運動，及氣體速率有一定分布，作如下修正：
§ 3. 氣體的輸運
1. 抽真空過程中氣體流動的三個過程
(1) 初始階段(氣壓較高、流速較大)
出現湍流，起作用的是氣體的慣性力
(2) 氣壓較低時：
粘滯性流動—各層速度不同，起作用的是層間相互摩擦力
(3) 氣壓更低：
分子性流動—分子間相互摩擦可忽略，流動完全有分子與器壁碰撞，即：湍流-粘滯性流動-分子性流動
2. 氣體量，流量及其表示式
(1) 定義：
氣體量：氣體體積×壓強，即pv，單位：牛·公尺-2·公尺3=牛頓·公尺
流量q：單位時間流過的氣體量
q=pv/t=牛·公尺/秒
(2) 流量表示式： (長圓管道情況)
a) 粘滯性流動時：
第2章真空的獲得
§ 3 機械幫浦
1. 機械幫浦的pu : 5*10-4乇
機械幫浦的用途：抽低真空；擴散幫浦、分子幫浦的前級真空幫浦
機械幫浦的結構：由工作室、進氣管、排氣閥、油腔、氣鎮閥、馬達構成
工作室包括：定子、轉子、旋片
旋片裝於轉子上並將定子分成三部分：吸氣空間；膨脹壓宿空間；排氣空間。
2 工作原理：（見原理圖）
利用轉子及其上的旋片的高速旋轉使分成三部分的各幫浦腔容積發生週期變化來完成吸氣和排氣。
8． 使用的注意事項
在新場所首次使用前需檢查馬達轉向
停幫浦時注意對幫浦放氣防止反油
需水冷的幫浦使用時需水冷
用油正確，油量合適
§ 3. 擴散幫浦
抽速： 幾百到幾千l/sec。
極限真空： 10-7 torr
特點： 抽速大，壽命長，易維修。
缺點： 有油蒸氣汙染; 操作不當會意外返油，使真空系統造成嚴重汙染。
用途： 作次級幫浦，靜態和非常適合於動態真空系統中使用。
工作壓強： 10-2 torr以下
工作機理：
1）在真空條件下,工作液體被加熱器加熱，產生蒸汽；
2）蒸汽從噴嘴向下、向外高速噴出成傘狀；
3）從入口處擴散進來的氣體被蒸汽裹入，產生向下的動量；
4）帶有氣體的蒸汽以超音速噴向幫浦壁；
5）蒸汽和氣體混合物與水冷的幫浦壁接觸，蒸汽被冷凝，再進入加熱器；裹夾的氣體分子仍以獲得向下的高速運動，在底部被前級幫浦抽走。
8. 擴散幫浦的使用注意事項
（1）樣品室及擴散幫浦用機械幫浦抽到10-2乇才能加熱幫浦油
（2）加熱擴散幫浦前應先開冷卻水
（3）擴散幫浦工作時始終必須有冷卻水和機械幫浦
（4）要用擴散幫浦抽樣品室前，樣品室真空度不低於10-2乇
（5）擴散幫浦下部冷後才能停水、關機械幫浦
（6） 幫浦油量、水量合適，加熱功率正確
§4. 吸附幫浦:
（1）極限真空與用途: 1 x 10-2 乇；10-4乇（雙幫浦接力時）；
無油沾汙低真空抽氣。
（2）吸附幫浦的結構:
（3）抽氣原理:
（4）分子篩的特點:
（5）吸附幫浦的使用:
§5. 幫浦昇華
抽速： 10 ~ 107 l/sec。
極限真空：
10-5 – 10-6 pa (水冷); 10-9 pa (ln2);
優點： 抽氣速度快。
缺點： 對惰性氣體基本不起作用;間斷性執行；
用途： 快速提公升真空度時用；次級幫浦。
昇華幫浦的使用:
l 真空度低於10-4乇才能啟用
l加溫1200-1500度，不能超過1600度
l 因ti儲量有限，不作主幫浦用，而與其他幫浦聯合使用
l為省ti，超高真空時採用間斷昇華
工作原理:
昇華幫浦的特點：
活性氣體抽速很大107l/s，惰性氣體抽速很小，壽命取決於燈絲及ti儲量。
§6.昇華離子幫浦
（1）pu=10-12乇
（2）結構：比昇華幫浦多一套使氣體電離定向加速系統（電離器）
（3）工作原理: 課堂講解
（4）特點：抽速比昇華幫浦大；解決昇華幫浦抽惰性氣體差的問題
缺點：高溫元件多，易損壞，電源較多
§7.濺射離子幫浦
抽速： 1 ~ 500 l/sec。
極限真空： < 10-11 torr。
特點： 安靜，不將氣體排除到真空系統外。
用途： 靜態真空系統超高真空的維持，次級幫浦。
工作壓強： < 10-4 torr 。
工作原理：
1） dc 高壓（幾千伏）使得陰陽之間放電，產生電子；
2） 在高電磁場（幾千高斯）下，電子螺旋運動，因而電子運動路程被大大加長，與氣體分子發生碰撞使氣體電離的機率大大增加；
3） 產生的氣體離子向鈦陰極加速；
4） 被加速的氣體離子轟擊ti陰極,把ti原子濺射出來，同時離子轟擊使陰極材料產生新鮮表面以化學吸附離子和氣體，並將它們埋起來；
5） 部分氣體離子及原子被吸附在沉積在陽極表面的新鮮ti薄膜。
§8.渦輪分子幫浦
抽速： 35 ～ 2500 l/sec。
極限真空： 10-10 ~ 10-11 torr (要烘烤)
優點： 無碳氫化合物汙染，啟動壓強較高， 對前級幫浦要求不苛刻。
缺點： 對氫氣抽除不理想，機械加工精密度要求高，維修很難。
用途： 靜、動態抽超高真空或抽高真空，次級幫浦。
工作原理：
1） 快速轉動（10000 ～ 50000 rpm）的渦輪葉片將動能（速度）傳遞給與之碰撞的氣體分子；
2） 被轉子縫隙捕獲的分子朝定子縫隙方向飛去；
3） 縫斜角的變化提高抽速；
4） 分子不斷被加速，在前級處被甩出分子幫浦，經前級幫浦(機械幫浦)抽除。
注意：渦輪分子幫浦的工作原理並不是將氣體抽出系統，而是通過動能傳遞將氣體甩出系統。
第三章真空的測量
一. 熱偶真空計
2.原理
利用熱電偶測量加上一定工作電流的熱絲溫度來表示氣壓（即真空度）。熱絲加熱功率一定，氣體多則熱絲被氣體帶走的熱量多，熱絲溫度就低，熱電偶測得的溫差電勢低。即真空度低。
3.可測真空度
測低真空
4.實際應用與注意事項
正確測量方法：先置加熱檔，調好工作電流後，置測量檔，測真空度。
二. 熱陰極電離真空計
2. 測量原理
熱陰極（燈絲）在確定的工作電流下加熱發射電子，受柵極正電場加速後，轟擊氣體使之電離，離化的氣體離子被極板收集，氣體多，則離子流大，離子流大則表示真空差。
3.使用:
測高真空: 1*10-4─5*10-8 torr
不能測低真空的原因：燈絲被氧化;氣體較多時,電子與氣體分子碰撞數增加，但能量下降，電離機率降低。
不能測超高真空的原因：
氣體太少時，產生的離子流小於由打在柵極上的電子激發的軟 χ射線在離子收集極上產生的光電流。
4. 使用注意事項
氣壓低於0.1pa後才能使用電離真空計, 防止損壞燈絲
先用大量程
做完實驗先關電離真空計
三. 超高真空計（b–a規）
1. 結構
2.工作原理： 類似電離真空計的原理，但結構上加以改進。
設計思想:
(1)光電流i ∝ vg ie a vg─柵極電壓, a─極板面積
ie─燈絲發射電子流
(2)降低i 的措施:
因為vg ，ie 的減小，影響其它工作效能；所以，
解決辦法：
減小a面積。即，把收集圓筒改為一根細金屬絲，並將其放在柵極螺圈內，以保證足夠的收集效率。
(3)效果：
光電流減小100～1000倍→可測量：
10-8─10-9 pa
3.使用注意事項：
真空度低於1*10-1 pa時不能啟用，否則易燒壞。
第二部分薄膜物理與技術
第一章薄膜的製備方法
三大類：物理制膜法
物理化學法
化學生長法
一、物理制膜法
1.真空蒸發法： 電阻加熱法（高真空）
電子束蒸發法
脈衝雷射蒸發法 (pld)
分子束外延 (mbe)
2.離子鍍： 直流法
射頻法離化團簇粒子束法(icbd)
熱陰極法
3. 離子束法：離子束輔助沉積
離子束混合
離子束濺射
4.離子濺射法： 直流二極濺射
射頻濺射
磁控濺射
離子束濺射
2.離子鍍： 直流法
射頻法離化團簇粒子束法(icbd)
熱陰極法
3. 離子束法：離子束輔助沉積
高中物理課件
a 若微粒帶正電荷，則板一定帶正電荷 b 微粒從點運動到點電勢能一定增加 c 微粒從點運動到點動能一定增加 d 微粒從點運動到點機械能一定增加 18 如圖，場強大小為e 方向豎直向下的勻強電場中有一矩形區域abcd，水平邊ab長為s，豎直邊ad長為h。質量均為m 帶電量分別為 q和 q的兩粒子，由a...
部隊管理課件文字
公安消防部隊的行政管理 公安消防部隊的行政管理，亦稱公安消防部隊管理教育，是指依照部隊的條令條例 規章制度和公安消防部隊的性質 宗旨 任務，對人員裝備 經費等所進行的計畫 組織 指揮 協調 控制等活動過程，其目的的在於實現部隊的高度穩定和集中統一，鞏固和提高部隊戰鬥力，確保順利完成各項消防工作任務。...
物理課後反思
一節物理習題課課後反思 課前設計 功和機械能 已複習兩堂，把相關概念 公式等基礎知識都熟悉了，於是在本節課針對公式的應用，列了六道計算題，課前寫在黑板上，讓每個小組做一道，並且每組出一名同學上台板演，再由這名同學講解。當每個小組把這道題搞清楚後，組間再進行交流。課堂回顧 由於個別題的綜合性較強，成績...