引言及真空技術(shù)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三參考書(shū)及參考資料網(wǎng)址參考書(shū)：《薄膜材料制備原理、技術(shù)及應(yīng)用》

冶金出版社

1998年5月第一版，2003年1月第二版郵箱地址：wztang_teaching@密碼：123456郵箱地址：wztang_teaching@密碼：123456第二頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三引言薄膜材料薄膜材料的應(yīng)用薄膜技術(shù)所研究的內(nèi)容第三頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三usedapersonalcomputer?

usedaCDplayer?usedatouchingscreeninanATM?usedapairofglasses?Haveyourealizedthatwithoutthinfilmtechnology,therewouldbenomoderncivilization?Haveyouever?第四頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三WorldwidemarketofrawmaterialsforthinfilmtechnologyThemarkethasbeenestimatedat$7.1billionin2004andwasprojectedas$13.5billionby2009.itrisesatanaveragedannualgrowthrateof13.7%.第五頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三薄膜材料的定義利用特殊的技術(shù)手段,人為制得的、其一維尺度顯著小于另外兩維尺度的、具有特定性能與用途的材料.Athinfilmisalayerofmaterialwithahighsurface-to-volumeratio.Itisaverythincoatingappliedtothingsthatweuseeveryday.

ThinFilmscanbemadeofmanydifferentmaterialsandcanbeappliedtoalmostanysurface.Itisanimportantandexcitingbranchofmaterialscience.

第六頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三薄膜材料的特點(diǎn)一般并不是單獨(dú)存在的結(jié)合了不同材料的不同特性種類(lèi)繁多需要使用特殊的制備與研究方法第七頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三為什么要發(fā)展薄膜材料三個(gè)理由：不同材料特性的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)微電子技術(shù)、光電子技術(shù)的發(fā)展功能性結(jié)構(gòu)的微小型化第八頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三薄膜材料的應(yīng)用耐磨、防腐與裝飾涂層光學(xué)涂層光電薄膜微電子技術(shù)磁存儲(chǔ)技術(shù)微機(jī)電系統(tǒng)……第九頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三耐磨、防腐與裝飾涂層第十頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三光學(xué)涂層材料第十一頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三光電薄膜材料第十二頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三P-typeSubstrate微電子技術(shù)中的薄膜材料:MOSFETN+N+PolysiliconThingateoxideThickoxidesInterconnectmetalHeavilydopedregion第十三頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三磁存儲(chǔ)技術(shù)中的薄膜材料:磁頭與磁記錄介質(zhì)Materialstoday,JAN-FEB2007|VOLUME10|NUMBER1-247Diamond-likecarbonfordataandbeerstorageREVIEW第十四頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三微機(jī)電系統(tǒng)中的薄膜材料:微型反射鏡組第十五頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三Metals:Al,Cu,Au……Glass:SiOx,SiNx……Ceramics:YBCO,PZT……Semiconductors:Si,GaAs……Polymers:PE,PMMA……Thinfilmsmaterialsmayinclude:第十六頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三薄膜材料技術(shù)的研究?jī)?nèi)容薄膜材料的制備技術(shù)手段；薄膜材料的結(jié)構(gòu)理論；薄膜材料的表征技術(shù)；薄膜材料的體系、性能與應(yīng)用

第十七頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三Oldpreparationproceduresinclude:DippingSprayingPaintingElectro-deposition………早期的薄膜制備方法第十八頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三小結(jié):現(xiàn)代的薄膜材料科學(xué)與技術(shù)

Thinfilmtechnologyistheartandsciencetodepositthinlayersofmaterialsonasubstrateforvariousapplications.

Witha

modernthinfilmtechnology,themateriallayerisformedoneatomormoleculeatatime.Ittakesplaceinvacuum,todepositauniformlayerandtoavoidcontamination.第十九頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三Example:Acoaterfortoolcoatings第二十頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三AcoaterlineforCDsandDVDs第二十一頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三Acoatingsystemforharddisks第二十二頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三AclusteredcoatingsystemforIC第二十三頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三Acoaterforflatpaneldisplays第二十四頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三AcommercialCVDequipmentforfilmdepositiononSiwafersinsemiconductorindustryK.L.Choy/ProgressinMaterialsScience48(2003)57–170第二十五頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三Anin-linePECVDmachineforsolarcellsA.G.Aberle/SolarEnergyMaterials&SolarCells65(2001)239}248usedbytheJapanesemanufacturerShimadzuCorp.,todepositSiNxcoatings,featuringadepositionareaof0.93m×1.28mandathroughputof1485Siwafers(area100cm2)/hr第二十六頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三PECVDsystematRWE-SchottSolar,Germanywitha-Sisolarcellsproductioncapacityof3MWp/yrW.Diehletal./Surface&CoatingsTechnology193(2005)329–334331a-Siabsorberlayerwillbeproduced第二十七頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三第一講薄膜技術(shù)的真空技術(shù)基礎(chǔ)Fundamentalsofvacuumtechnologyinthinfilmstechniques第二十八頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三要點(diǎn)氣體分子運(yùn)動(dòng)論的基本概念真空獲得的手段真空度的測(cè)量第二十九頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三薄膜材料的制備過(guò)程是:

atombyatom

幾乎所有的現(xiàn)代薄膜材料都是在真空或是在較低的氣體壓力下制備的，都涉及到氣相的產(chǎn)生、輸運(yùn)以及氣相反應(yīng)的過(guò)程。薄膜材料與真空技術(shù)第三十頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三大氣壓:atm,kg/cm2,barPa:N/m2Torr:mm·Hg氣體壓力的單位與換算1atm=1000mbar=0.1MPa1Torr=133Pa薄膜技術(shù)領(lǐng)域：從10-7Pa到105Pa，覆蓋了12個(gè)數(shù)量級(jí)第三十一頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三氣體的壓力:理想氣體的狀態(tài)方程氣體分子的速度分布:Maxwell-Boltzmann分布?xì)怏w分子的自由程、碰撞頻率:

分子運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本概念第三十二頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三H2和Al原子在不同溫度下的速度分布典型值：在T=300K時(shí)，空氣分子的平均運(yùn)動(dòng)速度:

va460m/s第三十三頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三氣體分子的自由程空氣分子的有效截面半徑d0.5nm。在常溫常壓下，氣體分子的平均自由程

50nm，每個(gè)空氣分子每秒鐘內(nèi)要經(jīng)歷1010次碰撞。在氣體壓力低于10-4Pa的情況下，其平均自由程>50m，每個(gè)空氣分子每秒鐘內(nèi)只經(jīng)歷10次碰撞；氣體分子間的碰撞幾率已很小，氣體分子的碰撞將主要是其與容器器壁之間的碰撞。第三十四頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三氣體流動(dòng)狀態(tài)與氣體壓力、真空容器尺寸的關(guān)系根據(jù)Knudsen準(zhǔn)數(shù)Kn:Kn<1:

分子流狀態(tài)Kn>110

粘滯流狀態(tài)第三十五頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三粘滯態(tài)氣流的兩種不同的流動(dòng)狀態(tài)根據(jù)Reynolds準(zhǔn)數(shù)Re:

Re>2200紊流狀態(tài)

Re<1200層流狀態(tài)第三十六頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三氣體分子對(duì)單位面積表面的碰撞頻率，稱(chēng)單位面積上氣體分子的通量氣體分子的通量（Knudsen方程）氣體壓力高時(shí)，分子頻繁碰撞物體表面；氣體壓力低時(shí)，分子對(duì)物體表面的碰撞可以忽略第三十七頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三氣體分子通量的應(yīng)用:雜質(zhì)的污染假設(shè)每個(gè)向表面運(yùn)動(dòng)來(lái)的氣體分子都是雜質(zhì)，而每個(gè)雜質(zhì)氣體分子都會(huì)被表面所俘獲，則可估計(jì)出不同的真空環(huán)境中，清潔表面被雜質(zhì)氣體分子污染所需要的時(shí)間為：在常溫常壓下，3.510-9秒；10-8Pa時(shí)，

10小時(shí)這一方面說(shuō)明了真空環(huán)境的重要性。同時(shí),氣體分子通量還決定了薄膜的沉積速率。第三十八頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三在薄膜技術(shù)領(lǐng)域，人為地將真空環(huán)境粗略地劃分為:低真空

>102Pa中真空

10210-1Pa高真空

10-110-5Pa超高真空

<10-5Pa真空度的劃分第三十九頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三為獲得真空環(huán)境，需要選用不同的真空泵，而它們的一個(gè)主要指標(biāo)是其抽速Sp，其定義為

(L/s)真空泵的抽速Sp與管路的流導(dǎo)C有著相同的物理量綱，且二者對(duì)維持系統(tǒng)的真空度起著同樣重要的作用真空泵的抽速第四十頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三真空泵可以達(dá)到的極限真空度

實(shí)際的真空系統(tǒng)總存在氣體回流、氣體泄露、氣體釋放等現(xiàn)象。設(shè)其等效的氣體流量Qp0

，并忽略管路流阻(流導(dǎo)C為無(wú)窮大，p=pp)，則氣壓隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)為則極限真空度:第四十一頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三有限流導(dǎo)情況下真空泵的抽速當(dāng)真空管路流導(dǎo)為有限，真空容器出口與真空泵入口處的氣體壓力不相等，但氣體流量相等。泵的實(shí)際抽速S降低為即抽速S永遠(yuǎn)小于泵的理論抽速Sp，且永遠(yuǎn)小于管路流導(dǎo)C。即S受Sp和C二者中較小的一個(gè)所限制。第四十二頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三真空泵的分類(lèi)輸運(yùn)式（排出式）機(jī)械式氣流式捕獲式（內(nèi)消式）

可逆式不可逆式第四十三頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三旋片式機(jī)械真空泵的外形圖第四十四頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三旋片式機(jī)械真空泵的結(jié)構(gòu)示意圖鎮(zhèn)氣閥：空氣可通過(guò)此閥摻入排氣室以降低壓縮比，從而使大部分蒸汽不致凝結(jié)而和摻入的氣體一起被排除泵外。第四十五頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三旋片式機(jī)械真空泵的抽速曲線(xiàn)

極限真空度可達(dá)10-1Pa左右，但有油污染問(wèn)題第四十六頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三羅茨泵的外形圖

第四十七頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三羅茨泵的結(jié)構(gòu)示意圖

羅茨泵不使用油作密封介質(zhì)，少油污染其適用的壓力范圍是在0.1-1000Pa之間

第四十八頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三羅茨泵組成的真空機(jī)組的外形圖

羅茨泵可與旋片式機(jī)械泵串聯(lián)成真空機(jī)組使用，降低每臺(tái)泵的負(fù)荷，擴(kuò)大可獲得的真空度范圍第四十九頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三羅茨泵組成的真空機(jī)組的抽速曲線(xiàn)組成機(jī)組使其極限真空度提高到10-2Pa第五十頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三油擴(kuò)散泵的外形圖

第五十一頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三油擴(kuò)散泵的結(jié)構(gòu)示意圖

擴(kuò)散泵油在高溫下會(huì)發(fā)生氧化，因此擴(kuò)散泵需要在優(yōu)于10-2Pa的較高真空度下工作第五十二頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三油擴(kuò)散泵組成的真空機(jī)組的外形圖

由擴(kuò)散泵組成真空機(jī)組，其極限真空可達(dá)110-5Pa，但油污染的問(wèn)題較為嚴(yán)重第五十三頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三渦輪分子泵的外形圖

第五十四頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)示意圖

渦輪分子泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度極高，因此需要在優(yōu)于1Pa的較高真空度下運(yùn)轉(zhuǎn)第五十五頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三渦輪分子泵的抽速曲線(xiàn)

渦輪分子泵的極限真空度達(dá)10-8Pa，適用的壓力范圍在110-8Pa之間

第五十六頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三隔膜真空泵的外形圖

隔膜泵的能力較小(1L/s)

，極限真空度較差(100Pa)，但無(wú)油污染問(wèn)題第五十七頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三干泵系統(tǒng)的外形圖

干泵的能力較大(100L/s)

，極限真空度較高(10-2Pa)，無(wú)嚴(yán)重的油污染問(wèn)題第五十八頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三低溫吸附(液氦冷凝)泵的外形圖

第五十九頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三低溫吸附(液氦冷凝)泵的結(jié)構(gòu)示意圖

低溫吸附泵的極限真空度可達(dá)10-8Pa。其效能取決于所用的低溫溫度、被吸附氣體的種類(lèi)、數(shù)量、吸附表面的面積等第六十頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三濺射離子泵的外形圖

第六十一頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三濺射離子泵的結(jié)構(gòu)示意圖

濺射離子泵的極限真空度可以達(dá)到10-9Pa第六十二頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三常用真空泵的工作范圍不同泵種的工作壓力范圍不同。因而常將兩種或三種真空泵結(jié)合起來(lái)組成真空機(jī)組第六十三頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三真空測(cè)量方法的分類(lèi)(各種物理的方法)熱電勢(shì)法電阻法電離法電容法……第六十四頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三熱偶式的真空規(guī)熱偶規(guī)僅適用于0.1100Pa的低真空范圍第六十五頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三皮拉尼電阻真空規(guī)第六十六頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三皮拉尼電阻真空規(guī)其原理、真空測(cè)量范圍與熱偶規(guī)相似第六十七頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三電離式真空規(guī)第六十八頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三電離式真空規(guī)電離真空規(guī)可測(cè)量的壓力范圍為1Pa-10-7Pa第六十九頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三薄膜式電容真空規(guī)第七十頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三薄膜式電容真空規(guī)薄膜規(guī)線(xiàn)性度好，但其探測(cè)下限約為10-3Pa第七十一頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三壓阻式真空規(guī)利用Si元件的壓阻特性，測(cè)量范圍10-105Pa第七十二頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，星期三常用真空測(cè)量方法的適用范圍不同的真空測(cè)量方法所適用的壓力范圍不同。因此常將不同的方法結(jié)合起來(lái)使用，拓寬壓力測(cè)量的范圍。第七十三頁(yè)，共八十頁(yè)，編輯于2023年，