真空技术问答100题

精品文档 1欢迎下载 真空技术问答真空技术问答 100100 题题 储继国 龚建华储继国 龚建华 1 1 什么是真空 真空的特点是什么 什么是真空 真空的特点是什么 答 真空是泛指低于当地大气压的气体状态 真空的特点是单位体积内的分子数较大气压下减少 分子之间以 及分子与容器壁之间的碰撞次数减少 2 2 为什么用为什么用 PVPV 值来描述气体量的多少 值来描述气体量的多少 答 根据理想气体状态方程 如气体种类一定 温度一定 皆为常数 故有RT M PV RT 为常数 即值正比于气体的质量数 可间接描述气体量的多少 CMPV CPV 3 3 什么是道尔顿分压定律 什么是道尔顿分压定律 答 不互相起化学反应的气体混合在一起 其总压强等于各成分的分压强之和 所谓分压强即指该种气体成分 单独存在时 具有和混合气体一样的体积和温度 并且有和混合气体中该成分一样的摩尔数时 即含量相同 所具有的压强 4 4 温度的实质是什么 温度的实质是什么 答 根据 温度与气体分子热运动平均平动动能的统计平均值相关联 即温度是气体分子热运动强kTEK 2 3 度的宏观表现 5 5 什么是气体分子热运动的速度分布律 什么是气体分子热运动的速度分布律 答 把气体分子热运动的速度按大小分类 再统计出在某一个速度间隔内的分子数有多少 称为气体分子热运 动的速度分布率 在平衡状态下 气体分子热运动速度服从麦克斯韦分布 6 6 气体的压强是如何产生的 压强公式 气体的压强是如何产生的 压强公式 答 气体分子由于热运动碰撞到容器壁上要传递法向的动量 单个分子传递的动量是间断的 随机的 但是大 量分子在单位时间内传递的动量总和是持续的稳定的数值 它等于宏观上气体对容器壁产生的持续的力 即压 强 2 3 1 s mnP KEn 3 2 7 7 气体热运动有代表性的速率有哪些 它们各自的表达式 气体热运动有代表性的速率有哪些 它们各自的表达式 答 有代表性的速率及表达式如下 1 最可几速率 m kT P 2 RT2 2 算术平均速率 m kT 8 RT8 3 均方根速率 m kT s 3 RT3 8 8 什么是物态方程 如何表达 什么是物态方程 如何表达 答 反映一定质量的气体 其质量和状态参量 P V T 之间相互关联的方程 称为状态方程 又称为物态方程 即 RT M PV 9 9 如何由总压强求出分压强 如何由总压强求出分压强 答 一 如混合气体中 某种成分的摩尔百分数为 则该种成分分压强 P 为总压强 其中 i PP ii 精品文档 2欢迎下载 为 成分的摩尔数 为各种成分的总摩尔数 i i i i 二 如混合气体中 某种成分的体积百分数为 则该种成分的分压强 P 为总压强 其中 i PP ii 为混合气体中 成分在与混合气体同压同温时所具有的体积 V 为混合气体的体积 V Vi i i Vi 1010 标准大气压是如何定义的 标准大气压是如何定义的 答 标准大气压 1atm 101325Pa 1111 气体分子碰撞的本质是什么 气体分子碰撞的本质是什么 答 一个分子在另一个分子的斥力场中运动方向发生急剧变化的过程称为分子之间的碰撞 1212 电子和离子在气体中的平均自由程与气体分子的平均自由程有何区别 电子和离子在气体中的平均自由程与气体分子的平均自由程有何区别 答 由于离子的运动速度比气体分子大 所以离子的平均自由程比气体分子长 即 另由于电子运 2 i 动速度比气体分子更大 且电子的体积小 所以电子平均自由程比气体分子更长 即 24 i 1313 若 若 d d 为容器的有效尺寸 则气体在为容器的有效尺寸 则气体在和和状态下有什么区别状态下有什么区别 1 d 1 d 答 在的状态下 气体分子之间的碰撞次数远大于气体分子与器壁之间的碰撞次数 而在状态1 d 1 d 下 气体分子相互间几乎不发生碰撞 而只有气体分子与器壁之间的碰撞 1414 单位时间碰撞到单位面积上的分子数中什么方向碰撞上去的分子数最多 单位时间碰撞到单位面积上的分子数中什么方向碰撞上去的分子数最多 答 从正上方 即与表面法线方向重合的方向上碰撞上去的分子数最多 1515 单位时间碰撞到单位面积上的气体分子的体积是多少 单位时间碰撞到单位面积上的气体分子的体积是多少 答 对于 25 的空气 L s 4 v 6 11 v 1616 温度升高 气体分子的平均碰撞次数如何变化 温度升高 气体分子的平均碰撞次数如何变化 答 由于 温度升高增大 所以平均碰撞次数增多 nz 2 2 1717 温度升高 气体分子的平均自由程如何变化 温度升高 气体分子的平均自由程如何变化 答 由于 等式右边的各量与温度无关 故平均自由程不变 n 2 2 1 1818 温度升高 什么样的分子数增加了 温度升高 什么样的分子数增加了 答 温度升高能量大的分子数增加了 当温度由升高到时 两分布曲线相交处对应的速率为 则 1 T 2 T 0 的分子数都增加了 0 1919 气体分子在表面上反射遵从什么规律 气体分子在表面上反射遵从什么规律 答 气体分子在表面上反射遵从克努曾余弦漫反射定律 即气体分子的反射与飞来方向无关 向任何可能的方 向反射都存在一定的几率 即 为反射方向与表面法向夹角 cos d dp 2020 分子从平面蒸发源上蒸发遵从怎样的分布规律 分子从平面蒸发源上蒸发遵从怎样的分布规律 答 分子从平面蒸发源上蒸发亦遵从克努曾余弦角分布定律 即 为蒸发方向与表面法向夹 cos d dp 精品文档 3欢迎下载 角 2121 气体分子是依靠什么进行物理量的输运 气体分子是依靠什么进行物理量的输运 答 气体分子依靠自身的热运动以及频繁的碰撞进行物理量的输运 2222 高压下和低压下气体热传导现象的主要不同是什么 高压下和低压下气体热传导现象的主要不同是什么 答 在满足的高压条件下 气体的热传导与压力无关 在满足的低压条件下 气体的热传导与1 d 1 d 压力有关 且与压强成正比 2323 为什么用管孔串联的方法计算短管的流导 为什么用管孔串联的方法计算短管的流导 答 气体经过管道的流动中所受的阻力可分为两个部分 即入口的阻力和管道内部的阻力 相应的流导亦是如 此 管道长 后一项远大于前一项 故可忽略管口的阻力 当管道短时 忽略前一项会产生较大的误差 故应 考虑前一项的作用 因此用管孔串联的方法可比较准确的反应管道的实际流导 2424 长圆管道的分子流流导和粘滞流流导的主要区别是什么 长圆管道的分子流流导和粘滞流流导的主要区别是什么 答 主要区别在于分子流流导与管道的压力无关 而粘滞流流导正比于管内的平均压力 压力越高 流导就越 大 故随着压力的变化 粘滞流流导也随着变化 2525 什么是真空基本方程 什么是真空基本方程 答 在一连续排气的真空系统中 任一流导 U 与其两侧的等效抽速 S0和 S 之间满足如下关系 SU US S 0 此式即为真空基本方程 气体是从 S0侧流向 S 侧 S0 S 可以是泵的实际抽速 也可是管道截面上的等效抽速 2626 如何判断粘滞流和分子流 如何判断粘滞流和分子流 答 粘滞流和分子流的判断依据可用克努曾数 当时 为粘滞流 当时 为分子流 d Kn 100 1 Kn1 Kn 当时 为粘滞 分子流 又称过渡流 也可以用值来判断 即 为粘1 100 1 n KdPcmTorrdP 1 105 滞流 为分子流 当 为过渡流 cmTorrdP 3 105cmTorrdP 13 105105 2727 什么是管道的传输几率 什么是管道的传输几率 答 一个分子进入管道入口并能通过管道的几率称为传输几率 它决定于入口的面积与管道的侧面积的比值 即决定于 传输几率 w 与管道入口的流导的乘积即为管道的流导 即 D l 0 wUU 2828 什么是气体的流量 什么是气体的流量 答 单位时间通过管道截面的气体量称为流量 即或 还有和等 t PV Q dt dV PQ 21 PPUQ SPQ 2929 为什么用流量来表征气体流动的强弱 为什么用流量来表征气体流动的强弱 答 由于 即为单位时间通过管道截面的气体的分子数 所 t V PQ d d dt d nk V T t T d nVd k t N T d d k t N d d 以若流动过程中温度保持不变 流量是与成正比的 所以等温流动中 流量的大小可以表征气流的强弱 Q dt dN 3030 长管与短管的界限及孔与短管的界限如何 长管与短管的界限及孔与短管的界限如何 答 为长管 为短管 为短管 为孔 Dl20 Dl20 Dl1 0 Dl1 0 精品文档 4欢迎下载 3131 什么是范德瓦尔力 什么是范德瓦尔力 答 包括静电力 诱导力 色散力和斥力 3232 平衡吸附量决定于什么因素 平衡吸附量决定于什么因素 答 对于特定的气 固界面 平衡吸附量决定于压力 P 和温度 T 3333 什么是平衡态 什么是非平衡态 什么是平衡态 什么是非平衡态 答 气体内部宏观参量 P T 处处一致的状态称为平衡态 气体内部宏观参量 P T 处处不一致的状态称 为非平衡态 3434 物理吸附热和化学吸附热各为多少 物理吸附热和化学吸附热各为多少 答 物理吸附热约 20 千卡 摩尔 类似气体的凝聚热 化学吸附热为几百千卡 摩尔 类似化学反应热 3535 物理吸附为什么是多分子层吸附 物理吸附为什么是多分子层吸附 答 因为范德瓦尔力存在于任何气 固界面之间 同种气体分子间也存在范氏力 故物理吸附是多分子层吸附 3636 化学吸附为什么是单分子层吸附 化学吸附为什么是单分子层吸附 答 因为剩余价力作用范围有限 仅一个分子层的距离 故吸附满一层分子后 剩余价力已用尽 不可能再隔 层产生作用 3737 在吸附现象研究中有哪些重要的物理量 在吸附现象研究中有哪些重要的物理量 答 在吸附现象研究中比较重要的物理量有吸附热 q 覆盖度 平均居留时间和打击系数 3838 电子在均匀电场 均匀磁场和正交均匀电磁场中运动的轨迹如何 电子在均匀电场 均匀磁场和正交均匀电磁场中运动的轨迹如何 答 电子在均匀电场中作抛物线运动 初速度和电场方向平行时作直线运动 电子在均匀磁场中作螺旋线运动 初速度与磁场平行时 作直线运动 电子在正交均匀电磁场中做旋轮线运动 3939 利用正交场控制电子的运动可以起到什么作用 利用正交场控制电子的运动可以起到什么作用 答 正交场控制电子运动可实现严格的聚焦 利用正交场束缚电子做旋轮线运动 可大大延长电子在空间的飞 行时间 从而显著提高其电离能力 4040 当你正对磁场方向时 电子绕磁场的旋转方向如何 当你正对磁场方向时 电子绕磁场的旋转方向如何 答 电子作逆时针旋转 4141 在弹性碰撞和非弹性碰撞中 电子 离子在传递能量中各有何特点 在弹性碰撞和非弹性碰撞中 电子 离子在传递能量中各有何特点 答 平均地讲 在弹性碰撞中电子不能传递能量 而在非弹性碰撞中能给出自己的全部能量 离子在弹性碰撞 和非弹性碰撞中都传递自己一半的能量 4242 什么是激发和电离 它们属于哪一类非弹性碰撞 什么是激发和电离 它们属于哪一类非弹性碰撞 答 原子中电子从较低的定态 能态 跃迁到较高的定态的过程称为激发 它是第一类非弹性碰撞过程 一个 电子脱离原子成为自由电子的过程 或一个原子失去一个电子而成为正离子的过程称为电离 它也是属于第一 类非弹性碰撞过程 4343 什么是弹性碰撞 什么是非弹性碰撞 什么是弹性碰撞 什么是非弹性碰撞 答 两个粒子碰撞前后除了动量守恒 总动能也守恒称为弹性碰撞 如碰撞前后仅动量守恒 总动能不守恒称 为非弹性碰撞 此时动能与原子内部的能量发生转化 如动能减少 为第一类非弹性碰撞 如动能增加 为第 二类非弹性碰撞 4444 除了激发和电离 在放电空间还有哪些非弹性碰撞过程 除了激发和电离 在放电空间还有哪些非弹性碰撞过程 答 1 附着过程 2 复合过程 离子复合 电子复合 AAeBABA AeA 3 转荷过程 4 潘宁效应 BABA BABAeBABA 精品文档 5欢迎下载 4545 什么是被激导电和自激导电 什么是被激导电和自激导电 答 全部由被激载流子参与的导电叫被激导电 而有自激载流子参与的导电叫自激导电 4646 什么是非自持放电 什么是自持放电 什么是非自持放电 什么是自持放电 答 必须依靠初始载流子的放电叫非自持放电 而不需要初始载流子就能维持的放电叫自持放电 4747 汤生放电阶段中包含哪几类重要的物理过程 汤生放电阶段中包含哪几类重要的物理过程 答 过程 电子在向阳极运动的过程中与气体分子电离碰撞 产生新的离子和电子 过程 离子在向阴极运动的过程中与气体分子电离碰撞 产生新的离子和电子 过程 正离子轰击阴极产生二次电子发射 4848 放电的本征区域是什么 为什么 放电的本征区域是什么 为什么 答 放电的本征区域是阴极位降区 包括阿斯顿暗区 阴极辉区和阴极暗区 该区的电位降落几乎等于放电电 压 维持放电的电离过程主要发生在这一区域 是放电的各个区域中唯一不可缺少的 故称本征区域 4949 放电过程中为什么会发光 放电过程中为什么会发光 答 在放电的区域中存在激发发光 离子复合发光 负辉区 电子复合发光 等离子区 5050 辉光放电的等离子区中电离度是多少 辉光放电的等离子区中电离度是多少 答 约 10 4数量级 5151 简述真空泵的抽气原理 简述真空泵的抽气原理 答 1 利用压缩作用将气体排除到泵外 a 机械周期式膨胀压缩 b 蒸汽流粘滞牵引压缩 c 刚性表面的牵引 压缩 2 利用吸附作用将气体束缚于泵内 a 利用电离吸气作用 b 利用物理吸附和化学吸附作用 5252 如何评价泵的基本性能 如何评价泵的基本性能 答 从以下几方面来评价 1 抽气速率 2 极限压强 3 最大工作压强 4 可运用范围 对于超高真空范 围内的泵还需要考虑对不同气体的抽速和残余气体的成分 5353 旋片泵的极限真空决定于什么 旋片泵的极限真空决定于什么 答 旋片泵的极限真空决定于转子和泵腔及旋片所形成的有害空间 Vmin max min V VP P d u 5454 机械泵油的作用是什么 机械泵油的作用是什么 答 1 密封 2 润滑 3 在低压下帮助打开排气口 5555 是什么原因影响了油扩散泵的运用范围 是什么原因影响了油扩散泵的运用范围 答 油扩散泵的工作上限是由于超过此压力 被抽气体密度高 与蒸汽射流碰撞造成了对射流的破坏 而在工 作下限时 由于被抽气体从前级的反扩散超过了蒸汽射流的抽气作用 5656 扩散泵对什么气体的抽速较大 为什么 扩散泵对什么气体的抽速较大 为什么 答 扩散泵对比较轻的气体的抽速较大 因为较轻的气体分子热运动速率大 故最大比抽速也大 4 5757 扩散泵的主要缺点是什么 扩散泵的主要缺点是什么 答 扩散泵最主要的缺点是油蒸汽污染严重 限制了一些应用场合 或是使真空质量下降 另外能耗大也是一 个明显的缺点 5858 固定涡轮分子泵轮叶槽间隙和弦长之比 固定涡轮分子泵轮叶槽间隙和弦长之比 则 则和和与什么因素有关 与什么因素有关 bs max 1 2 N N max H 精品文档 6欢迎下载 答 当空弦比固定后 零流量下的最大压缩比和单位压缩比下的最大抽速系数决定于叶轮bs max 1 2 N N max H 的速率比值和叶面角 5959 涡轮分子泵对什么气体的抽速较大 为什么 涡轮分子泵对什么气体的抽速较大 为什么 答 涡轮分子泵对比较重的气体抽速较大 因较重的气体最可几速率小 故叶轮的速率比值 s 大 而在 的范围内 抽速是随着 s 增大而增大的 2 s 6060 什么是真空系统的时间常数 一个不漏气也不放气的系统在抽气过程中压力如何变化 什么是真空系统的时间常数 一个不漏气也不放气的系统在抽气过程中压力如何变化 答 真空系统的容积与系统的有效抽速之比称为真空系统的时间常数 即 如果系统既不漏气也不放气 S V 则在抽气过程中 即每经过 2 3的时间 系统压力降低一个数量级 t t V S ePepP 00 6161 麦氏真空计的特点 麦氏真空计的特点 答 麦氏真空计是一种绝对真空计 可以给出被测压力的绝对值 但麦氏计只能测量被测气体中永久性气体的 分压强 不能测量其中可凝性气体的压强 6262 热传导真空计的原理 通过什么量的测量来反映热传导的变化 热传导真空计的原理 通过什么量的测量来反映热传导的变化 答 热传导真空计是依据低压气体的热传导与压力有关这一现象来进行测量的 它可以通过热丝电阻的变化来 反映温度的变化 从而反映热传导的变化 用此种测量方法的真空计称为热阻真空计 又称为皮拉尼真空计 也可以直接用热电偶测量热丝的温度变化来反映热传导的变化 称为热偶真空计 6363 影响热传导真空计测量下限的原因是什么 影响热传导真空计测量下限的原因是什么 答 热丝的热量除了气体传热外 还可以沿着热丝本身向两端传热 即固体传热 还可以以辐射的方式传热 这两种传热方式与压力无关 当压力较低 气体的传热量明显低于固体的传热和辐射传热时 就不能反映压力 的变化了 即达到了测量的下限 6464 热传导真空计为什么易老化 热传导真空计为什么易老化 答 因热丝长期工作在高温下 受气体作用易氧化变细 或导致热丝本身结晶构造变化 因此会改变热丝的电 阻 造成零点的漂移 这是属于热丝本体的 热丝表面因会吸附气体而改变了表面的适应系数 即热交换的机 制 造成灵敏度的变化 以上均属于老化现象 6565 电离真空计的工作原理 电离真空计的工作原理 答 利用电子对气体的碰撞产生电离作用 而电离的效果是与气体压力有关的 当电子电流一定时 电离形成 的离子流正比于压力 故通过离子流间接测量气体的压力 6666 什么是电离真空计的外控接法 有何好处 什么是电离真空计的外控接法 有何好处 答 如规管的栅极作为电子加速极 而板极作为离子收集极 此种接法即为外控接法 其好处是电子在加速中 不易被栅丝截获 并受灯丝和板极的电位排斥 可以在灯丝与板极的空间 反复穿过栅极来回振荡 如此 可 显著提高测量的灵敏度 6767 热偶真空计和热阴极电离真空计的工作范围 热偶真空计和热阴极电离真空计的工作范围 答 热偶真空计的工作范围 1 10 3Torr 100 10 1Pa 热阴极电离真空计的工作范围 10 3 10 7Torr 10 1 10 5Pa 6868 影响热阴极电离真空计测量下限的原因是什么 如何改进 影响热阴极电离真空计测量下限的原因是什么 如何改进 答 电子打到收集极上产生软 X 射线辐射 离子收集极吸收了软 X 射线会产生光电子发射 由此形成的电子电 流正好与离子电流方向一致 故叠加在一起 但此电流与压力无关 当压力降低到形成的离子电流明显小于光 电流时 收集极的离子流便不再随压力变化 即到达测量下限 增大离子流 减小光电流可以使测量下限的拓 展 6969 真空检漏的意义 真空检漏的意义 精品文档 7欢迎下载 答 真空系统的极限真空决定于系统的抽速 S 和漏气量 Q 即 故在抽速一定时 漏气量就决定了 u P S Q Pu 真空度 欲使系统达到预定的极限真空 必须通过检漏和堵漏使系统的漏气量控制在允许漏率范围内 7070 从原理上讲 真空检漏可分为哪两大类 从原理上讲 真空检漏可分为哪两大类 答 可以分为 1 压力检漏法 包括 充气检漏法 卤素检漏法 氨检漏法 2 真空检漏法 包括 高 频火花检漏法 真空计检漏法 质谱仪检漏法 7171 什么是等离子体鞘层 什么是等离子体鞘层 答 由于在等离子体中 电子的温度 或平均能量 与离子的温度 或平均能量 不同 且差别很大 因此任 何处于等离子体中的表面上 由于碰撞上去的正负电荷数的显著差别 使得表面上出现负电荷的积累 并处于 负的电位 由此形成的电场吸引离子排斥电子 逐步抑制表面上负电位的增长而最终趋于一稳定的数值 与此 同时在表面外可形成一仅有正离子的薄层 而表面的负电位经此薄层上升到等离子体的电位 该薄层称为等离 子鞘层 它的厚度决定于等离子体中电子的密度和温度 约 100 m 7272 浸没在等离子体中基片的悬浮电位是多少 浸没在等离子体中基片的悬浮电位是多少 答 悬浮电位在 Ar 等离子体中 当电子温度等于 2eV 时 左右 2 1 3 2 ln e i P m m e kT VVVP10 7373 什么是溅射产额 什么是溅射产额 答 当某种离子以确定的能量 确定的方向轰击某种材料表面时 所能溅射出的材料原子数 称为在该种入射 离子条件下 材料的溅射产额 又称为溅射率 溅射系数 7474 溅射产额与哪些因素有关 溅射产额与哪些因素有关 答 溅射产额与入射粒子的能量 入射粒子的种类 被溅射材料的种类 温度以及入射粒子的入射方向有关 7575 为什么选用氩气作为放电气体 为什么选用氩气作为放电气体 答 因为氩气的放电电压不高 易于形成稳定的放电 氩气有较大的原子量 这是产生较大的溅射产额所需要 的 氩气是惰性气体 不会与靶材发生反应 氩气也是自然界含量最多的惰性气体 对某种特定材质的溅射率 是随着入射粒子原子量的变化发生周期性的变化 而每每在惰性气体产生最大值 7676 为什么溅射产额与离子的入射方向有关 为什么溅射产额与离子的入射方向有关 答 溅射产额随离子入射的角度增大而增大 与入射角的余弦倒数成正比 即正比于 入射角度的增大 cos 1 使得受入射离子级联碰撞的受激粒子更多地产生在近表面的地方 而且动量反转 指向表面 机会也较大 故 溅射产额增加 7777 溅射粒子角分布 方向分布 如何 溅射粒子角分布 方向分布 如何 答 与蒸发粒子的余弦分布不同 溅射粒子的出射方向遵从欠余弦分布 即按分布 n 1 如入射粒子 n cos 的能量越小 欠余弦分布越明显 7878 什么是溅射速率 什么是溅射速率 答 单位时间从靶表面单位面积上溅射出的靶材原子数 称为溅射速率 它决定于放电的离子电流密度和靶材 的溅射产额的乘积 7979 沉积速率与压力关系如何 沉积速率与压力关系如何 答 一般随着放电的压力增高 离子流增大 溅射速率增加 从而沉积速率亦会增大 但放电压力过高 由于 背散射增加 溅射粒子易于返回靶的表面 并且压力过高时 平均自由程短 电子碰撞电离的几率下降 所以 又会出现沉积速率下降的趋势 故总的来说 随着放电压力的增大 沉积速率先增大 当达到一最大值时又开 始下降 8080 合金薄膜沉积中溅射镀膜和蒸发镀膜有何区别 合金薄膜沉积中溅射镀膜和蒸发镀膜有何区别 精品文档 8欢迎下载 答 由于不同元素的饱和蒸汽压相差较大 最大可达几个数量级 所以蒸发沉积合金薄膜难于保证成分比 而 不同元素的溅射产额差别一般不会太大 再加上在溅射过程中 择优溅射使溅射率高的元素贫化 溅射率低的 元素富集 通过这种自身调节可使沉积膜层的成分比例更接近原合金的比例 8181 磁控溅射的特点是什么 磁控溅射的特点是什么 答 由于正交的磁场有效的地将电子束缚在靶面附近运动 大大提高了电子的电离能力 所以磁控溅射可以在 较低的放电电压 在较低的压力下 大大提高沉积速率 同时约束了电子对基体的轰击升温的作用 8282 磁控溅射中 磁场起什么作用 磁控溅射中 磁场起什么作用 答 磁场虽不能对运动电荷做功 但是能改变运动方向 在磁控溅射中 靶面水平方向的磁场和法向的电场构 成了互相垂直的电磁场 电子在正交场的作用下在垂直电场和磁场的方向上做旋轮线运动 俗称跨栏运动 而 且靶面磁场的分布使这一运动形成闭合的跑道 这样就大大延长了电子的运动路程 从而显著提高了其电离的 能力 8383 什么是二极溅射 其工艺参数如何 什么是二极溅射 其工艺参数如何 答 作为阴极的靶材与阳极 壳体 之间形成的气体放电 放电产生的离子流轰击靶材产生溅射 溅射粒子沉 积与在阳极同电位或处于悬浮电位中的基片上 此为二级溅射 其典型工艺参数 工作气压 10Pa 溅射电压 3000V 靶电流密度 0 5mA cm2 薄膜沉积速率低于 0 1 min m 8484 什么是三极溅射 其工艺参数如何 什么是三极溅射 其工艺参数如何 答 在二级溅射的基础上 增加一个发射电子的热阴极及一个加速电子的辅助阳极 由于热电子增强了放电空 间的电离能力 所以可以降低放电的压力 减少气体杂质的污染 提高沉积速率 此为三极溅射 典型的工艺 参数 工作电压 0 5Pa 溅射电压 1500V 靶电流密度 2 0mA cm2 薄膜沉积速率 0 3 min m 8585 为什么射频溅射可以溅射非导电靶材 为什么射频溅射可以溅射非导电靶材 答 电子在射频电场作用下形成振荡运动 电离能力大大增强 并不像直流放电中对阴极二次电子发射有强烈 的依赖 高频电路的能量可以通过耦合方式进入放电空间 并不需要像直流放电中通过导电电极进入放电空间 另在放电的等离子体中 由于靶电极与作为另一电极的壳体的面积之间的巨大差异 会使靶电极产生可观的自 偏压 吸引了离子轰击而产生溅射作用 8686 什么是偏压溅射 什么是偏压溅射 答 在一般溅射装置的基础上 将基体电位与接地阳极电位分开 并在基体与等离子体之间施加一定大小偏置 电压 可以吸引一部分放电空间的离子趋向基体 其轰击效应可以达到改善膜层微观组织与性能的目的 此为 偏压溅射 8787 什么是离子束溅射 什么是离子束溅射 答 将离子产生的区域与溅射沉积的区域分开 离子产生在较高的压力下 再将其引入到真空度高的区域进行 溅射沉积 这样既可以避免放电空间的杂质及其他污染 防止带电粒子的轰击而引起的基体升温和膜层损伤 又可以控制溅射离子流的能量 束流的大小和方向 8888 磁控溅射典型的工艺参数 磁控溅射典型的工艺参数 答 工作压力 0 5Pa 靶电压 300 600V 靶电流密度 20mA cm2 沉积速率 2 min m 8989 磁控靶表面的磁场强度是多少 磁控靶表面的磁场强度是多少 答 水平磁场的强度约 300 500GS 电子在靶表面做旋轮线运动 其旋轮半径 磁场的大小应使 r 大 2 eB mE r 小落在靶表面的阴极位降范围 才能使电子的电离作用得到最大的发挥 因为阴极位降区是放电能够维持的主 要电离区域 9090 什么是靶中毒 什么是靶中毒 答 在反应沉积时 由于反应气体可在靶面形成一层绝缘的化合物膜层 使碰撞上去的离子无法进入阴极 而 堆积在绝缘层上 如此 靶面上将形成逐步升高的正电位 若电源输出电压稳定 则阴极位降区的压降将越来 越小 直到靶面电位升到与等离子体电位相同时放电的本征区域阴极位降区消失 放电停止 有将上述这种极 精品文档 9欢迎下载 端情况称为 靶中毒 而更普遍的是将这一概念用于靶面在反应溅射时逐步形成低溅射率的化合物膜层的过 程 9191 为什么反应溅射沉积速率低 为什么反应溅射沉积速率低 答 在反应溅射时 反应气体会与靶材反应生成化合物 而化合物的溅射率低于原靶材的溅射率 另一方面 化合物的二次电子发射能力强 增大的二次电子发射将降低靶电压 从而影响溅射速率 还有 反应气体亦参 与溅射 而其溅射能力欠于 Ar 气 由于以上原因造成反应溅射沉积速率低 9292 在靶中毒的情况下 沉积速率和反应气体流量为什么会出现迟滞现象 在靶中毒的情况下 沉积速率和反应气体流量为什么会出现迟滞现象 答 当反应气体流量超过一定数量时 溅射进入反应模式 溅射速率明显下降 而减少反应气体流量至原反转 点时 反应模式并不返回到原溅射速率较高的金属模式 而是继续减少到一定数量时 才会发生反转 这一现 象称为迟滞现象 其产生原因是因为整个沉积装置具有吸纳气体的能力 即贮存气体的作用 充入的气体量大 贮存就多 当减少反应气体流量时 这部分气体将释放出来 因此 会延缓反应分压的下降过程 表现为上述 的迟滞现象 9393 什么是阳极消失 什么是阳极消失 答 沉积化合物膜层时 不可避免地会在阳极表面逐渐沉积上一层绝缘的化合物膜层 使得放电区域的低能电 子越来越难以回到作为归宿的阳极 直到最终通路完全隔断 这就是阳极消失现象 它使放电无法稳定进行 9494 磁控溅射沉积中为什么会出现 磁控溅射沉积中为什么会出现 拉弧拉弧 答 主要原因是堆积在靶面化合物膜层上的正离子以及堆积在阳极表面绝缘层上的电子产生强电场 最终因强 电场击穿而引发弧光放电 9595 如何可以根除磁控溅射中的 如何可以根除磁控溅射中的 拉弧拉弧 现象 现象 答 采用灭弧电源和脉冲溅射可以达到此目的 前者定时地产生一个反向脉冲进行中和 根除诱因 后者使靶 与阳极周期交换位置 能及时中和靶上的正离子及阳极上的电子 从而达到抑制 拉弧 的目的 9696 为什么从大气开始抽气 每经过 为什么从大气开始抽气 每经过 2 32 3 倍的时间常数 倍的时间常数 压力降低一个数量级的规律只维持较短的时 压力降低一个数量级的规律只维持较短的时 5 v 间后 压力下降越来越慢 间后 压力下降越来越慢 答 这一抽气规律只适用于一个不漏气 不放气的系统 也就是系统空间气体遵从的规律 当一个系统开始从 大气抽气相对短暂的时间内 压力较高 其漏气量和放气量与空间气体量相比可以忽略 此时遵从 2 3的递 减规律 当压力降低到 0 5Pa 左右时 系统的漏气和放气量逐渐成为系统内气量的主流时 就偏离了压力随时 间变化的这一规律 即开始了一个缓慢下降的过程 9797 如何减少真空室器壁和工件等其他表面的放气率 如何减少真空室器壁和工件等其他表面的放气率 答 固体表面吸附的气体量决定于平衡压力和温度 即通常是一个大气压和室温 一旦偏离原压 TP 力和温度 压力降低 温度升高 吸附的气体便会脱附而释放到空间 如压力不变 放气量随温度升高呈指数 增大 如温度不变 压力降低时放气量的减少随时间是线性的漫长过程 若要将器壁和工件表面的放气量降低 到某一较低的临界值 这是真空镀膜所需要的 应该通过烘烤提高器壁和工件的温度 以增快放气的速率 并 通过足够长时间的抽气 降低空间的压力 让放气量逐步减小到所需的数值 而此值是通过系统有效抽速 S 和 本底压力 P 来确定的 即 由于在放气过程中气相压力决定于抽速 所以不同抽速会有不同的压力 PSQ 这一压力的差异对放气量的影响难于获得佐证的资料 应该不是主要因素 特别是不同的压力处在同一数量级 中 9898 如经过长时间精抽后 真空室本底压力为 如经过长时间精抽后 真空室本底压力为 P P 而在随后的沉积过程中 工作压力为 而在随后的沉积过程中 工作压力为 50P50P 试问这两种情况下 试问这两种情况下 真空室内活性气体分压各为多少 真空室内活性气体分压各为多少 答 系统长时间抽气后 其本底经质谱分析可确定其中 90 以上皆为活性气体 水蒸气 所以精抽后真空室内 的活性气体分压就近似等于本底压力 P 当进入 50P 的工作压力后 其活性气体分压大小要分两种情况讨论 其一是系统抽速不变的情况 此时活性气体分压仍近似等于 P 或略低于 P 因为此时空间压力的增大会适当减 少放气量 另一种情况是 50P 的工作压力下让原真空机组不能正常工作 必须通过节流使机组主泵处于正常工 作的压力 如扩散泵正常工作的泵口压力为 5 10 2Pa 涡轮分子泵正常工作的泵口压力约为 8 10 2Pa 节流的 结果必然降低泵的有效抽速 通常抽速要减小 1 5 倍 在该情况下 真空室内的活性气体分压 精品文档 10欢迎下载 即提高 2 5 倍 5 2 S Q S Q P 9999 在磁控溅射或阴极电弧蒸发阶段为什么要节流 抽速的大小对真空室内压力的均匀有什么影响 在磁控溅射或阴极电弧蒸发阶段为什么要节流 抽速的大小对真空室内压力的均匀有什么影响 答 为什么节流可有几种说法 在磁控溅射或阴极电弧蒸发阶段真空室的压力较高 约 0 5Pa 这是由于工作 气体 Ar 气和反应气体的导入