《真空镀膜基础知识》PPT课件

真 空 及 薄 膜 基 础 我 们 生 产 的 为 非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能 电 池 ， 了 解 PECVD设 备 及 工 艺 需 要 对 真 空 镀 膜 有 一 个了 解 ， 并 且 对 半 导 体 物 理 及 薄 膜 知 识 有 一 定 的 认 识 。 我 们 先 对 薄 膜 的 概 念 做 一 个 粗 略 的 了 解 。 薄 膜 ： 在 严 格 的 学 术 意 义 上 ， 认 为 只 有 聚 集 厚 度 小 于 某 一 特 征 厚 度 的 材 料 才 是 真 正 的薄 膜 ， 否 则 便 是 一 般 的 薄 材 料 。 特 征 厚 度 ： 是 利 用 物 质 的 某 些 基 本 性 质 在 物 质 聚 集 厚 度 很 薄 的 情 况 下 会 发 生 异 常 变 化的 现 象 而 确 定 的 ， 即 当 被 选 定 为 参 考 的 某 一 物 理 性 质 或 机 械 性 质 开 始 显 示 出 不 同 于 它通 常 所 具 有 的 特 点 时 的 厚 度 ， 便 是 给 物 质 的 薄 膜 特 征 厚 度 。 可 以 认 为 薄 膜 是 一 种 二 维 的 材 料 。 沉 积 技 术 ： 气 相 沉 积 （ 将 构 成 薄 膜 的 物 质 气 化 后 在 沉 积 到 衬 底 上 ） 液 相 沉 积 （ 在 液 体 中 沉 积 镀 膜 ） 气 相 沉 积 ： 比 较 容 易 控 制 薄 膜 的 组 分 液 相 沉 积 ： 在 接 近 于 热 平 衡 的 条 件 下 成 膜 ， 能 获 得 较 好 的 膜 质 。 气 相 沉 积 又 分 物 理 气 相 沉 积 （ physical vapor deposition） 和 化 学 气 相 沉 积 （ chemical vapor deposition）一些基本概念 薄膜制备方法渗入法沉积法化合扩散离子注入气相扩散固态扩散气相沉积液相沉积pvd cvd真空蒸镀离子镀溅射化学反应法等离子体cvd热分解法电镀化学反应镀膜 镀膜常用方法列表 气 相 沉 积 成 膜 的 一 般 过 程 ：1 原 料 及 衬 底 的 预 处 理 （ 清 洁 等 ）2 原 料 的 气 化 1 ) 以 分 子 、 原 子 、 离 子 等 形 态 向 真 空 发 射 (pvd的 气 化 方 式 ) 蒸 发 、 升 华 溅 射 电 离 离 化 2 ） 以 化 合 物 形 式 气 化 （ cvd的 气 化 方 式 ）3 将 粒 子 输 运 到 衬 底 上 1 ） 分 子 、 原 子 、 离 子 的 飞 行 （ pvd的 输 运 方 式 ） 2 ） 扩 散 （ cvd的 输 运 方 式 ）4 粒 子 在 衬 底 上 析 出 1 ） 附 着 （ 真 空 蒸 镀 ， cvd） 2 ） 楔 入 （ 溅 射 、 离 子 镀 ）5 薄 膜 的 形 成 热 运 动 碰 撞 结 合 非 晶 薄 膜 太 阳 能 电 池 生 产 需 要 的 镀 膜 方 式 ： 1 LPcvd镀 TCO导 电 层 2 pecvd镀 非 晶 硅 薄 膜 3 磁 控 溅 射 镀 氧 化 锌 减 反 层 和 铝 背 电 极 或 mocvd镀 氧 化 锌 膜 层 薄 膜 的 主 要 性 能膜 厚 ： 越 均 匀 越 好 ， 一 般 应 控 制 在 一 个 范 围 以 内 比 如 5 %， 这 与 玻 璃 基 板 尺 寸有 关膜 表 面 形 貌 ： 通 过 扫 描 电 子 显 微 镜 （ SEM） 投 射 电 子 显 微 镜 （ TEM） 等 分 析表 明 颗 粒 状 态 ， 可 获 得 薄 膜 表 面 的 致 密 情 况 ， 缺 陷 状 态 ， 退 火 处 理 对 膜 表面 的 影 响 等 信 息 。膜 机 构 特 性 ： 用 X射 线 衍 射 分 析 膜 的 组 成 成 分 ， 可 获 得 膜 的 纯 度 等 信 息 。膜 应 力 ： 薄 膜 内 部 的 应 力 越 小 越 好 ， 通 过 退 火 处 理 可 最 大 程 度 的 释 放 膜 的 内部 应 力 。膜 与 衬 底 的 接 触 特 性 ： 主 要 是 指 薄 膜 与 衬 底 之 间 的 附 着 力 ， 当 然 附 着 力 越 强越 好 ， 可 避 免 薄 膜 出 现 缺 失 ， 开 路 等膜 的 致 密 性 ： 主 要 指 的 是 膜 层 的 硬 度 和 抗 磨 性 。 避 免 外 界 划 伤 引 起 的 开 路 现象膜 的 化 学 ， 热 稳 定 性 。 针 对 金 属 膜 层 ： 要 求 制 备 出 的 金 属 膜 层 的 电 阻 率 尽 可 能 低 ， 接 近 体 电 阻 率 薄 膜 分 析 常 用 方 法 汇 总 扫 描 电 镜 SEM主 要 分 析 表 面 信 息 ,分 辨 率 一 般 10nm以上 ,制 样 简 单 透 射 电 镜 TEM主 要 分 析 结 构 信 息 ， 分 辨 率 小 于 1个 原子 ， 制 样 困 难 XRD也 是 分 析 结 构 信 息 ， 但 是 不 能 分 析 微 区 结 构 信 息 作 薄 膜 ， XRD给 出 方 向 ， SEM选 择 好 的 区 域 ， TEM深 入分 析 ， 这 是 一 个 组 合 拳 。 膜 厚 测 量 ： 台 阶 仪 ， 椭 偏 仪 等 真 空 知 识 真 空 ： 低 于 一 个 大 气 压 的 状 态 就 是 真 空 。 真 空 度 ： 真 空 状 态 下 气 体 的 稀 薄 程 度 。 标 准 环 境 条 件 ： 温 度 2 0 ， 相 对 湿 度 6 5 %， 大 气 压 力 1 0 1 3 2 5 Pa。 真 空 特 点 ： 气 体 分 子 平 均 自 由 程 大 ; 单 位 面 积 上 分 子 与 固 体 表 面 碰 撞 几 率 变 小 ； 气 体 分 子 密 度低 ； 剩 余 气 体 对 沉 积 膜 的 掺 杂 减 小 。 要 想 获 得 高 品 质 的 薄 膜 就 必 须 有 一 个 比 较 理 想 的 本 底 真 空 。 常 用 单 位 及 换 算 ： 1Psi = 1磅 / 平 方 英 寸1Pa = 1N/m 2 真 空 泵 ： 用 以 产 生 、 改 善 和 维 持 真 空 的 装 置 。 分 气 体 传 输 与 捕 集两 种 。 平 均 自 由 程 ： 一 个 分 子 每 连 续 与 其 他 两 个 气 体 分 子 碰 撞 所 走 过 的路 程 ， 叫 做 自 由 程 。 相 当 多 自 由 程 的 平 均 值 叫 做 平 均 自 由 程 。 粘 滞 流 ： 气 体 分 子 平 均 自 由 程 远 小 于 导 管 最 小 界 面 尺 寸 的 流 态 。此 时 的 流 动 取 决 于 气 体 的 粘 滞 性 ， 粘 滞 流 可 以 使 层 流 或 滞 流 。 中 间 流 ： 在 层 流 和 分 子 流 之 间 状 态 下 分 子 通 过 导 管 的 流 动 。 分 子 流 ： 气 体 分 子 平 均 自 由 程 远 大 于 导 管 截 面 最 大 尺 寸 的 流 态 。 流 量 ： 单 位 时 间 通 过 某 一 界 面 的 气 体 体 积 。常 温 下 大 气 压 力 与 大 气 分 子 平 均 自 由 程 的 关 系 不同真空状态下真空工艺应用 粗 真 空 （ 1 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 Pa） ： 气 体 状 态 与 常 压 相 比 只 是 分 子 数 量 的 减 少 ， 没 有 气 体 空 间 特性 的 变 化 ， 分 子 间 碰 撞 频 繁 ， 此 时 的 吸 附 气 体 释 放 可 以 不 予 考 虑 ， 气 体 运 动 以 粘 滞 流 为 主 。主 要 是 利 用 压 力 差 产 生 的 力 来 实 现 真 空 力 学 应 用 （ 真 空 吸 引 或 运 输 固 体 、 液 体 、 胶 体 等 ，真 空 吸 盘 起 重 ， 真 空 过 滤 ） 。 低 真 空 （ 1 0 0 0 -0 .1 Pa） ： 气 体 分 子 间 ， 分 子 与 器 壁 间 碰 撞 不 相 上 下 ， 气 体 分 子 密 度 较 小 ，气 体 释 放 也 可 不 考 虑 ， 气 体 运 动 以 中 间 流 为 主 。 利 用 气 体 分 子 密 度 降 低 可 实 现 无 氧 化 加 热 ，利 用 气 压 降 低 时 气 体 的 热 传 导 和 对 流 逐 渐 消 失 的 原 理 可 以 实 现 真 空 隔 热 及 绝 缘 ， 利 用 压 强降 低 液 体 沸 点 也 降 低 的 原 理 实 现 真 空 冷 冻 和 真 空 干 燥 （ 黑 色 金 属 真 空 熔 炼 脱 气 ， 真 空 绝 缘和 真 空 隔 热 ， 真 空 冷 冻 及 干 燥 ， 高 速 空 气 动 力 学 实 验 中 的 低 压 风 洞 ） 。 高 真 空 （ 0 .1 -0 .0 0 0 0 0 1 Pa） ： 气 体 分 子 间 相 互 碰 撞 极 少 ， 气 体 分 子 与 器 壁 间 碰 撞 频 繁 ， 气体 运 动 以 分 子 流 为 主 ， 此 时 的 气 体 释 放 是 影 响 真 空 度 及 抽 气 时 间 的 一 个 主 要 原 因 。 利 用 气体 分 子 密 度 低 ， 任 何 物 质 与 气 体 残 余 分 子 发 生 化 学 作 用 微 弱 的 特 点 进 行 真 空 冶 金 ， 真 空 镀膜 （ 超 纯 金 属 、 半 导 体 材 料 的 真 空 提 纯 及 精 制 ， 真 空 镀 膜 ， 离 子 注 入 、 干 法 刻 蚀 等 表 面 改 性 ， 真 空 器 件 的 生 产 ： 光 电 管 、 各 种 粒 子 加 速 器 等 ） 。 超 高 真 空 （ 0 .0 0 0 0 0 0 1 Pa） ： 气 体 分 子 与 器 壁 的 碰 撞 次 数 极 少 ， 气 体 空 间 只 有 固 体 本 身 的原 子 ， 几 部 没 有 别 的 分 子 或 原 子 的 存 在 ， 此 时 压 强 的 升 高 除 了 泄 漏 外 主 要 就 是 器 壁 分 子 的释 放 。 应 用 ： 宇 宙 空 间 环 境 的 模 拟 ， 大 型 同 步 质 子 加 速 器 的 运 转 。 常 用 密 封 方 式 O型 密 封 圈 （ 挤 压 密 封 ） ， 特 种 橡 胶 材 质 ， 一 般 用于 腔 室 与 门 的 密 封 ， 真 空 阀 门 ， 真 空 计 的 衔 接 处的 密 封 等 。 钢 质 波 纹 管 （ 液 压 成 型 、 焊 接 成 型 ） ， 用 于 真 空泵 与 真 空 管 路 等 的 衔 接 密 封 ， 因 其 可 形 变 ， 配 合密 封 圈 使 用 。 法 兰 密 封 ， 主 要 用 于 电 极 同 轴 线 的 连 接 等 金 属 密 封 （ O密 封 、 C密 封 ， E密 封 等 ） 靠 的 是 金 属的 自 紧 作 用 。 焊 接 注 ： 绝 对 的 密 封 是 不 存 在 的 ， 任 何 材 质 的 腔 室 材 料 本 身 都 会 有 气体 分 子 渗 入 （ 一 般 腔 室 都 制 作 的 很 厚 ） ， 各 密 封 处 的 渗 漏 等 ， 腔室 内 壁 吸 附 分 子 的 释 放 （ 腔 室 都 要 经 过 特 殊 的 内 壁 处 理 ， 减 少 分子 吸 附 ） 等 腔室内壁对气体分子的吸附与脱附 吸 附 ： 固 体 表 面 对 气 体 分 子 的 捕 获 。 分 物 理 吸 附 和 化 学 吸 附 。 物 理 吸 附 ： 由 分 子 间 的 吸 引 力 引 起 ， 没 有 选 择 性 ， 任 何气 体 都 可 在 固 体 表 面 被 吸 附 。 物 理 吸 附 容 易 脱 附 。 低 温下 发 生 。 化 学 吸 附 ： 由 气 体 与 固 体 表 面 分 子 发 生 化 学 反 应 时 产 生 ，不 易 脱 附 ， 只 在 高 温 下 发 生 。 真 空 中 的 吸 附 与 脱 附 决 定 于 气 体 压 强 、 固 体 与 气 体 的 化学 活 性 、 固 体 温 度 、 固 体 表 面 平 整 度 、 清 洁 度 等 。 适 当加 热 有 助 于 物 理 脱 附 。 气 体 的 电 离 将 加 速 吸 附 过 程 ， 而活 泼 金 属 及 活 性 气 体 则 容 易 发 生 化 学 吸 附 。 真空获得 本 真 空 系 统 用 到 的 真 空 泵 有 ： 扩 散 泵 （ Diffusion pump） ， 小 油 封 机 械 泵(Holding pump)， 大 油 封 式 旋 片 泵 (Roughing pump)， 罗 茨 增 压 泵 (Blower pump)， 干 泵 (Process pump) 为 了 获 得 更 好 的 真 空 效 果 及 抽 气 速 率 通 常 采 用 真 空 泵 组 合 机 组 来 实 现 。 工 业 常 用 组 合 ： （ 机 械 泵 +扩 散 泵 ） 、 （ 机 械 泵 +分 子 泵 ） 本 系 统 所 用 组 合 ： 小 油 封 旋 片 泵 +扩 散 泵 大 油 泵 +增 压 泵 +扩 散 泵 干 泵 ： 抽 特 气 尾 气 本 真 空 系 统 用 到 罗 茨 泵 的 变 速 靠 的 是 液 力 联 轴 器 ， 液 压 联 动 技 术 主 要 用 于轮 船 驱 动 等 方 面 ， 目 的 就 是 防 过 载 ， 保 护 马 达 。 液 压 联 动 的 优 点 ： 质 量 轻 ， 传 动 无 磨 损 ， 使 用 寿 命 长 ， 易 于 保 护 电 机 等 。 工 作 过 程 ： 气 体 从 入 口 进 入 转 子 和 定 子 之 间 偏 轴 转 子 压 缩 空 气 并 输 送 到 出 口 气 体 在 出 口 累 积 到 一 定 压 强 ， 喷 出 到 大 气 工 作 范 围 及 特 点 ： Atmosphere to 10-3 torr 耐 用 ， 便 宜 由 于 泵 的 定 子 、 转 子 都 浸 入 油 中 ， 每 周 期 都 有油 进 入 容 器 ， 有 污 染 。 要 求 机 械 泵 油 有 低 的 饱 和 蒸 汽 压 、 一 定 润 滑 性 、黏 度 和 高 稳 定 性 。 旋片式机械泵工作示意图 一 般 用 油 机 械 泵 粗 抽 真 空 ， 不 能 使 系 统 真 空度 太 高 ， 太 高 会 造 成 严 重 的 机 械 泵 返 油 反 流 ，只 要 达 到 高 真 空 泵 工 作 范 围 即 可 。 油 位 控 制 吸 入 气 体 粉 尘 多 ， 油 污 染 问 题 ， 可 在 泵 入 口加 一 除 尘 装 置 和 一 过 滤 装 置 油 乳 化 ， 吸 入 气 体 水 蒸 汽 太 多 ， 可 加 一 气 镇装 置 ， 或 者 在 罗 茨 泵 排 气 口 加 冷 凝 器 （ 乳 化就 是 一 种 液 体 离 散 为 很 多 微 粒 分 散 到 另 一 种液 体 中 ， 成 为 一 种 乳 液 ） 。 吸 入 气 体 温 度 过 高 ， 比 如 高 于 5 0 ， 应 采 用气 冷 罗 茨 泵 对 气 体 降 温 经 常 检 查 泵 的 各 部 位 温 度 ， 及 时 调 节 冷 却 水水 量 。 气 镇 的 运 用 泵 所 抽 取 的 气 体 中 通 常 会 包 含 一 定 量 的 可 凝 性 气 体 ， 这 种 混 合 气 体 在 泵 内 压缩 排 气 的 过 程 中 ， 如 果 可 凝 性 气 体 的 分 压 超 过 了 泵 温 下 的 饱 和 蒸 汽 压 ， 那 么他 们 就 会 凝 结 ， 和 泵 油 混 合 ， 随 着 凝 结 物 的 累 加 ， 最 终 会 导 致 泵 油 的 性 能 变差 ， 乃 至 乳 化 。 我 们 可 以 采 用 气 镇 来 防 止 蒸 汽 凝 结 ， 从 而 避 免 油 污 染 。 具 体 做 法 就 是 将 室 温干 燥 空 气 或 氮 气 从 气 镇 孔 充 入 泵 体 的 压 缩 腔 ， 从 而 起 到 一 个 稀 释 的 作 用 ， 使压 缩 后 的 蒸 汽 分 压 能 保 持 在 泵 温 状 态 下 的 饱 和 蒸 气 压 之 下 ， 因 此 蒸 汽 可 以 不被 压 缩 和 其 他 气 体 一 起 排 出 泵 外 。 气 镇 虽 然 能 起 到 排 出 蒸 汽 的 目 的 但 同 时 也 降 低 了 泵 的 抽 速 及 极 限 真 空 ， 因 此通 常 先 打 开 气 镇 阀 排 出 蒸 汽 ， 等 过 一 段 时 间 就 可 关 闭 气 镇 阀 ， 在 抽 一 会 就 可达 到 泵 的 极 限 真 空 。 当 泵 油 被 少 量 凝 结 液 污 染 后 可 以 通 过 气 镇 来 自 净 化 泵 油 ： 关 闭 入 口 阀 门 ， 打 开 气 镇 阀 ， 运 行 一 段 时 间 ， 泵 油 即 可 恢 复 。 罗茨泵工作原理 罗 茨 泵 压 缩 气 体 所 需 的 功 率 与 压 差 成 正 比 ， 一 旦 气 体 压 差 过 高 ， 泵 就 可 能 出 现 过 载 现 象 ，造 成 电 机 绕 组 烧 损 .本 罗 茨 泵 使 用 了 液 力 联 轴 器 ， 使 泵 可 以 无 级 调 速 ， 平 稳 起 动 ， 能 够 在 高 压 差 下 工 作 ， 起到 保 护 马 达 的 作 用 。 罗 茨 泵 分 3种 ： 低 真 空 罗 茨 泵 ； 中 真 空 罗 茨 泵 （ 机 械 增 压 泵 ） ； 高 真 空 多 级 罗 茨 泵 （ 干 泵 ） 。 液 力 联 轴 器 简 单 介 绍 液 力 联 轴 器 是 一 种 靠 液 体 作 为 工 作 介 质 的 非 刚 性 联 轴 器 。 液 力 联 轴 器 安 装 与 泵 与 电 动 机 之 间 ， 其 泵 轮 与 涡 轮 组 成 一 个 可 使 液 体 循 环 流 动 的 密闭 工 作 腔 ， 泵 轮 安 装 在 输 入 轴 上 ， 涡 轮 装 在 输 出 轴 上 。 电 动 机 带 动 输 入 轴 旋 转 时 ，液 体 被 离 心 式 泵 轮 甩 出 。 这 种 高 速 液 体 进 入 涡 轮 后 推 动 涡 轮 旋 转 ， 将 从 泵 轮 获 得 的能 量 传 递 给 输 出 轴 。 最 后 液 体 返 回 泵 轮 ， 形 成 周 而 复 始 的 流 动 ， 即 液 力 联 轴 器 靠 液体 来 实 现 电 动 机 与 泵 之 间 力 矩 的 传 递 。 液 力 联 轴 器 输 入 轴 与 输 出 轴 靠 液 体 联 系 ， 工作 构 件 间 不 存 在 刚 性 连 接 。 因 此 其 过 载 保 护 性 能 和 启 动 性 能 好 ， 载 荷 过 大 而 停 转 时输 入 轴 仍 可 转 动 ， 不 致 造 成 马 达 的 损 坏 ;当 载 荷 减 小 时 ， 输 出 轴 转 速 增 加 到 接 近 输入 轴 的 转 速 。 液 力 联 轴 器 的 传 动 效 率 等 于 输 出 轴 转 速 与 输 入 轴 转 速 之 比 ， 一 般 正 常 的 转 速 比 在0 .9 5 以 上 可 获 得 比 较 高 的 效 率 。 液 力 联 轴 器 的 特 性 因 工 作 腔 与 泵 轮 、 涡 轮 的 形 状 不同 而 有 差 异 。 罗 茨 泵 的 最 大 压 差 由 液 力 联 轴 器 所 传 递 的 最 大 转 矩 来 决 定 ， 而 液 力 联 轴 器 可 传 递 的 最 大 转 矩 可 由 其 中 的 液 体 量 来 调 节 。 当 泵 在 高 压 差 下 工 作 或 与 前 级 泵 同 事 启 动 时 ，在 液 力 联 轴 器 内 部 就 产 生 了 转 速 差 及 会 发 生 滑 动 ， 即 只 传 递 一 定 的 力 矩 ， 使 泵 减 速工 作 。 随 着 抽 气 的 进 行 ， 气 体 负 荷 减 小 ， 罗 茨 泵 逐 渐 加 速 到 额 定 转 速 ， 达 到 最 高 抽气 效 率 。 罗 茨 泵 特 点 ： 在 较 宽 压 强 范 围 有 较 大 的 抽 速 启 动 快 ， 迅 速 工 作 对 气 体 中 的 灰 尘 和 水 蒸 气 不 敏 感 转 子 不 需 油 润 滑 ， 提 供 比 较 洁 净 的 工 作 环 境 设 备 驱 动 功 率 小 ， 机 械 磨 损 小 结 构 紧 凑 ， 小 巧 运 行 维 护 费 用 低 罗 茨 泵 转 子 冷 却 问 题 泵 连 续 长 时 间 工 作 会 导 致 转 子 温 度 的 升 高 ， 在 1 0 Torr量 级 范 围 内 ， 被 抽 气 体 导 热 能 力 变 的 很差 ， 转 子 的 散 热 主 要 是 向 泵 腔 辐 射 被 带 走 ， 这 样 会 使 转 子 和 泵 腔 存 在 很 大 的 温 度 差 ， 转 子 的热 膨 胀 可 能 导 致 转 子 之 间 及 于 泵 腔 间 隙 的 减 小 乃 至 消 失 ， 转 子 就 可 能 被 卡 死 ， 乃 至 损 坏 。 转 子 的 冷 却 一 般 有 两 种 方 法 :1 .在 出 气 口 加 水 冷 却 器 ， 排 气 回 流 的 气 体 经 过 热 交 换 器 变 成 了 低温 气 体 ， 它 在 通 过 间 隙 返 流 时 就 可 以 对 转 子 进 行 冷 却 ;2 .往 主 轴 的 颈 部 内 孔 通 冷 却 流 体 ， 进 入到 转 子 内 部 ， 进 而 通 过 循 环 实 现 对 转 子 的 冷 却 ， 通 过 负 荷 的 大 小 来 调 节 油 量 的 多 少 ， 达 到 一个 合 理 的 冷 却 效 果 ， 通 过 循 环 水 来 冷 却 油 （ 内 冷 却 方 法 存 在 的 最 大 缺 陷 是 如 转 子 内 部 存 在 气泡 的 话 会 引 起 转 子 运 转 不 平 衡 ， 造 成 泵 的 损 坏 ） 。 蜂 窝 式 热 交 换 器 的 独 特 构 造 可 以 最大 化 的 实 现 冷 却 效 果 ， 并 且 避 免 Vs1与 Vs2之 间 的 气 体 窜 通 ， 降 低 冷 却 效果 。 为 了 实 现 最 大 的 冷 却 效 果 必 须 做 到 ：1.返 流 充 气 迅 速 完 成 ， 冷 却 器 截 流 作 用 小 ， 导 流要 大 。2.冷 却 器 对 气 体 的 热 交 换 要 充 分 ， 因 此 就 要 有 尽量 大 的 交 换 面 积 。但 是 两 者 又 是 相 矛 盾 的 ， 必 须 从 气 体 流 到 状 态 规律 和 热 交 换 规 律 两 方 面 进 行 综 合 考 虑 ， 进 行 优 化选 择 。当 然 具 体 来 说 需 要 考 虑 的 因 素 更 多 ： 转 子 转 速 ，压 差 ， 气 体 温 度 ， 冷 却 水 因 素 ， 泵 腔 体 积 等 等 常 出 现 问 题 油 温 高 ： 冷 却 不 好 ， 箱 体 油 位 过 高 ， 过 滤 器 堵 塞 ， 油 路 堵 塞 ， 工 作 液 不 合 要 求 涡 轮 不 转 ： 箱 体 油 位 过 低 ， 过 滤 器 堵 塞 ， 液 压 泵 入 口 漏 气 轴 端 漏 油 ： 油 封 损 坏 ， 油 封 没 安 装 好 ， 联 轴 器 产 生 吸 油 效 应 （ 加 一 挡 风 板 ） 转 子 卡 死 或 损 坏 ： 冷 却 水 问 题 泵 突 然 停 机 ： 冷 却 水 问 题 ， 前 级 泵 故 障 导 致 罗 茨 泵 出 口 压 力 过 高 ， 罗 茨 泵 过 载 真 空 度 降 低 ： 前 级 泵 故 障 或 性 能 变 差 ， 管 道 泄 露 泵 内 杂 音 ： 机 件 磨 损 ， 生 产 气 体 中 有 较 大 磨 耗 性 颗 粒 进 入 泵 体 ， 因 转 子 间 ， 与 泵 腔 间 狭 缝 极 小 （ 一 般 0 .1 -0 .2 mm） 加 之 泵 长 期 运 转 存 在 的 磨 损 都可 能 导 致 转 子 产 生 碰 擦 ， 产 生 异 响 。 启 动 顺 序 问 题 ， 液 压 调 速 和 齿 轮 箱 变 速 （ 有 无 旁 通 阀 ） 的 区 别泵 一 般 应 该 运 行 一 年 进 行 一 次 大 检 修 ： 齿 轮 及 轴 承 的 磨 损 ， 检 查 密 封 装 置 ，更 换 密 封 圈 ， 检 查 转 子 的 腐 蚀 情 况 ， 转 子 结 垢 情 况 ， 泵 腔 腐 蚀 及 结 垢 情 况 。 扩 散 泵 介 绍油 扩 散 泵 是 靠 喷 嘴 高 速 喷 射 的 硅 油 蒸 汽来 将 气 体 逐 级 压 缩 至 排 气 口 ， 或 气 体 分子 溶 入 油 中 ， 等 油 冷 凝 回 流 被 重 新 加 热然 后 气 体 被 释 放 到 排 气 口 ， 然 后 被 前 级泵 带 走 达 到 抽 真 空 的 目 的 。 扩 散 泵 抽 速快 ， 构 造 简 单 ， 无 机 械 磨 损 构 件 ， 无 噪声 污 染 ， 但 存 在 油 污 染 ， 需 冷 却 水 和 前级 泵抽 气 范 围 ： 10-3 to 10-7 Torr 配 合 液 氮 冷 阱 使 用 可 达 10-9Torr 冷 阱 可 用 极 低 的 温 度 降 低 气 体 分 子 的 能量 或 将 其 吸 附 在 冷 阱 内 部 ， 实 现 更 高 的真 空 。 配 合 冷 阱 使 用 虽 然可 以 降 低 返 油 ， 但是 同 时 也 降 低 了 扩散 泵 的 抽 速 ， 比 如一 个 几 乎 可 以 完 全防 止 返 油 的 冷 阱 可以 降 低 30%左 右 的抽 速 ， 但 是 却 可 以提 高 极 限 真 空 度 。 扩 散 泵 与 分 子 泵 的 比 较 扩 散 泵 与 分 子 泵 都 可 以 获 得 高 真 空 ， 都 不 能 直 抽 大 气 ， 都 需 要 配 备前 级 泵 。 扩 散 泵 ： 构 造 简 单 ， 无 机 械 磨 损 构 件 ， 无 噪 声 污 染 ， 抽 速 快 ， 相 对便 宜 ， 体 积 大 ， 能 耗 高 ， 存 在 油 污 染 （ 配 合 冷 阱 可 极 大 的 降 低 返油 ） 。 分 子 泵 ： 能 耗 低 ， 体 积 小 ， 极 限 真 空 高 ， 洁 净 泵 ， 设 计 复 杂 ， 噪 声大 ， 价 格 昂 贵 。 油 扩 散 泵 真 空 系 统 操 作 注 意 事 项 油 扩 散 泵 真 空 系 统 中 任 何 一 个 阀 门 的 误 操 作 都 会 使 泵 收 到 损 伤 ， 可 能 使 扩 散 泵 泵 油 反 流 到真 空 腔 室 ， 造 成 污 染 。 前 级 管 道 上 的 漏 孔 、 机 械 泵 油 位 高 度 不 适 当 或 前 级 管 道 阀 门 的 失 灵都 会 使 前 级 压 力 超 过 临 界 值 ， 当 前 级 压 力 超 过 临 界 值 时 ， 扩 散 泵 油 就 会 迅 速 反 流 到 真 空 室中 。 虽 然 现 在 基 本 是 系 统 的 全 自 动 控 制 ， 但 有 些 时 候 扔 需 要 手 动 对 真 空 系 统 进 行 操 作 ， 比 如 检漏 等 ， 很 多 情 况 下 泵 油 的 返 流 式 由 设 备 发 生 故 障 或 操 作 步 骤 不 当 造 成 的 。 如 扩 散 泵 入 口 与 高 真 空 阀 门 间 装 有 液 氮 冷 阱 ， 则 在 抽 气 时 不 要 在 真 空 室 的 压 力 高 于 1 .0 E-2 Pa时 给 冷 阱 通 液 氮 ， 否 则 将 使 冷 阱 中 凝 结 过 多 的 水 汽 。 在 需 要 往 扩 散 泵 腔 内 通 大 气 时 ， 应 提 前 确 保 泵 油 冷 却 到 安 全 温 度 以 下 ， 防 止 高 温 下 泵 油 的氧 化 。 防 止 前 级 压 力 超 过 临 界 值 ， 这 样 泵 油 会 迅 速 返 流 到 真 空 腔 室 中 扩 散 泵 应 避 免 在 1 5 -0 .1 Pa的 压 力 范 围 下 长 期 工 作 ， 此 时 ， 扩 散 泵 和 粗 抽 泵 都 存 在 最 大 返 流 率 扩 散 泵 工 作 时 应 经 常 检 查 泵 是 否 有 局 部 过 热 ， 检 查 冷 却 水 温 ， 水 温 过 高 应 加 大 冷 却 水 量 。 扩 散 泵 使 用 环 境 应 尽 量 符 合 规 定 ： 温 度 低 于 3 5 ， 湿 度 小 于 8 0 %， 否 则 泵 性 能 会 下 降 。 扩 散 泵 正 常 工 作 ， 阀 门 误 操 作 ， 应 立 即 关 闭 高 真 空 阀 ， 防 止 泵 油 氧 化 扩 散 泵 停 止 使 用 期 间 应 真 空 保 存 ， 冷 却 水 用 压 缩 空 气 吹 干 净 。 扩散泵常见故障 极 限 真 空 变 低 : 系 统 泄 漏 ， 系 统 太 脏 ， 泵 油 被 污 染 ， 加 热 功 率 不 够 ， 冷 却 水 问 题（ 水 温 、 水 压 、 水 量 、 水 质 ） 抽 气 缓 慢 ： 加 热 功 率 不 够 ， 油 量 不 足 ， 腔 室 污 染 进 气 口 压 力 波 动 加 热 器 输 入 功 率 不 当 ， 进 气 口 前 面 系 统 存 在 渗 漏 反 应 腔 污 染 严 重 前 几 压 力 大 ， 在 较 高 压 力 下 长 期 工 作 ， 误 操 作 ， 加 热 功 率 过 高 干泵 干 泵 属 于 机 械 泵 ， 因 为 无 油 ， 故 多 用 来 抽 取 特 气 或 尾 气 ； 其 实 严 格 意 义 上 说 ， 他 也 并 不 是 完 全 的 无 油 ，在 传 动 齿 轮 及 轴 承 处 仍 需 润 滑 油 或 PFPE全 氟 聚 醚 油 脂 润 滑 ， 产 生 的 油 蒸 汽 仍 可 进 入 泵 腔 产 生 污 染 。 干 泵 大 致 可 分 4类 （ 容 积 式 ） :多 级 罗 茨 ， 爪 式 ， 螺 杆 式 ， 涡 旋 式 ； 极 限 压 力 ： 0.1-10Pa。 多 级 罗 茨 结 构各 转 子 有 中 间 壁 来 隔 离 构 成 各 级的 串 联 结 构 ， 转 子 直 径 和 形 状 相同 ， 有 时 宽 度 不 同 ， 向 高 压 侧 方向 变 窄 。 三 叶 压 缩 比 大 ， 抽 速 低 。 螺 杆 结 构根 据 螺 杆 压 缩 机 原 理 制 成 ， 空 压 机 中 的 螺 杆 在 一 圈 以 内 ， 而 干 泵的 螺 杆 在 两 圈 以 上 ， 这 样 的 设 计 可 以 减 小 返 流 量 ， 提 高 压 缩 比 ，但 是 圈 数 太 多 ， 会 使 得 气 体 路 径 变 长 ， 影 响 抽 速 ， 所 以 莱 宝 有 一种 中 间 进 气 ， 两 边 出 气 的 设 计 ， 加 上 气 镇 可 以 减 少 气 体 粉 尘 的 沉积 。 螺 杆 式 无 油 机 械 真 空 泵 是 利 用 齿 轮 传 动 同 步 反 向 旋 转 的 相 互啮 合 而 不 接 触 的 左 螺 杆 与 右 螺 杆 作 高 速 转 动 ， 利 用 泵 壳 和 相 互 啮合 的 螺 旋 将 螺 旋 槽 分 隔 成 多 个 密 闭 空 间 ， 吸 入 气 体 被 封 在 空 间内 ， 自 吸 入 室 沿 螺 杆 轴 向 连 续 的 推 移 至 排 出 端 但 无 压 缩 （ 好 比螺 母 在 螺 纹 回 转 时 被 不 断 向 前 推 进 的 情 景 相 似 ） ， 只 有 螺 杆 最 末端 的 排 出 空 间 对 气 体 有 压 缩 作 用 。 螺 杆 的 各 级 间 可 形 成 压 力 梯 度 ，以 分 散 压 差 和 提 高 压 缩 比 。 各 部 间 隙 和 泵 转 速 对 泵 的 性 能 有 很 大影 响 。 爪 式 泵 排 气 步 骤从 这 个 图 我 们 可 以 看 出 爪 式 泵 集 中 了 旋 片 泵 与 罗 茨 泵 的 优 点 ， 但 是 压 缩 比 要 比 罗 茨泵 高 很 多 ， 极 限 真 空 等 各 方 面 也 优 于 罗 茨 泵 。a吸 气 排 气b吸 气 排 气 终 止 ， 吸 气 腔 面 积 最 大 ， 两 个 转 子 之 间 还 封 存 了 一 部 分 没 被 排 出 的 气 体c转 子 换 向 ， 转 子 只 需 转 一 小 角 度 ， 封 存 气 体 会 进 入 环 形 空 间 ， 环 形 空 间 气 体 压 力变 大 ， 增 大 压 缩 比 。d转 子 进 行 到 下 一 次 吸 气 的 位 置 ， 排 气 孔 还 没 有 打 开 ， 气 体 仍 被 压 缩 。 爪 式 结 构 干 泵爪 式 泵 一 般 分 立 式 与 卧 式 两 种 ， 图 一 是 卧 式 结 构 ， 由 一 级 罗 茨 +三 级 爪 式 构 成 ， 罗 茨 为 吸 气 级 ，爪 式 为 压 缩 级 ， 这 样 可 以 在 低 进 气 压 力 下 得 到 大 的 抽 速 ， 极 限 压 力 在 1Pa以 下 。 为 获 得 低 压 大 抽速 ， 通 常 罗 茨 级 设 计 的 要 比 爪 式 大 50%以 上 ， 防 止 级 间 过 压 ， 罗 茨 与 中 间 爪 式 之 间 有 较 大 的 气体 传 输 空 间 来 缓 冲 压 力 ， 为 了 抽 出 蒸 汽 ， 在 出 气 级 设 置 气 镇 。图 二 是 立 式 四 级 爪 式 串 联 ， 泵 壳 带 有 水 冷 套 ， 降 低 轴 承 及 轴 封 处 的 温 度 ， 第 一 级 作 为 吸 气 级 ，面 积 要 比 后 三 个 大 ， 级 与 极 之 间 有 隔 板 间 隔 ， 进 气 口 与 出 气 口 都 在 隔 板 上 ， 分 别 有 两 个 转 子 端面 定 时 开 启 ， 当 泵 的 一 部 分 压 缩 排 气 时 ， 另 一 部 分 则 吸 气 ， 立 式 结 构 有 利 于 抽 除 含 有 粉 尘 及 悬浮 颗 粒 的 气 体 ， 且 轴 向 返 流 小 。在 抽 取 含 粉 尘 比 较 多 的 气 体 或 危 险 特 气 的 时 候 可 以 逐 级 往 泵 腔 通 N2来 防 止 粉 尘 的 沉 积 ， 及 稀 释特 气 至 安 全 氛 围 以 下 。冷 却 水 效 果 很 重 要 ， 必 要 时 需 要 冷 却 对 高 危 特 气 进 行 冷 却 。 真 空 计 真 空 计 （ 规 ） 就 是 对 真 空 状 态 计 真 空 度 进 行 测 量 的 器 件 ， 常 用 的 是 热 偶 真 空 计 、 皮拉 尼 真 空 计 潘 宁 冷 阴 极 真 空 计 和 热 阴 极 真 空 计 四 种 。 为 了 测 量 的 方 便 通 常 用 到 的 是 一 些 复 合 真 空 规 ， 复 合 真 空 规 一 般 是 两 个 真 空 计 的 组合 ， 可 以 自 动 在 两 个 量 程 之 间 切 换 ， 获 得 更 大 的 工 作 范 围 （ 和 真 空 泵 组 合 有 相 似 之处 ） 。 皮 拉 尼 真 空 计 ： 利 用 电 阻 丝 随 温 度 的 变 化 而 电 阻 随 之 变 化 的 原 理 来 测 量 ， 而 电 阻 丝温 度 的 变 化 又 与 其 周 围 气 体 的 热 导 率 有 关 （ 用 平 衡 电 桥 的 方 式 来 测 出 待 测 电 阻 ） 。 热 阴 极 真 空 计 :气 体 导 电 ， 气 体 分 子 被 灯 丝 释 放 的 高 速 电 子 撞 击 电 离 ， 碰 撞 频 率 与气 体 密 度 成 正 比 ， 气 体 密 度 与 气 体 压 强 又 存 在 关 系 ， 故 可 以 通 过 测 定 收 集 到 的 离 子流 的 大 小 来 确 定 气 体 的 压 强 。 热 阴 极 电 离 真 空 计 原 理 图 皮 拉 尼 电 阻 冷 阴 极 电 离 真 空 计 是 利 用 的 潘 宁 放 电 原 理 。 潘 宁 放 电 是 将 放 电 系 统 放 入 一 轴 向 磁 场 ， 在 低 压 下 使 残 留 的 电 子 ， 离 子 等 在 电磁 场 的 影 响 下 做 轮 滚 线 运 动 （ 直 线 运 动 与 圆 周 运 动 的 和 运 动 ） ， 这 无 疑 增 加 了电 子 的 运 动 轨 迹 ， 可 以 加 速 到 更 高 的 速 度 ， 与 气 体 中 性 分 子 碰 撞 ， 使 其 电 离 ，这 与 磁 控 溅 射 有 相 似 之 处 。 热 阴 极 需 要 加 热 灯 丝 来 释 放 电 子 ， 冷 阴 极 利 用 的 是 低 压 空 间 残 留 带 电 粒 子 。 潘 宁 放 电 原 理 图 电 离 规 常 用 到 的 真 空 计皮 拉 尼 /压 电 复 合 真 空 规测 量 范 围 ： 1大 气 压 至 1E-5Torr全 量 程 复 合 真 空 规测 量 范 围 ： 1大 气 压 至 1E-10Torr 注 ： 真 空 规 的 安 装 要 求 ： 规 管 入 口 应 朝 下 或 合 适 的 一侧 ， 以 防 落 入 颗 粒 灰 尘 及 影 响 测 量 精 度 。 氦 质 谱 检 漏 仪 1 我 们 需 要 检 漏 的 主 要 地 方 ： 各 镀 膜设 备 的 真 空 系 统 ， 特 气 管 路 等 2 检 漏 方 式 很 多 ， 但 工 业 普 遍 采 用 氦质 谱 检 漏 仪 ， 其 具 有 检 漏 范 围 广 （10-3 10-8 Pam3/S ） 、 性 能 稳 定、 精 度 高 、 安 全 方 便 等 优 点 。 3 氦 质 谱 检 漏 仪 是 根 据 质 谱 学 原 理 ，利 用 氦 气 作 为 示 踪 气 体 ， 来 对 各 种容 器 的 泄 漏 、 微 漏 和 渗 漏 (包 括 材料 本 身 的 )进 行 检 测 的 仪 器 。 使 用 氦 气 作 为 示 踪 气 体 的 原 因1 氦 气 在 空 气 中 含 量 非 常 少 ， 只 有 5ppm（ 空 气 中 占 约 1/200， 000） ；2 在 被 测 试 的 物 体 内 部 所 残 留 的 空 气 中 的 氦 气 含 量 也 非 常 少 ；3 由 于 氦 分 子 量 小 、 分 子 直 径 小 （ 在 元 素 周 期 表 中 在 仅 排 在 氢 的 后 面 ） ， 即 便 是 极 其 微 小 的 渗 漏 孔 也 能 方 便 地 通 过 ；4 由 于 具 有 化 学 上 的 不 活 跃 性 ， 不 会 污 染 排 气 系 统 及 被 测 试 物 体 ， 也 不 容 易 吸 附 在 腔 体 表 面 上 ， 容 易 放 出 。5 由 于 具 有 对 人 体 无 害 性 和 不 可 燃 爆 性 ， 因 此 使 用 安 全 方 便 ；6 对 分 析 管 的 分 辨 率 要 求 并 不 高 ， 容 易 实 现 高 灵 敏 度 ；7 不 存 在 环 境 污 染 问 题 。注 ： 不 用 氢 的 原 因 ： 氢 气 本 身 就 是 易 燃 易 爆 气 体 。 氦 质 谱 检 漏 仪 的 工 作 原 理灯 丝 发 射 出 的 电 子 在 电 离 室 来 回 震 荡 ，与 电 离 室 内 气 体 和 经 被 检 件 漏 孔 进 入 电离 室 的 氦 气 相 互 碰 撞 使 其 电 离 成 正 离 子 ，这 些 离 子 在 加 速 电 场 作 用 下 经 缝 隙 进 入磁 场 ， 由 于 洛 伦 兹 力 作 用 产 生 偏 转 ， 形成 圆 弧 形 轨 道 ， 轨 道 半 径 与 粒 子 的 荷 质比 有 关 ， 调 节 电 压 使 氦 离 子 正 好 通 过 缝隙 被 收 集 形 成 离 子 流 经 放 大 器 放 大 ， 通过 输 出 表 及 音 响 显 示 出 来 。 检漏原则及方法 原 则 ： 从 上 而 下 （ 氦 气 密 度 小 ） 由 近 到 远 （ 检 漏 仪 响 应 时 间 随 距 离 而 不 同 ） 方 法 ： 喷 氦 法 （ 负 压 ， 真 空 系 统 的 检 漏 常 用 方 法 ） 吸 氦 法 （ 通 氦 加 压 ， 特 气 管 路 等 常 用 方 法 ） 检 漏 步 骤 接 通 电 源 ， 打 开 开 关 。 按 预 抽 阀 预 抽 检 漏 仪 内 部 真 空 。 启 动 时 间 大 概 十 分 钟 ， 内 部 真 空 抽 至 5 Pa左 右 打 开 灯 丝 通 过 波 纹 管 连 接 检 漏 仪 至 待 检 管 路 ， 起 动 用 相 应 的 泵 抽 待 检 管 路 及 波 纹 管 真 空 至 5 Pa左 右 。 打 开 检 漏 仪 上 的 阀 门 ， 使 管 路 与 检 漏 仪 联 通 。 调 节 漏 率 指 示 条 位 置 及 喇 叭 声 响 大 小 对 要 检 部 位 喷 氦 检 漏 检 漏 结 束 ， 关 闭 灯 丝 。 关 闭 检 漏 仪 真 空 阀 门 ， 关 机 。 打 开 放 气 阀 ， 关 闭 电 源 。 检 测 部 位 腔 门 密 封 圈 法 兰 ， 拆 卸 过 的 重 点 检 测 气 动 阀 门 ， 拆 卸 过 的 重 点 检 测 焊 缝 接 口 注 ： 每 次 检 漏 都 是 有 针 对 性 的 进 行 ， 各 拆 卸 过 的 部 件 ， 密 封 圈 及 阀 门 是 重点 。 检漏仪技术参数 灵 敏 度 ： 也 即 最 小 检 漏 率 启 动 时 间 ： 一 般 是 指 预 抽 真 空 时 间 漏 率 检 测 范 围 ： 工 作 范 围 反 应 时 间 ： 指 仪 器 节 流 阀 完 全 开 启 ,本 底 讯 号 为 零 (或 补 偿 到 零 )时 ,由恒 定 的 氦 流 量 使 输 出 仪 表 讯 号 上 升 到 最 大 值 的 0.63所 需 要 的 时 间 清 除 时 间 ： 指 输 出 仪 表 讯 号 稳 定 到 最 大 值 后 ,停 止 送 氦 , 其 讯 号 下 降 到最 大 值 的 0.37所 需 要 的 时 间 质 谱 室 工 作 真 空 及 极 限 真 空 ： 描 述 仪 器 性 能 的 重 要 参 数 ， 可 用 检 漏 仪的 真 空 规 测 定 入 口 处 抽 速 ： 重 要 参 数 ， 可 用 流 量 计 测 定 等离子体 等 离 子 体 状 态 （ plasma） ： 等 离 子 体 就 是 处 于 自 由 运 动 状态 下 阴 阳 带 电 粒 子 共 存 并 呈 电 中 性 状 态 的 物 质 ， 也 把 等 离子 体 称 作 物 质 的 第 四 种 状 态 。 物 质 随 着 能 量 的 增 加 ， 通 过 熔 化 ， 蒸 发 ， 离 子 化 的 方 式 可实 现 固 态 、 液 态 、 气 态 、 等 离 子 体 四 种 状 态 的 变 化 ， 宇 宙中 约 9 9 %的 物 质 都 处 于 等 离 子 体 状 态 。 等 离 子 体 生 成 方 式 ： 辉 光 放 电 ， X射 线 、 g射 线 照 射 ， 激 光照 射 等 。 常 用 方 式 ： 气 体 放 电 ， 即 在 平 板 电 容 结 构 的 两 个 平 板 电 极上 施 加 射 频 或 直 流 脉 冲 电 压 ， 使 处 于 真 空 环 境 下 的 气 体 产生 辉 光 放 电 ， 形 成 等 离 子 体 。 等 离 子 体 的 发 生 ： 如 果 使 低 压 气 体 处 于 电 场 中 ， 在 气 体 中 所 存 在 的 少 量 的 自 由 电 子 就 会 被 加 速 ， 由 于 气 体 比 较的 稀 薄 ， 电 子 的 平 均 自 由 程 较 大 ， 因 而 容 易 被 加 速 到 较 高 的 速 度 。 这 些 高 速 电 子 与 中 性 的 原子 、 分 子 碰 撞 后 ， 便 会 失 去 部 分 能 量 ， 如 果 所 发 生 的 是 弹 性 碰 撞 ， 就 会 增 加 中 性 原 子 ， 分 子的 动 能 ， 于 是 气 体 的 温 度 便 会 相 应 地 升 高 ， 如 果 发 生 的 是 非 弹 性 碰 撞 ， 那 么 就 会 发 生 离 解 、离 化 、 激 发 等 现 象 ， 因 而 产 生 出 大 量 的 各 种 离 子 ， 游 离 基 。 这 些 粒 子 在 化 学 性 质 上 是 活 化 的 ，他 们 有 助 于 生 成 新 的 粒 子 和 发 生 化 学 反 应 。 而 电 子 在 损 失 掉 能 量 以 后 又 会 被 电 场 加 速 ， 他 们不 断 地 反 复 着 被 加 速 -与 分 子 原 子 碰 撞 的 过 程 ， 于 是 气 体 便 很 快 地 电 离 而 成 为 等 离 子 体 发生 放 电 现 象 。 并 非 任 何 的 电 离 气 体 都 是 等 离 子 体 。 只 要 绝 对 温 度 不 为 零 ， 任 何 气 体 中 总 存 在 有 少 量 的 分 子和 原 子 电 离 。 严 格 地 说 来 ， 只 有 当 带 电 粒 子 地 密 度 足 够 大 ， 能 够 达 到 其 建 立 的 空 间 电 荷 足 以限 制 其 自 身 运 动 时 ， 带 电 粒 子 才 会 对 体 系 性 质 产 生 显 著 的 影 响 ， 也 即 只 有 这 样 密 度 的 电 离 气体 才 能 转 变 为 等 离 子 体 。 除 此 之 外 ， 等 离 子 体 的 存 在 还 有 其 特 征 的 空 间 和 时 间 限 度 。 放 电 的 维 持 靠 的 是 2次 电 子 。 Pecvd设 备 等 离 子 体 增 强 化 学 气 相 沉 积 （ PECVD） 技 术 是 基 于 通 过 辉 光 放 电 方 式 得 到 的 低 温 等 离 子 体 使含 有 薄 膜 组 成 的 气 态 物 质 发 生 化 学 反 应 ， 从 而 实 现 薄 膜 材 料 生 长 的 一 种 薄 膜 制 备 技 术 。 可以 充 分 利 用 等 离 子 体 各 反 应 粒 子 及 活 性 基 团 从 高 频 电 场 获 得 的 能 量 在 较 低 温 度 衬 底 上 键 合成 膜 。 Pecvd成 膜 一 般 包 括 三 个 基 本 过 程 ：1） 电 子 获 得 能 量 撞 击 反 应 气 体 ， 使 其 分 解 电 离 生 成 含 有 离 子 和 活 性 基 团 的 混 合 物 。 2） 各 种 活 性 基 团 向 薄 膜 生 长 表 面 即 衬 底 表 面 扩 散 输 运 ， 因 为 基 团 平 均 自 由 程 很 短 故 同 时 发 生各 反 应 物 的 次 级 反 应 。3） 到 达 生 长 表 面 的 各 种 初 级 及 次 级 反 应 的 产 物 被 表 面 吸 附 并 发 生 反 应 ， 生 成 薄 膜 。 因 为 辉 光 放 电 过 程 中 反 应 气 体 的 激 励 主 要 是 电 子 碰 撞 ， 因 此 等 离 子 体 内 各 基 团 之 间 及 基 团 与 表 面 之 间 的 反 应 与 作 用 都 极 其 的 复 杂 ， 这 给 pecvd成 膜 机 理 研 究 增 加 了 很 多 困 难 ， 很 多 重要 的 反 应 体 系 都 是 通 过 大 量 的 实 验 来 优 化 实 验 参 数 ， 从 而 获 得 具 有 优 异 特 性 的 薄 膜 。 PECVD主 要 工 艺 参 数 生 长 速 率 ： 沉 积 太 快 会 导 致 反 应 物 没 有 充 分 反 映 即 沉 积 在 衬 底 上 ， 会 造 成 制 备 的 薄 膜 膜 质 疏松 ， 各 种 性 能 品 质 下 降 。 太 慢 则 会 影 响 生 产 效 率 和 生 产 节 拍 ， 生 长 太 慢 对 薄 膜 的 品 质 也 有 影响 。 衬 底 温 度 ： 衬 底 温 度 对 制 备 的 薄 膜 性 质 的 影 响 很 大 ， 一 般 而 言 衬 底