
- •Физико-химические основы технологии электронных средств
- •Инструкция по технике безопасности
- •Лабораторная работа № 1 получение и измерение низкого вакуума
- •Вакуумные системы. Основные сведения
- •Механические форвакуумные и двухроторные насосы
- •Измерение низкого вакуума
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Высоковакуумные насосы Диффузионные паромасляные насосы
- •Криогенные насосы
- •Турбомолекулярные насосы
- •Измерение высокого вакуума
- •Магнитные электроразрядные манометры
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Электронно-лучевое напыление тонких плёнок
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчёта
- •Вопросы по лабораторной работе
- •Библиографический список
Лабораторная работа № 1 получение и измерение низкого вакуума
Цель работы: изучение техники получения и измерения низкого вакуума, приобретение практических навыков работы с системами получения и измерения низкого вакуума.
Вакуум в переводе с лат. – пустота. Практически это понятие означает разряжённый газ, в котором концентрация молекул мала по сравнению с концентрацией их в атмосфере Земли. Благодаря малой концентрации любая частица (электрон, атом, молекула) может достаточно долго перемещаться в пространстве, не сталкиваясь с другими частицами. Путь, пройденный частицей без столкновения, называется длиной свободного пробега и обозначается λ.
Вакуум в каком-либо замкнутом объёме характеризуется давлением газа. Давление – это отношение средней нормальной силы к площади поверхности, на которую эта сила действует. Сама сила возникает в результате столкновения молекул со стенками вакуумной камеры. Единицей силы в системе СИ является 1 ньютон, а единицей давления является 1 паскаль (1 Па = 1 Н/1 м²). В технике давление часто измеряется также в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.): 1мм рт. ст.= 133,32 Па.
В общем
случае физические процессы в вакууме
зависят от соотношения между средней
длиной свободного пробега частиц газа
λ и размером D,
характерным для каждого конкретного
прибора или процесса: расстояния между
стенками вакуумной камеры, диаметра
вакуумного трубопровода, расстояния
между электродами вакуумного электронного
прибора и т. д. В зависимости от этого
соотношения различают низкий (λ
D),
средний (λ ~ D)
и высокий
(λ
D)
вакуум. В обычных вакуумных установках
и приборах низкому вакууму соответствует
давление p
> 102
Па, среднему соответствует давление
102
> р ≥ 10–1
Па и высокому вакууму соответствует р
< 10–3
Па.
В низком вакууме свойства газов определяются частыми столкновениями между частицами, сопровождающимися обменом энергией. Явления переноса при этом (теплопроводность, диффузия, внутреннее трение) характеризуются плавным изменением (или постоянством) градиента переносимой величины, а также тем, что количество переносимого тепла или вещества не зависит от давления. При прохождении электрического тока в низком вакууме определяющую роль играет ионизация газа.
Вакуумные системы. Основные сведения
Основными элементами вакуумных систем являются насосы, которые предназначены для создания требуемого вакуума в камерах установок, а также для поддержания рабочего давления при проведении технологических процессов. В установках для изготовления различных вакуумных электронных приборов, а также тонкоплёночных структур различного назначения, в том числе для интегральных микросхем (ИМС), применяются механические форвакуумные насосы и высоковакуумные насосы.
При производстве ИМС в технологии нанесения тонких пленок требуется создавать давления в пределах от 105 Па (атмосферное) до 10–5 Па и ниже.
Ни один из указанных насосов не может самостоятельно обеспечить откачку от атмосферного давления до высокого вакуума по следующим причинам. Во-первых, при столь широком диапазоне давлений существенно отличаются условия откачки и, во-вторых, каждый насос обладает избирательностью по отношению к газам, входящим в состав воздуха.
Для создания технологического вакуума 10–5 Па включают последовательно несколько насосов различных типов. Кроме того, для каждого интервала давлений и для разных газов существуют свои методы получения вакуума, отличные друг от друга.
Основными параметрами вакуумных насосов являются: предельное остаточное давление, быстрота действия, наибольшие давления запуска, выпускное давление (обычно приводятся в паспортных данных).
Предельное остаточное давление – это наименьшее давление, которое может быть создано данным насосом при закрытом входном патрубке. При этом подразумевается, что отсутствует натекание в насос извне, со стороны его входного патрубка. Этот параметр обусловливает невозможность построения насоса, который сам не был бы даже очень слабым поставщиком газов в вакуумную систему.
Быстрота действия – это объем газа, откачиваемый насосом в единицу времени при данном давлении на входе в насос (в сечении входного патрубка). Наиболее распространенными единицами измерения быстроты действия являются м3/ч и л/с. По постоянству быстроты действия при изменении давления можно судить о качестве насоса, которое тем выше, чем меньше изменяется быстрота действия при уменьшении давления во входном патрубке.
Наибольшее давление запуска – это наибольшее давление во входном патрубке, при котором насос начинает нормально работать, т. е. откачивать подсоединенную вакуумную камеру.
Вакуумные насосы по этому параметру можно разделить на две группы. К первой относятся насосы, наибольшее давление запуска которых равно атмосферному (механические форвакуумные). Во вторую входят насосы, требующие для работы предварительного разрежения (высоковакуумные: паромасляные, турбомолекулярные, криогенные). Высоковакуумные насосы работают с дополнительным насосом, называемым насосом предварительного разрежения, или предварительного вакуума (механическим форвакуумным). Форвакуумные насосы присоединяют впускным патрубком к выпускному патрубку высоковакуумного насоса, нуждающегося в предварительном разрежении.
Наибольшее выпускное давление – это наибольшее давление в выходном патрубке, при котором насос еще может выполнять откачку, т. е. при превышении которого откачка прекращается. Для механических форвакуумных насосов оно превышает атмосферное, а для насосов, требующих предварительного разрежения, приблизительно равно наибольшему давлению запуска.