光学薄膜制备的基础——真空技术
seo

聯系我們

0510-88276101

行業新聞

您的當前位置:首頁 > 新聞中心 > 行業新聞

光學薄膜制備的基礎——真空技術

發布時間:2019-06-25瀏覽次數:載入中...來源:http://yjzdc.com/

真空是制備光學薄膜的基礎。目前,大部分薄膜的制備都是在真空條件下進行的。本文簡要介紹與光學薄膜制備相關的基本真空知識。



1、真空的發現

? ? ? ?在1641年,意大利數學家托里拆利(Torricelli)在一端封閉的長玻璃管內加滿水銀,然后緩慢的將管口倒置在一個盛滿水銀的容器內,管內水銀柱的高度極值是76厘米,這時玻璃上方無水銀區域便是真空狀態。如果用水來代替水銀,則水柱的高度極值是10.3米。



2、真空的定義和單位


? ? ? ?真空是在給定的空間內低于一個大氣壓力的氣體狀態。一般用真空度來表征真空,而真空度的高低用壓強(作用在單位面積上的力)來衡量。壓強所采用的法定計量單位是帕斯卡(Pascal),系米公斤秒制單位,是目前國際上推薦使用的國際單位制(SI),簡稱帕(Pa)。目前在實際工程技術中有幾種舊單位還在延用,幾種舊單位與帕斯卡之間的轉換關系如下:

(1) ?標準大氣壓(atm):

1atm=1.01325х105Pa=760 Torr。


(2) ?托(Torr):

? ? ?1 Torr=1/760atm=133.3Pa。

(3) ?巴(bar):

? ? ?1 bar= 1 atm =1000 mbar

(4) ?豪巴(mbar):

? ? ?1 mbar=7.5х10-1 Torr=100Pa。



3、真空在薄膜鍍制中的作用


? ? ? 氣體分子無時無刻都在做無規則的熱運動,分子與分子之間,以及分子與容器壁之間都不斷的發生著碰撞。常溫常壓條件下,氣體的分子密度約為3х1019個/cm3,每個空氣分子每秒中內要經歷1010次碰撞。氣體的分子運動軌跡就不是一條直線,而是一條不斷碰撞的同時不斷改變方向的折線。如果在這樣的環境下鍍膜,蒸發粒子將會與其它分子頻繁發生碰撞,不斷改變方向,也會增加與其它分子發生反應的幾率,蒸發速率和膜厚也就無法控制。要想避免這些不利因素,就需要我們在真空的條件下來進行。




真空區域的劃分

? ? ? ?為了便于討論和實際應用,常把真空劃分為:粗真空(>103Pa)、低真空(103~10-1Pa)、高真空(10-1~10-6Pa)、超高真空(<10-6Pa)四個區域。粗真空的氣態空間近似大氣狀態,分子以熱運動為主,其氣流特性以氣體分子之間的碰撞為主;低真空氣體分子的流動逐漸從粘滯流狀態向分子流狀態過渡為主,此時分子之間和分子與容器壁之間的碰撞次數差不多;高真空的氣體流動為分子流,以氣體分子與器壁碰撞為主,碰撞次數大大減少,在高真空下蒸發的材料,粒子將沿直線飛行。



真空度是氣體分子熱運動的宏觀表現,另有微觀參量“自由程”:氣體分子之間相鄰兩次碰撞的距離,其統計平均值稱為“平均自由程”。

設N0個蒸發粒子行進距離d后,未受殘余氣體粒子碰撞的數目為:

Nd= N0e-d/l(1)

被碰撞的分子百分數:

f=1- Nd/ N0=1- e-d/l(2)

根據(2)式計算可知,當平均自由程等于蒸發源到基底的距離時,有63%的蒸發粒子發生碰撞;如果平均自由程增加10倍,則碰撞的粒子數減小到9%。可見,只有在平均自由程比蒸發源到基底的距離大得多的情況下,才能有效地減少碰撞現象的發生。

假如平均自由程足夠大,且滿足條件l>>d,則有:

f≈d/l(3)

又因為

l≈0.667/P(P為壓強)(4)

將(4)式代入(3)式可得:

f≈1.5dP(5)

? ? ? ?為保證膜層質量,設f≤10-1。當蒸發源到基底的距離d=30cm時,則P≤2.2×10-3Pa。由(5)式可知鍍膜機的真空室越大,及蒸發源到基底的距離越長,則需要的真空度就越高。



真空在薄膜制備中的作用有兩個:一是減少蒸發粒子與其它氣體粒子之間的碰撞,二是抑制蒸發分子與其它氣體分子發生反應。

【返回列表】
4bAoF7V0Wydv0Ys8UZMQqEx5jm9Dh5ioCEs9K75yubC3Ri0ntLIadUGJnlwtFOnqB1U31hoxqSwq3CgUJuu0Nky1tLSzykpMPy+LkKI/70mZkM4fMi7x5IUESOshqFjCRpXk5zJoU6DOtwyR9Y7iUOxZTX8MBfYmgSmI9UeJGpdonf2SPWW/Mmyvmo/TzQrqSeHWGxFhOmt1+zsPAdi6VgDDTwd2o0gD