ЛК 1. КВТ. Лекция 1 Тема. Введение. Основные понятия вакуумной техники. План лекции Введение Определение понятия вакуум
 Скачать 71.5 Kb.
|
|
Криовакуумная техника Лекция 1 Тема. Введение. Основные понятия вакуумной техники. План лекции Введение Определение понятия «вакуум» Степени вакуума. Введение Вакуум широко используется в самых разнообразных отраслях промышленности и науки. Не являются исключением и криогенные системы, для которых вакуумное оборудование стало неотъемлемой составной частью. В криогенике вакуум используется, прежде всего, для целей изоляции. Вакуум необходим криогенике также для регенерации различных сорбентов в блоках очистки и осушки газов. Он применяется для снижения температуры кипения криогенных жидкостей в ваннах предварительного охлаждения ожижителей и криостатов, для отвердения криогенных жидкостей и получения их шугообразного состояния, для вакуумирования коммуникаций и оборудования криогенных установок перед заполнением их рабочим газом: гелием, водородом или неоном. Вакуумные технологические процессы находят все более широкое применение в производстве изделий электронной техники. Это объясняется тем, что вакуум является идеально чистой технологической средой, в которой можно осуществить обработку поверхностей плазмой, электронными и ионными пучками, обеспечивающими значительное повышение точности, воспроизводимости и управляемости процессами изготовления СБИС и УБИС с субмикронными и нанометровыми размерами элементов. Вакуумная техника применяется в процессах нанесения различных слоев и создании материалов с заданными электрофизическим характеристиками, при проведении ионной литографии, молекулярно-лучевой эпитаксии, вакуумных методов анализа поверхности и в других случаях. 2 Определение понятия «вакуум» Термин «вакуум», как правило, используется для обозначения области пространства, в котором давление меньше атмосферного. Атмосферное давление обычно выражается в миллиметрах ртутного столба и над уровнем моря приблизительно равно 760 мм рт. ст., что составляет 1 стандартную атмосферу. В вакуумной технике давление традиционно измеряют в миллиметрах ртутного столба, или Торрах: 1 мм рт. ст. = 1 Торр. Идеальный, или абсолютный, вакуум, представляющий собой пространство, полностью лишенное материи, является практически недостижимым. Однако для практических целей и в соответствии с определением, предложенным Американским вакуумным обществом, термин «вакуум» используется для обозначения пространства, заполненного газом при давлении ниже атмосферного. В Международной системе измерений (СИ) единицей измерения давления является паскаль. Однако в вакуумной технике миллиметр ртутного столба, или Торр, по-прежнему остается одной из самых широко используемых единиц измерения давления. В табл. 1 приведены коэффициенты для перевода некоторых самых широко используемых единиц измерения давления. 3Степени вакуума Величина давления системы — это традиционная характеристика для классификации степеней вакуума. В настоящее время общий термин «вакуум» относится к любой области, имеющей давление в диапазоне от атмосферного до давления, на 19 порядков ниже атмосферного. Для удобства этот расширенный диапазон давлений подразделяется на несколько интервалов, обозначающих степень вакуума. Данное подразделение величин давления ниже атмосферного является несколько произвольным и представляет собой удобный способ обозначения различных физических явлений, возникающих в пределах величин давления, указанных для каждой степени. Многие промышленные виды применения вакуума могут быть также классифицированы в соответствии со степенью вакуума. В табл. 2 представлены виды промышленного применения вакуума и соответствующие им диапазоны давлений. Низкий и средний вакуум В диапазоне низкого и среднего вакуума число молекул газа в вакуумном сосуде велико по сравнению с числом молекул, покрывающих поверхность сосуда. Таким образом, снижение давления путем откачки служит для удаления молекул из газовой фазы. Данный диапазон вакуума находится в пределах величин давления от 1 атм до примерно 10–2 Торр. Вакуум такой степени используется во многих промышленных технологиях, где требуется дегазация или сушка материалов и компонентов. Высокий вакуум Область высокого вакуума соответствует состоянию, при котором молекулы газа располагаются главным образом на поверхностях сосуда и средняя длина свободного пути молекул равна или превышает размеры вакуумного сосуда. Молекулы движутся в вакуумном сосуде, не сталкиваясь с другими молекулами. При такой степени вакуума цель откачки заключается в удалении отдельных молекул. Молекулы покидают поверхность и по отдельности достигают насоса. Высокий вакуум широко используется для нанесения вакуумных покрытий, обработки поверхностей и модификации. Диапазон давлений высокого вакуума составляет от 10–3 до 10–7 Торр. Сверхвысокий вакуум В условиях сверхвысокого вакуума время формирования мономолекулярного слоя равно или превышает время формирования мономолекулярного слоя в обычных лабораторных условиях. Таким образом, можно производить подготовку и определение свойств чистых поверхностей перед формированием слоя адсорбированного газа. Диапазон давлений сверхвысокого вакуума составляет от 10–7 до 10–15 Торр. В табл. 2 приведены различные виды применения вакуумной техники во многих ключевых промышленных технологических процессах в зависимости от степени используемого вакуума. |