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真空(vacuum)

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2019-08-31  來源:儀器信息網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):696
核心提示:真空(vacuum)的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個大氣壓力的氣體狀態(tài),是一種物理現(xiàn)象。真空按其詞源原本是指虛空,即一無所有的空間。在“虛空”中,聲音因為沒有介質(zhì)而無法傳遞,但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。真空的概念 人類對真空的認(rèn)識是一個不斷發(fā)展、不斷深入的過程,最初人們認(rèn)為真空就是空無一物的空間,后來發(fā)現(xiàn)空間充滿空氣,隨后又認(rèn)為抽掉空氣后的空間就是真空。 現(xiàn)在,隨著科學(xué)技術(shù)、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的不斷進(jìn)步,人們對真空的獲得、真空的測量和應(yīng)用都有了迅猛發(fā)展。在對微觀世界的探究中,物理學(xué)家又賦于真空新的含義,真空已成

真空(vacuum)的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個大氣壓力的氣體狀態(tài),是一種物理現(xiàn)象。真空按其詞源原本是指虛空,即一無所有的空間。在“虛空”中,聲音因為沒有介質(zhì)而無法傳遞,但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。

真空的概念

人類對真空的認(rèn)識是一個不斷發(fā)展、不斷深入的過程,最初人們認(rèn)為真空就是空無一物的空間,后來發(fā)現(xiàn)空間充滿空氣,隨后又認(rèn)為抽掉空氣后的空間就是真空。

現(xiàn)在,隨著科學(xué)技術(shù)、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的不斷進(jìn)步,人們對真空的獲得、真空的測量和應(yīng)用都有了迅猛發(fā)展。在對微觀世界的探究中,物理學(xué)家又賦于真空新的含義,真空已成為物理學(xué)研究中的一個新熱點(diǎn)。

1、早期認(rèn)識的真空

16世紀(jì)末期以前,古希臘哲學(xué)家亞里士多德否定真空存在的觀點(diǎn)占主導(dǎo)地位,人們以“自然界害怕真空”為由論證真空的不存在。

進(jìn)入17世紀(jì)以后,隨著原子論的復(fù)活,承認(rèn)真空的觀點(diǎn)也在不斷發(fā)展。大約在1644年托里拆利做了著名的“托里拆利實(shí)驗”,托里拆利將一端封閉、一端開口的細(xì)長玻璃管中注滿水銀,然后封住開口端豎直倒插入水銀槽中,打開開口端后部分水銀流入水銀槽,在玻璃管內(nèi)上部得到了一段真空。

為了證明玻璃管上方確實(shí)是空的,托里拆利給水銀槽上面加滿了水,當(dāng)把管子慢慢提起使其下端剛剛處于有水部分時,管內(nèi)的水銀全部流出,水涌上管內(nèi),以此來說明真空的存在。

實(shí)際上,托里拆利獲得的并非是無空氣分子的真空,不過是空氣非常稀簿而已。直到今天,人類也無法通過技術(shù)去抽光某一范圍內(nèi)的空氣而達(dá)到所謂“技術(shù)真空”?,F(xiàn)代高能加速器內(nèi)需達(dá)到幾億億分之一大氣壓的超高真空,就是在那里,每立方厘米的空間仍有幾百個空氣分子。

2、“場”觀念興起,真空不空

如果我們把問題推到極限,設(shè)想確有一個既沒有空氣分子,也沒有其它任何實(shí)物粒子的空間,那么它是否真的就是“空”的呢?

19世紀(jì)三、四十年代,隨著法拉第對電磁現(xiàn)象的不斷研究,1845年11月,他第一次提出了“磁場”一詞,并認(rèn)為磁場是獨(dú)立于物體的另一種物質(zhì),且充滿了整個空間。

在此基礎(chǔ)上麥克斯韋又作了深入研究,不斷獲得重大進(jìn)步,1865年麥克斯韋發(fā)表“電磁場的動力理論”標(biāo)致著麥克斯韋電磁場理論的建立。

1887年麥克斯韋電磁場理論被赫茲的電磁波實(shí)驗光輝證實(shí)。就這樣,一種新的物質(zhì)形式——“場”,不可抗拒地破土而出,登上了物理學(xué)的殿堂。

于是,人們認(rèn)識到物質(zhì)存在的形式有兩種:一種是實(shí)物,是由分子、原子組成的;另一種是場,如電場、磁場等,它們是充滿全空間的,可以脫離實(shí)物而獨(dú)立存在。雖然它們摸不到、看不見,但它就象我們喝的水、坐的凳子一樣,是客觀存在著的物質(zhì)。在我們的周圍空間不僅存在空氣、實(shí)物粒子流,同時還存在著電磁波、光子。茫茫宇宙充滿了背景輻射,哪里也沒有絕對的“空”。

3、真空:波濤洶涌的負(fù)能粒子海洋

1928年,狄拉克創(chuàng)立了一個與愛因期坦狹義相對論相協(xié)調(diào)的量子力學(xué)理論,即描寫單個電子的相對性波動方程??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)這個狄拉克方程有負(fù)能量的解,這給物理學(xué)詮釋帶來嚴(yán)重困難。

如果是這樣,電子就會一步一步地、無限地向負(fù)能量狀態(tài)躍遷,從而無限制地不斷釋放能量,以至原子發(fā)生災(zāi)難性崩潰。為了避免所有電子都跌入負(fù)能量的深淵,狄拉克在1930年提出正電子的空穴理論。

他假定:在現(xiàn)實(shí)世界中,幾乎所有負(fù)能量的狀態(tài)都已被粒子占據(jù),由于這些粒子服從泡利不相容原理,所以處在正能量狀態(tài)的粒子就不能無限制地躍遷到負(fù)能量態(tài)。

在狄拉克空穴理論預(yù)言電子的反粒子——正電子存在兩年后,1932年,安德森從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子。正電子的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)最重大的發(fā)現(xiàn)之一。它證實(shí)了反粒子的存在,證實(shí)了粒子可以產(chǎn)生、也可以湮滅和轉(zhuǎn)化。

據(jù)此,量子場論給我們描繪了這么一幅真空圖景:在微觀世界,存在一個起伏不定的負(fù)能量海洋,真空被定義為處于能量最低態(tài)的量子場。真空中充滿了無窮多虛的正、反粒子,具有負(fù)無窮大的能量和無窮多的電荷。

真空是不平靜的,它處在劇烈的真空漲落之中,在極短的時間和極短的距離內(nèi),虛粒子不斷的產(chǎn)生又湮滅、湮滅又產(chǎn)生?!皥觥蔽镔|(zhì)和實(shí)物粒子之間可以相互轉(zhuǎn)換,在外來電磁場的作用下,真空中虛的正、反粒子就能變成一對真實(shí)的粒子,物理粒子不過是真空的激發(fā)態(tài)。

“真空”不空,它非常充實(shí)而極其復(fù)雜。真空是有結(jié)構(gòu)的,是一種凝聚態(tài)。目前,我們對真空仍然是知之甚少,人們已越來越重視對真空的研究,物理學(xué)家認(rèn)為,物理學(xué)中許多基本問題的解決還有待于對真空的認(rèn)識,真空已成為物理學(xué)中的重要關(guān)注點(diǎn)。

真空的物理性質(zhì)

獄拉克指出,真空并非空無所有,而是體系的所有負(fù)能態(tài)都已填滿而正能態(tài)都來被占據(jù)的最低能量態(tài)。體系的這種最低能量態(tài)往往呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣的多重結(jié)構(gòu)。

因為根據(jù)規(guī)范場理論,當(dāng)體系的對稱性破缺后,體系往往有一個以上或者更多的能量最小值態(tài)。以致從另一個局域上看是極小值能量的態(tài),因此真空(態(tài))不是唯一的。即存在著真真空和假真空。兩類真空之間雖然有勢壘相隔,但體系的一部分由于隧道效應(yīng)有一定的幾率從假真空躍遷到真真空.并釋放出相應(yīng)的能量。

利用真空的種量子躍遷機(jī)制,Guth提出了暴漲宇宙論并成功地解決了宇宙起源中的一些深層次問題。真空的一個重要屬性就是體系在臨界溫度Tc附近時,將可能發(fā)生對稱破缺相變,并且像通常的相變一樣,這種對稱破缺相變會存在一些缺陷,其內(nèi)部仍然保侍著原真空的一些性質(zhì),如真空疇等,不同真空疇交接處將形成融單扳子。

關(guān)于真空的另一個新概念是真空的對稱性自發(fā)破缺,Higgs利用這一概念解決了弱相互作用的規(guī)范場量子質(zhì)量為零的困難,從而使弱相互作用與電磁相互作用統(tǒng)一理論取得了重大進(jìn)展。

八十年代初期,人們利用克魯查一克來因理論,預(yù)言目前真空能密度的數(shù)量級為普朗克質(zhì)量,約10-5g,平均質(zhì)量密度的10-14g/cm3。這兩個數(shù)據(jù)雖然與觀測值相差較大,但表明了真空有一定的能量和質(zhì)量,因此真空也許將產(chǎn)生引力場,并可能有引力相互作用問題。

量子理論意義下,真空還可以看成是一種復(fù)雜的、沸騰的介質(zhì),其中有時瞬間存在虛帶電粒子對,這叫做真空漲落。它和分子一樣可以被極化,使得有效電荷在短距離上增加,顯示有較強(qiáng)的作用力。這種效應(yīng),在原子譜中被觀察到了。

例如,1947年在實(shí)驗上觀察到的氫光譜的Lamb移位和電子反常磁矩,就是由于這種效應(yīng)的結(jié)果。真空漲落的另一個結(jié)果是產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)。利用這種效應(yīng),李政道提出了一種夸克的禁閉模型,解釋了夸克的禁閉現(xiàn)象。

如果真空漲落發(fā)生在黑洞附近,則由于黑洞的強(qiáng)引力場作用,虛的一對e+e-中的一個可能掉進(jìn)黑洞中,剩下的一個再也無法湮滅,它或者不久也掉進(jìn)黑洞中,或者逃到無窮遠(yuǎn)處。其總效果看起來就如同黑洞在發(fā)射一樣,這就是黑洞強(qiáng)場引起的真空發(fā)射,此時正常的真空成為不穩(wěn)定而衰變?yōu)榘鋵?shí)粒子的新真空。真空的這種性質(zhì)是我們觀察和確定黑洞是否存在的重要依據(jù)。

工程真空和自然真空

工程真空:

工程真空指的是低于大氣壓強(qiáng)的氣體給定空間,即分子密度小于約2.5×1019/cm3的給定空間。真空的壓強(qiáng)(或密度)比標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)低,最低可達(dá)19個數(shù)量級。

真空是通過對容器進(jìn)行排氣而獲得的,真空度隨殘余氣體壓強(qiáng)的降低而升高。真空技術(shù)是指低于環(huán)境大氣壓的空間(空間是有限的)獲得真空和真空環(huán)境中進(jìn)行工藝制作,測量,分析和科學(xué)實(shí)驗的理論和技術(shù),其應(yīng)用包括:壓力差的利用,對通過空間的粒子或分子排除干擾和減低粒子撞擊表面的次數(shù)。

自然真空:

在地球上,某些動物本能就會使用低真空技術(shù),但是在地球上還沒有自然的高真空。地球海平面的壓強(qiáng)為1×105Pa,壓強(qiáng)隨高度的增加而降低,在高達(dá)100km的高空(對流層和平流層)以下,每升高15km,壓強(qiáng)有規(guī)律的降低10%,大約在90km的高空壓強(qiáng)為10-1Pa,在10000km的高空壓強(qiáng)約為10-11Pa。

真空技術(shù)的應(yīng)用

1、真空熔煉技術(shù)和其應(yīng)用

真空熔煉技術(shù)包括真空電弧熔煉、真空感應(yīng)熔煉、真空電子束熔煉、真空電渣熔煉四種主要方式,其劃分標(biāo)準(zhǔn)是熔煉材料的不同類型。

真空電弧熔煉是指通過強(qiáng)電流對金屬進(jìn)行熔化作業(yè),使其發(fā)生物理變化,由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),通常用于鎢、鉬、鈦等金屬。真空感應(yīng)熔煉是指通過各種頻率的感應(yīng)設(shè)備對金屬材料進(jìn)行熔煉,部分金屬強(qiáng)度較大,無法通過電弧等方式熔煉,比如高溫狀態(tài)下形成的合金和高強(qiáng)度鋼材料等,這些材料可以通過感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行熔煉。

真空電子束熔煉是指在真空環(huán)境下,運(yùn)用電力設(shè)備發(fā)射電子束,使目標(biāo)在電力動能的作用下快速發(fā)生反應(yīng),增加熱能,較快熔化,一般用于一些純度非常高的合金、金屬。真空電渣熔煉是指通過電力設(shè)備加快對象變化的速度,通常用于金屬的提純工作。

2、真空蒸餾技術(shù)、真空精煉技術(shù)和其應(yīng)用

真空蒸餾技術(shù)和真空精練技術(shù)包括蒸餾分離技術(shù)和化學(xué)反應(yīng)技術(shù)兩種,以方法原理和技術(shù)手段作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。

真空蒸餾分離技術(shù)通常用于金屬的提純工作,其原理是利用不同金屬材料和雜質(zhì)的蒸氣壓差,通過先揮發(fā)后冷凝的方式使不同金屬材料、雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)分離,通常的工業(yè)生產(chǎn)會應(yīng)用感應(yīng)爐、電阻爐或者其他密閉設(shè)備完成蒸餾。

化學(xué)反應(yīng)技術(shù)是利用氣體和金屬間的反應(yīng)生成新的化合物,再通過逆反應(yīng)發(fā)現(xiàn)、清除雜質(zhì),使獲得的金屬材料純度提升,在此期間可以通過催化手段使反應(yīng)速度加快。

3、真空熱處理技術(shù)和其應(yīng)用

真空熱處理主要是指在真空環(huán)境下通過加熱的方式進(jìn)行冶金作業(yè)的一種技術(shù),包括真空淬火、真空退火兩種主要形式。

真空淬火是在真空環(huán)境下對金屬材料進(jìn)行加熱,使其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,再通過一些冷卻介質(zhì)對金屬材料進(jìn)行冷卻,反復(fù)進(jìn)行這一過程,可以將金屬材料中的雜質(zhì)充分去除。其基本原理和傳統(tǒng)工業(yè)中的淬火是一樣的,大部分材料都可以進(jìn)行真空淬火進(jìn)行提純。


真空澆注技術(shù)

真空澆注成型技術(shù)是自主開發(fā)的快速模具制造和塑件快速制造技術(shù)。本項技術(shù)具有抽真空速度快、攪拌均勻以及自動澆注、成本低優(yōu)點(diǎn),性能與成型效果與國外同類產(chǎn)品相同,真...[查看全部]


真空度是指處于真空狀態(tài)下的氣體稀薄程度。若所測設(shè)備內(nèi)的壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng),其壓力測量需要真空表。從真空表所讀得的數(shù)值稱真空度。真空度數(shù)值是表示出系統(tǒng)壓強(qiáng)實(shí)際數(shù)值低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值,即:真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對壓強(qiáng),絕對壓強(qiáng)=大氣壓+表壓(-真空度)。

真空度的概念及其表述方法

所謂真空度應(yīng)該是描述一個抽空容器中達(dá)到真空程度的量度,而真空在理論上是指抽空容器中氣體分子密度低于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下密度的狀態(tài)。從這個意義上講,氣體分子密度越稀薄,真空度就越高。

但是氣體分子密度這個物理量不好測、所以人們根據(jù)氣體分子密度與壓強(qiáng)P滿足方程P=nkT的原理:在溫度不變時,與P成正比。于是就以壓強(qiáng)來表述真空度,其單位也就是壓強(qiáng)單位。抽空容器中壓強(qiáng)高,則氣體密度大,真空度就低;反之,壓強(qiáng)低則真空度高。

在被抽空容器中的氣體分子密度為零(即被抽空得一個氣體分子也不存在的理想狀態(tài))時,就是真空度最高的極限。這時其壓強(qiáng)低到零,稱為絕對零壓:這就產(chǎn)生了真空度標(biāo)定的一個基本參照點(diǎn)。

真空度的標(biāo)定

真空度的標(biāo)定實(shí)際上也和溫標(biāo)的標(biāo)定一樣,存在一個定標(biāo)原則,那就是:

首先要確定測空物質(zhì),是利用U型水銀柱,還是利用彈性元件,或者其他具有測空屬性的物質(zhì)。其次就是要確定所選物質(zhì)某一屬性真空度的函數(shù)關(guān)系。例如U型水銀柱高度差與真空度的函數(shù)關(guān)系,彈性元件的彈性與真空度的函數(shù)關(guān)系。再有就是要規(guī)定定標(biāo)方法和確定參照點(diǎn),即零點(diǎn)。

真空.jpg

目前確定零點(diǎn)的方法有兩種:

第一種是以絕對零壓作為真空度的基本參照點(diǎn),稱之為絕對零壓法。

其壓強(qiáng)越接近絕對零壓,真空度越高,選樣標(biāo)定的真空度總是一個正數(shù),其讀數(shù)越小,真空度就越高。因為要把密閉的容器抽到一個氣體分于也不存在的絕對零壓實(shí)際上做不到,所以在測量上絕對零壓不可達(dá)到?,F(xiàn)代真空技術(shù),最高的真空度電只能達(dá)到10-17托的極高真空水平。這也和熱力學(xué)溫標(biāo)以絕對零度作為基準(zhǔn)點(diǎn)一樣,絕對零壓

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真空介電常數(shù) : 真空

真空介電常數(shù),又稱為真空電容率,或稱電常數(shù),是一個常見的電磁學(xué)物理常數(shù),符號為ε0。在國際單位制里,真空介電常數(shù)的數(shù)值為:

ε0=8.854187817×10-12F/m

真空介電常數(shù)是物理量在度量時引進(jìn)的常數(shù)(主要是庫侖定律中對電荷量的度量),根據(jù)麥克斯韋方程組,可推知真空介電常數(shù)與其它物理常數(shù)的關(guān)系。

ε0=1/μ0c02

其中,c0是光波傳播于真空的光速,μ0是真空磁導(dǎo)率。上式可作為真空介電常數(shù)的定義式。

真空介電常數(shù)雖然是一個度量系統(tǒng)常數(shù),但如它的定義式一樣,這個常數(shù)與其它常數(shù)或物理量是相關(guān)的。由于介電常數(shù)本身不是一個常量,與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),真空介電常數(shù)也應(yīng)該與真空有關(guān)。

真空背景周期

在宇宙背景下,氣壓是非常低的,完全滿足理想氣體的要素,選宇宙空間中任一局域(長方體或圓柱體)為研究對象,理想氣體狀態(tài)方程可寫為:

PV=NKT

式中P是系統(tǒng)的壓強(qiáng),V表示氣體的體積,N為氣體分子個數(shù),K為玻爾茲曼常數(shù),T為熱力學(xué)溫度。

由于F=PS,V=Sl,其中F為作用在氣缸兩個平行底面的壓力,l為氣缸長度(即兩個平行底面的距離),則上式可化為:

Fl=NKV

由于想想氣體狀態(tài)方程是實(shí)驗結(jié)果,因此上式與實(shí)驗規(guī)律直接相關(guān),等式左右兩邊都具有能量的量綱。上式可解釋為整個系統(tǒng)處在一個保守力場之中,單位橫截面上的力密度為F/S,為上述兩個底面間勢能的增量,KT為系統(tǒng)微觀粒子的平均動能,NKT為系統(tǒng)的總動能。上式把系統(tǒng)的宏觀能量與微觀粒子所具有的平均能量聯(lián)系在一起,值得注意的是:這個解釋不同于能量均分定理。

對于圍繞原子核中心做圓周運(yùn)動的電子,該電子從所在的能級電離時,所吸收光子的頻率(vn)與電子軌道動能(Ekn)的關(guān)系為:hvn=2Ekn??紤]真空背景系統(tǒng),如果KT解釋為微觀粒子的平均動能,則2KT為微觀粒子的平均機(jī)械能,類比hvn=2Ekn,有2KT=hv得:

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真空是不穩(wěn)定的,處于高能級上的量子總要向低能級躍遷,這就是真空衰變的本質(zhì)。

真真空和假真空

1、“真真空”的定義

可以從兩個方面給“真真空”下定義:

(1)從宇宙膨脹的角度考慮,隨著宇宙的膨脹,宇宙空間的平均能量密度變小,如果宇宙無限膨脹,那么其中的真空場物質(zhì)的密度也會趨向0,所以可以定義,“真真空”是:有限真空空間無限膨脹的最后狀態(tài);

(2)另一種方法是仿照“真空”概念的定義,首先定義什么是“容器空間”,如果在地球表面設(shè)想一個立方體,其中可以包含氣體、液體或固體等普通物質(zhì),將這些物質(zhì)從這個立方體中移去,那么剩下的空間就是這些有質(zhì)物質(zhì)的容器空間。所以“真空”的定義是:有質(zhì)物質(zhì)的容器空間。真空并非一無所有,其中至少存在各種“場物質(zhì)”,如:宇宙背景輻射、引力場等。所以“真真空”的定義是:真空場物質(zhì)的容器空間。

真空衰變.jpg

2、什么是假真空

按照暴漲模型,宇宙在大爆炸之后,可能經(jīng)歷過一個超乎想像的急遽加速膨脹的過程。導(dǎo)致這個過程的原因之一就是假真空的形成。

宇宙曾經(jīng)從最初的奇點(diǎn),演化出一個性質(zhì)處處相同的體系。性質(zhì)處處相同這個特點(diǎn)頗似真空,但與真空不同的是,這個體系的能量密度極大,而真正的真空指的是能量密度處于最低的基態(tài)的狀態(tài),因此這個狀態(tài)稱為“假真空”,意思在于它的能量密度大到了均勻得反而類似于真空。

假真空帶來了一個奇特的效應(yīng)就是與恒星演化晚期的引力收縮截然相反的“負(fù)壓力”,所以導(dǎo)致了暴漲過程的發(fā)生。后來隨著宇宙的膨脹,能量密度逐漸降低,負(fù)壓逐漸消失,宇宙也就開始進(jìn)入常規(guī)的膨脹時期。而隨著量子漲落與玻色子的退耦,假真空的對稱性發(fā)生破缺,于是形成了最低能態(tài)的真正的真空和最初的宇宙物質(zhì)團(tuán)塊,逐漸演化成了現(xiàn)今的宇宙空間與星系物質(zhì)。

3、產(chǎn)生“真真空”的方法

“真空”的存在性最后是通過實(shí)驗證明的,所以“真真空”的存在性也只能由實(shí)驗判決??赡墚a(chǎn)生“真真空”的方法有許多,本文列舉

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真空鍍膜技術(shù) : 真空

真空鍍膜技術(shù)是氣相物理沉積的方法之一,也叫真空電鍍。是在真空條件下,用蒸發(fā)器加熱鍍膜材料使之升華,蒸發(fā)粒子流直接射向基體,在基體表面沉積形成固體薄膜。

真空鍍膜的應(yīng)用廣泛,如真空鍍鋁,在塑料等基體上進(jìn)行真空鍍,再經(jīng)過不同顏色的染色處理,可以應(yīng)用于家具、工藝品、燈飾、鐘表、玩具、汽車燈具、反光鏡及柔軟包裝材料等產(chǎn)品制造中,裝飾效果十分出色。

真空鍍膜技術(shù)基本原理

真空鍍膜過程簡單來說就是電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發(fā)生碰撞,電離出大量的氬離子和電子,電子飛向基片。氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材,濺射出大量的靶材原子,呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。

但在實(shí)際輝光放電直流濺射系統(tǒng)中,自持放電很難在低于1.3Pa的條件下維持,這是因為在這種條件下沒有足夠的離化碰撞。因此在低于1.3~2.7Pa壓強(qiáng)下運(yùn)行的濺射系統(tǒng)提高離化碰撞就顯得尤為重要。提高離化碰撞的方法要么靠額外的電子源來提供,而不是靠陰極發(fā)射出來的二次電子;要么就是利用高頻放電裝置或者施加磁場的方式提高已有電子的離化效率。

事實(shí)上,真空鍍膜中二次電子在加速飛向基片的過程中受到磁場洛侖磁力的影響,被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi),該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高,二次電子在磁場的作用下圍繞靶面作圓周運(yùn)動,該電子的運(yùn)動路徑很長,在運(yùn)動過程中不斷的與氬原子發(fā)生碰撞電離出大量的氬離子轟擊靶材,經(jīng)過多次碰撞后電子的能量逐漸降低,擺脫磁力線的束縛,遠(yuǎn)離靶材,最終沉積在基片上。

真空鍍膜.jpg

真空鍍膜就是以磁場束縛而延長電子的運(yùn)動路徑,改變電子的運(yùn)動方向,提高工作氣體的電離率和有效利用電子的能量。電子的歸宿不僅僅是基片,真空室內(nèi)壁及靶源陽極也是電子歸宿,因為一般基片與真空室及陽極在同一電勢。磁場與電場的交互作用(EXB drift)使單個電子軌跡呈三維螺旋狀,而不是僅僅在靶面圓周運(yùn)動。

真空鍍膜技術(shù)的特點(diǎn)

1、鍍覆材

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關(guān)鍵詞: 真空 粒子 熔煉 能量 托里
 
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