第二部分 第五章 真空技术
《薄膜物理与技术》课程教学大纲
《薄膜物理与技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0527课程中文名称: 薄膜物理与技术课程英文名称：Thin film physics and technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：新能源材料与器件专业本课程的前导课程：《材料表面与界面》、《近代物理概论》、《材料科学基础》、《固体物理》、《材料物理性能》一、课程简介本课程主要论述薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
其中系统介绍了各种成膜技术的基本原理与方法，包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。
同时介绍了薄膜的形成，薄膜的结构与缺陷，薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质等。
通过本课程的讲授，使学生在薄膜物理基础部分，懂得薄膜形成物理过程及其特征，薄膜的电磁学、光学、力学、化学等性质。
在薄膜技术部分初步掌握各种成膜技术的基本内容以及薄膜性能的检测。
二、教学基本内容和要求掌握物理、化学气相沉积法制膜技术，了解其它一些成膜技术。
学会对不同需求的薄膜，应选用不同的制膜技术。
了解各种薄膜形成的过程及其物理特性。
理解并能运用热力学界面能理论及原子聚集理论解释薄膜形成过程中的一些现象，了解薄膜结构及分析方法，理解薄膜材料的一些基本特性，为薄膜的应用打下良好的基础。
以下分章节介绍：第一章真空技术基础课程教学内容：真空的基础知识及真空的获得和测量。
课程重点、难点：真空获得的一些手段及常用的测量方法。
课程教学要求：掌握真空、平均自由程的概念，真空各种单位的换算，平均自由程、碰撞频率、碰撞频率的长度分布率的公式，高真空镀膜机的系统结构及抽气的基本过程。
理解蒸汽、理想气体的概念，余弦散射率，真空中气体的来源，机械泵、扩散泵、分子泵以及热偶真空计和电离真空计的工作原理。
了解真空的划分，气体的流动状态的划分，气体分子的速度分布，超高真空泵的工作原理。
第二章真空蒸发镀膜法课程教学内容：真空蒸发原理，蒸发源的蒸发特性及膜厚分布，蒸发源的类型，合金及化合物的蒸发，膜厚和淀积速率的测量与监控。
真空镀膜技术
真空镀膜技术磁控溅射膜即物理气相沉积(PVD)金属镀膜不一定用磁控溅射，可以根据成本&工艺需求选择合理的沉积方法，具体有：物理气相沉积(PVD)技术第一节概述物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。
，并向着环保型、清洁型趋势发展。
20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。
发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。
溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。
如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。
磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。
电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。
因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。
第五章 食品的罐藏技术
一定时间，罐头中心温度达到工艺要求温度后立即密封。 罐头内形成的真空度是由排气温度、排气时间、密封
温度共同决定。
排气温度和排气时间视罐头的种类、罐型大小等而
定，一般要求罐排气温度为85～90℃，以罐头中心温度
为准。
罐头排气箱
罐头排气箱
罐头排气箱
果蔬 肉类
低温长时间 高温短时间 高温长时间 低温长时间
人工注液（用勺）和机械注液（用注液机）。
（3）预封
概念：用封口机将罐盖与罐身初步钩连上，其松紧程度以能使罐 盖沿罐身旋转而又不会脱落为度。 作用: 经预封的罐头在热排气或在真空封罐时，罐内气体能自由逸出， 而罐盖不会脱落。 对于采用热力排气的罐头来说，可防止罐内食品因受热膨胀而落 到罐外； 防止排气箱盖上的冷凝水落入罐内而污染食品； 可避免表面食品直接受高温蒸汽的损伤； 可避免外界冷空气的侵入，保持罐内顶隙温度以保证罐头的真空 度； 可防止因罐身和罐盖吻合不良而造成次品，有助于保证卷边的质 量，特别是方罐和异形罐。
h
V=Sh
（2）装罐方法
工人在车间生产细青刀豆罐头
人工装罐特点：
适应性广、各种原料都适用；
定量不准确、不卫生、劳动生产率低； 生产过程的连续性差； 主要用于块型较大、要求排列整齐的内容物的装罐。
肉糜装罐机
颗粒装罐机
机械装罐特点：
快速、准确、卫生、高效、能连续生产；
第二节 食品罐藏的基本工艺过程
一、罐藏原料的预处理 二、食品的装罐 三、罐头的排气 四、罐头的密封 五、罐头的杀菌和冷却 六、罐头的检验、包装和贮藏
一、罐藏原料的预处理
荔枝去皮去核
桔子去皮、分瓣
菠萝原料处理
鸡去除内脏
薄膜制备技术：第一部分 绪论 田民波
教材： 薄膜技术与薄膜材料 田民波 薄膜制备技术基础 麻莳立男
薄膜材料与薄膜技术 郑伟涛
真空镀膜 李云奇
课程内容
第一章 绪论：薄膜发展史 第二章 真空技术基础 第三章 薄膜生长与薄膜结构 第四章 真空蒸镀（重点MBE，PLD） 第五章 离子镀和离子束沉积 第六章 溅射镀膜 第七章 化学气相沉积
薄膜压力传感器
薄膜可燃气体传感器
薄膜材料的功能分类
⑴ 电学薄膜
⑤ 薄膜太阳能电池
非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。
薄膜材料的功能分类
⑴ 电学薄膜
⑥ 平板显示器件
液晶显示、等离子体显示和电致发光显示三大类平板显示器件所用的 透明导电电极（ITO薄膜）、电致发光多层薄膜（包括ITO膜，ZnS： Mn等发光膜，Al电极膜等）组成的全固态平板显示器件及OLED显示 器件。 ITO薄膜
第一章: 绪论
薄膜技术发展历史
春秋战国时代，鎏金工艺
7世纪，溶液镀银工艺
1000多年前，阿拉伯人发明了电镀
第一章: 绪论-薄膜技术发展历史
19世纪中叶，电解法、化学反应法、真空蒸镀法等， 标志着薄膜技术的逐步成熟，但应用面仍很窄； 20世纪以来，特别是二战以后，随半导体技术的兴起，涌 现了以溅射法为代表的一大批新技术，在学术和实际应用 中取得丰硕成果；
薄膜材料的功能分类
薄膜分类（按功能及其应用领域）：
⑴ 电学薄膜
① 半导体器件与集成电路中使用的导电材料与介质薄膜材料： Si、Al、Cr、Pt、Au、多晶硅 SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。
薄膜材料的功能分类
⑴ 电学薄膜
② 超导薄膜
铜基高温超导薄膜： YBaCuO； BiSrCaCuO ； TiBaCuO 铁基高温超导薄膜： LaFeOP；PrFeAsO0.89F0.11；FeSe。
Q／GDW 13088.2— 12kV～40.5kV高压开关柜采购标准(第2部分)
目 次前言 (38)1范围 (39)2规范性引用文件 (39)3术语和定义 (39)4标准技术参数 (39)5组件材料配置表 (45)6使用环境条件表 (45)I前 言为规范12kV～40.5kV高压开关柜的采购，制定本部分。
《12kV～40.5kV高压开关柜采购标准》分为20个部分：——第1部分：通用技术规范；——第2部分：12kV/1250A～31.5kA真空开关高压开关柜专用技术规范；——第3部分：12kV/2500A～31.5kA真空开关高压开关柜专用技术规范；——第4部分：12kV/3150A～40kA真空开关高压开关柜专用技术规范；——第5部分：12kV/4000A～40kA真空开关高压开关柜专用技术规范；——第6部分：40.5kV/1250A～25kA真空开关高压开关柜专用技术规范；——第7部分：40.5kV/2500A～25kA真空开关高压开关柜专用技术规范；——第8部分：40.5kV/1250A～25kA SF6开关高压开关柜专用技术规范；——第9部分：40.5kV/2500A～25kA SF6开关高压开关柜专用技术规范；——第10部分：40.5kV/1250A～31.5kA真空开关高压开关柜专用技术规范；——第11部分：40.5kV/2500A～31.5kA真空开关高压开关柜专用技术规范；——第12部分：40.5kV/1250A～31.5kA SF6开关高压开关柜专用技术规范；——第13部分：40.5kV/2500A～31.5kA SF6开关高压开关柜专用技术规范；——第14部分：40.5kV/1250A～25kA充气式高压开关柜专用技术规范；——第15部分：40.5kV/2500A～25kA充气式高压开关柜专用技术规范；——第16部分：40.5kV/1250A～31.5kA充气式高压开关柜专用技术规范；——第17部分：40.5kV/2500A～31.5kA充气式高压开关柜专用技术规范；——第18部分：12kV/1250A～31.5kA充气式高压开关柜专用技术规范；——第19部分：12kV/2500A～31.5kA充气式高压开关柜专用技术规范；——第20部分：12kV/3150A～40kA充气式高压开关柜专用技术规范。
真空吸附解决方案(3篇)
第1篇随着科技的不断进步和工业生产技术的不断提高，真空吸附技术在各个领域中的应用越来越广泛。
真空吸附技术是一种利用真空泵产生真空环境，通过吸附力将物料吸附在吸附器表面，实现物料的分离、提纯、干燥等目的的技术。
本文将详细介绍真空吸附解决方案，包括其原理、应用领域、设备选型及维护保养等方面。
一、真空吸附原理真空吸附技术是利用真空泵产生真空环境，使吸附剂与物料之间产生吸附作用，从而实现物料分离、提纯、干燥等目的。
其基本原理如下：1. 吸附剂选择：根据物料特性，选择合适的吸附剂。
吸附剂具有较大的比表面积和较强的吸附能力，能够有效地吸附物料。
2. 吸附过程：将吸附剂与物料混合，在真空环境下，物料中的气体被抽出，吸附剂表面产生吸附力，将物料吸附在吸附剂表面。
3. 分离过程：将吸附剂与物料分离，实现物料的提纯。
4. 干燥过程：在真空环境下，物料中的水分被抽出，实现物料的干燥。
二、真空吸附应用领域真空吸附技术在各个领域都有广泛的应用，以下列举部分应用领域：1. 化工行业：用于精馏、萃取、结晶等过程，提高产品质量，降低能耗。
2. 食品行业：用于分离、提纯、干燥等过程，保证食品安全，提高产品品质。
3. 环保行业：用于废气、废水处理，实现有害物质的分离和回收。
4. 药品行业：用于中药提取、合成、干燥等过程，提高药品质量和生产效率。
5. 材料行业：用于纳米材料、复合材料等制备，提高材料性能。
6. 纺织行业：用于纤维分离、提纯、干燥等过程，提高纤维质量和生产效率。
三、真空吸附设备选型1. 真空泵：根据真空度要求，选择合适的真空泵。
常用真空泵有罗茨泵、水环泵、旋片泵等。
2. 吸附器：根据物料特性和吸附剂种类，选择合适的吸附器。
常用吸附器有板框式吸附器、固定床吸附器、旋转床吸附器等。
3. 真空系统：包括管道、阀门、压力表等，保证真空系统正常运行。
4. 辅助设备：如搅拌器、加热器、冷却器等，提高吸附效果。
四、真空吸附维护保养1. 定期检查真空泵、吸附器等设备，确保设备正常运行。
真空断路器主要技术参数和机械参数
特性参数术语
10.功率因数(回路的)——开关设备开合试验回路的 等效回路，在工频下的电阻与感抗之比，不包括负荷的 阻抗。 11.额定短时工频耐受电压——按规定的条件和时 间进行试验时，设备耐受的工频电压标准值（有效值）。
灭弧室燃弧时间加长，降低开断能力。
合闸与分闸不同期性一般同时存在，所以调整好了合闸不同期性 ，分闸不同期性也就有了保证。产品中要求合分闸不同期性小于2ms
。
开关触头合闸（及分闸）时的三极不同期 性
分闸时（动触头）反弹幅值
在分闸操作过程中，动触头达到分闸位置后返向静触头方向 运动的最大距离。 分闸时（动触头）反弹幅值会影响：开关管的机械寿命。分 闸时（动触头）反弹幅值存在等于增大了触头开距。过大的触头 开距，使电弧不稳定，从而引起开断能力的下降和截流值的提高 。分闸反弹在往回运动时，由于触头开距变小等原因，在切断容 性负载时可能会导致重击穿。 影响因素：1.分闸终了前的即时速度(要小)。2.触头弹簧的 初压力不足，由于惯性力将使弹簧产生较大压缩而增大弹振。3. 传动部分的配合间隙。4.分闸缓冲器。
特性参量术语
• 4.额定电流开断电流——在规定条件下，断路器能保证正 常开断的 最大短路电流。 5.额定短路关合电流——在额定电压以及规定使用和性能 条件下， 开关能保证正常开断的电大短路峰值电流。 6.额定短时耐受电流(额定热稳定电流)——在规定的使用和性能条件 下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。 7.额定峰值耐受电流(额定热稳定电流)——在规定的使用和性能条件 下，开关在闭合位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电 流。 8.额定短路持续时间(额定动稳定时间)——开关在合位置所能承载额 定短时耐受电流的时间间隔。 • 9.温升——开关设备通过电流时各部位的温度与周围空气 温度的差 值。
第五章 糖果与巧克力生产技术
加水量不足，难以在较短时间内将砂糖晶粒 全部熔化，使产品透明度降低甚至混浊。严 重的后果是晶粒的存在有可能给加工和保藏 过程带来大面积的“返砂”现象。
加水量过量，则将延长加热蒸发的时间，促 使糖的过量转化、加深ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ色并浪费能源。
化糖操作应同时考虑溶化速度和溶化方式。
溶化速度要求糖在溶化完全后的20min内及 时将物料传递给下一工序；溶化方式则要求 设备能保证物料在最短的时间内溶化完全。
• 转化糖浆是由砂糖加水溶解，加入稀酸 或蔗糖酶并加热使之水解而得，它的主 要成分是果糖和葡萄糖，因而就其性质 而言同果葡糖浆一样，可部分代替葡萄 糖浆，但一般与其他糖浆共同使用。
2.香味体
• 只有在硬糖的甜体中赋予一定的香气、滋 味和色泽后，才能形成硬糖的风味。香味 体包括香料、调味料和辅料。
3.发烊和返砂
轻微发烊：当硬糖透明似玻璃状的无定形基本无保护地 暴露在湿度较高的空气中时，由于其本身的吸水汽性， 开始吸收周围的水汽分子，在一定时间后，糖体表面逐 渐发粘和混浊，这种现象称为轻微发烊。 发烊：开始发粘的硬糖在空气的湿度不再变化时，就继 续吸收周围的水汽分子，硬糖表面粘度继续降低，表面 呈溶化状态并失去其固有的外形，这种现象称为发烊 严重发烊：硬糖持续发烊，从原来过饱和溶液状态变为 饱和与不饱和的溶液状态，至此，硬糖完全熔化，即为 严重发烊。
• 硬糖一般添加不同的有机酸类来调节其 风味，常用的有柠檬酸、酒石酸和乳酸 等，随着酸味剂的开发，新增的酸类有 苹果酸、富马酸、己二酸等。一般硬糖 内柠檬酸的加入量为1.%~1.5%。
3.色泽
• 硬糖的色泽是通过添加着色剂来实现的， 着色剂首先要符合食用安全要求；其次 是严格控制添加量，按规定不允许超过 0.01%。
真空沉积技术
镀
膜 溅射镀膜也是由三个阶段组成。 的
原 理
正离子
溅射原子
及
特
靶
点
基 片
靶面原子 的溅射
溅射原子向 基片的迁移
溅射原子在 基片沉积
溅 靶面原子的溅射
射 镀 膜
当高速正离子轰击作为阴极的靶材时;靶面产生许多 复杂的现象
的 原 理 及 特 点
离子轰击固体表面发溅射 离子散射 离子的
点
• 工作气体的种类 • 靶的温度;温度高更有利
于溅射
10-2 10-3
Xe Ar
Ne
He H
• 工作气体离子入射的角
10-4
O
度
10-15 01 102 103 104 105 106
正离子量Q的增加;虽能增加溅射量S; 但这将增加工作气体的压力;伴随带 来杂质的增加;影响膜层质量
能量 (eV)
溅射产额与入射离子
理 泵外;还要考虑解吸气体的影响
及
• 污染作用 残余气体分子以一定速度在真空室内作无规则的运动;
其 并以一定的几率与工件表面相碰撞 即使在高真空的条件下;单位时
基 间内与基片碰撞的气体分子数也是十分可观的 残余气体分子到达基
本 片后;一部分留在基片上;一部分飞走
过 程
在大多数系统中;水汽是残余气体的主要组成部分 如真空度为1 3104Pa时;残余气体中90%是水
材料的蒸汽压px; 材料的摩尔质量M;
过
蒸发温度T
程 另外;还有蒸镀材料表面洁净程度 蒸发料上出现污物;蒸发速度降低
特别是氧化物;它可以在被蒸镀金属上生成不易渗透的膜皮而影响蒸
发 不过;如果氧化物较蒸镀材料易于蒸发如SiO2对Si或氧化物加热时 分解;或蒸发料能穿过氧化物而迅速扩散;则氧化物膜将不会影响蒸
薄膜淀积工艺(上)要点
穿，气体离化，产生离子和 自由电子
电子向阳极加速运动，
离子向阴极运动，离子与阴 极碰撞再产生大量二次电子
二次电子与中性气体分
子碰撞，再产生大量离子和 电子，从而维持等离子体
（三）等离子体简介
3、当气体由原子A和原子B组成时，可能出现的过程有
典型工艺条件下 只有0.1%左右 的气体离化率
（二）真空基础知识
1、标准环境条件： 温度为20℃，相对湿度为65%，大气压强 为：101325 Pa = 1013.25 mbar = 760 Torr 2、压强单位：
■ 帕斯卡（Pa）：国际单位制压强单位，1Pa = 1 N/m2
■ 标准大气压（atm）：压强单位，1 atm = 101325 Pa ■ 乇（Torr）：压强单位，1 Torr = 1/760 atm，1 Torr = 1 mmHg ■ 毫巴（mbar）：压强单位，1 mbar = 102 Pa ■ 其他常用压强单位还有：PSI（磅/平方英寸）
压强高，真空度低；
压强低，真空度高。
■ IC工艺设备一般工作在中低真空段，但为了获得无污染的
洁净腔室，一般要求先抽到高真空段后再通入工艺气体。
5、 真空的获得 及抽气装置（真空泵）。 (2) 气体流动：当真空管道两端存在有压力差时，气体会从高压处 向低压处扩散，形成气体流动。
(1) 真空系统的组成：气源（待抽容器）、系统构件（管道阀门等）
■ 典型的射频电源频率为13.56 MHz。 能在交替的半周 期内撞击每个电极的表面。
■ 两个电极相对等离子体内部
是负电位的，且电极两端都 有暗区。
图10.17 射频等离子体示意图
（三）等离子体简介