Профиль «Пучковые и плазменные технологии»

Профиль «Пучковые и плазменные технологии»
Плазменные технологии
модификации поверхности – это в первую
очередь нанесение тонких пленок
(покрытий) на подложку.
Пучковые технологии
изменяют тонкий приповерхностный
слой подложки
Плазменные технологии
- износостойкие покрытия (свёрла, фрезы, лопасти турбин и т.д)
- декоративные покрытия (купола церквей, часы, тонировка стекол, бижутерия и
т.д);
- оптические покрытия (линзы, зеркала, теплосберегающие стекла);
- тонкопленочные устройства (изделия микроэлектроники)
Пучковые технологии изменяют тонкий приповерхностный слой подложки
Примерами может служить азотирование (облучение поверхности
ионами азота, для придания дополнительной твердости), ионная
чистка, полировка поверхности электронным пучком (получение
гладкой поверхности для медицинских зондов) и т.д.
Для осуществления всех приведенных выше процессов необходима
«чистая среда» - вакуум.
Основные понятия вакуумной техники
Вакуум (от лат. vacuum - пустота).
Понятие вакуум имеет три различных значения - для техники, космических
исследований и физики.
В космических исследованиях: на высоте 50 000 километров над
поверхностью Земли концентрация молекул равна примерно четырем
штукам в 1 см3. Такая концентрация уже близка к состоянию космического
вакуума.
Физическим вакуумом называется пространство, в котором
отсутствуют частицы вещества, и установилось низшее энергетическое
состояние.
В технике вакуумом называется состояние газа, при котором его
давление ниже атмосферного.
Вакуум количественно определяют абсолютным давлением газа.
В зависимости от значения давления различают вакуум низкий,
средний, высокий и сверхвысокий.
Единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па.
Применение вакуума в науке и технике
• В электронной технике вакуум является необходимым для работы
осветительных ламп, генераторных и СВЧ- приборов, телевизоров и
рентгеновских трубок.
•
В производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем
широко используют вакуумные технологии для нанесения тонких пленок.
• Машиностроение — сварка в вакууме позволяет соединить керамику с
металлом, сталь с алюминием, что невозможно в обычных условиях. В
вакууме осуществляется нанесение упрочняющих покрытий на режущий
инструмент, износостойких покрытий на детали машин.
• Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал
перешла с химического серебрения на напыление алюминия в вакууме.
Просветленная оптика, защитные слои и фильтры получают напылением
тонких слоев в вакууме.
• В легкой промышленности напылением в вакууме металлизируют пластмассу,
фольгу, бумагу и ткани для получения декоративных покрытий.
• В пищевой промышленности — для длительного хранения и
консервирования пищевых продуктов используется вакуумная сушка
вымораживанием. Выпаривание в вакууме применяют при производстве
сахара, при опреснении воды, солеварении. Также используют вакуумные
упаковки.
• В медицине - вакуум применяют для сохранения лекарств, при получении
ряда препаратов, в хирургии его используют для заживления ран и т.д.
Новые типы полупроводниковых структур, особо чистые материалы,
сплавы, сверхпроводящие пленки, специальные покрытия изготавливаются в
вакууме.
Вакуум является идеально чистой технологической средой, в которой
можно осуществить электрофизические процессы при изготовлении изделий
микро- и наноэлектроники.
Необходимость вакуума при напылении тонких пленок.

Схема процесса
термического испарения:
1 — испаритель; 2 —
подложка;
3 — молекулы испаряемого
вещества
kT
,
2
2 Pd М
где k - постоянная Больцмана;
Т - усредненная температура
газа;
Р - давление газа в рабочем
объеме;
dМ - диаметр молекулы
испаренного вещества.
Общая характеристика методов получения вакуума
Когда говорят о вакууме с технической точки зрения, то речь идет об
использовании вакуума в широком диапазоне давлений – от атмосферного
105 до 10-10 Па.
Области действия вакуумных насосов
Механические вакуумные насосы
Принцип объемной откачки
В процессе объемной откачки выполняются следующие операции:
1) всасывание газа за счет расширения объема рабочей камеры насоса;
2) уменьшение объема рабочей камеры и сжатие находящегося в ней газа;
3) удаление сжатого газа из рабочей камеры в атмосферу.
Схема пластинчато-роторного насоса:
1 — камера; 2 — ротор;
3 — пластины; 4 — пружина
Некоторые схемы объемных насосов
Механические насосы с масляным уплотнением
Золотниковый насос
Многопластинчатый насос
15
Механические безмаслянные насосы
Мембранный насос
Спиральный насос
16
Некоторые схемы турбомолекулярных насосов
17
Современные модификации крионасосов являются самыми «чистыми» из всего семейства
высоковакуумных насосов, применяющихся в настоящий момент.
Схема криогенного насоса:
1–конденсирующая решетка при
Т = 80 К,
2- конденсирующая решетка с
древесным углем при Т = 15 К,
3- корпус из нержавеющей стали
18
Тепловые преобразователи
Принцип действия тепловых преобразователей основан на зависимости
теплопередачи через разреженный газ от давления.
Измерительное уравнение теплового
преобразователя можно записать так:
I Н2 R  ( E И  Е М )
p
К Т (Т Н  Т б )
где KТ - коэффициент теплопроводности,
ТН и Тб – температуры нити и баллона,
Iн — ток, проходящий через нить;
R — сопротивление нити;
EИ, ЕМ- потери теплоты за счет излучения нити
и теплопроводности материала нити.
Схема термопарного вакуумметра
Данный вид вакуумметров позволяет измерять давления 5*103... 10 -1 Па.
Электронные ионизационные преобразователи.
Принцип действия электронных преобразователей основан на ионизации
газа электронами и измерении ионного тока, по величине которого судят о
давлении.
Измерительное уравнение ионизационного
преобразователя можно записать так:
Ii
p
Ie K
где К – чувствительность вакуумметра;
Ii – ионный ток;
Схема ионизационного вакуумметра
Ie – электронный ток.
Ионизационный преобразователь измеряет в диапазоне давлений от
1 Па до 5*10 - 6 Па.