全面了解真空镀膜机，镀膜机结构详解（二）

（接上期）

油扩散泵：机械泵的极限真空只有10-2帕，当达到10-1帕的时候，实际抽速只有理论的1/10，如果要获得高真空的话，必须采用油扩散泵。

由于油扩散泵是最早用来获得高真空的泵，其由于造价便宜，维护方便，使用广泛，所以本文将重点讨论。

油扩散泵的应用压强范围是10-1帕-10-7帕，它是利用气体的扩散现象来排气的，它具有结构简单，操作方便，抽速大（最高可以达到10+5升/秒）等特点。油扩散泵主要由泵壳、喷嘴、导流管和加热器组成，里面主要添加扩散泵油（日本的型号是D-704#），根据喷嘴的多少可以分为单级泵和多级泵。

扩散泵底部内储存有扩散泵油，上部为进气口，右侧旁下部为出气口，在工作时出气口由机械泵提供前置压强，机械泵充当前置泵。

当扩散泵的油被电炉加热时，产生的油蒸汽提供前置压强，机械泵充当前置泵。当扩散泵油被电炉加热时，产生的油蒸汽沿着导流管经伞形喷嘴向下喷出。因喷嘴外面有机械泵提供的1-10-1帕的真空，故油蒸汽可喷出一段距离，构成一个向出气口方向运动的射流。射流最后碰上由冷却水冷却的泵壁，凝结为液体，流回蒸发器，即靠油的蒸发——喷射——凝结，重复循环来实现抽气的。

由进气口进入泵内的气体分子，一旦落入蒸汽流中，便获得向下运动的动量，向下飞去，由于射流具有高的流速（约200米/秒），高的蒸汽密度，且扩散泵油具有高的分子量（300-500）故能有效的带走气体分子，因此在射流的界面内，气体分子不可能长期滞留，且在射流界面的两边，被抽气体有很大的浓度差，正是因为这个浓度差被抽气体能不断的越过界面，扩散进入射流中，被带往出口处，在出口处再由机械泵抽走。

扩散泵的油蒸汽压是决定泵的极限真空的重要因素，因此尽量选用饱和蒸汽压低的泵油，其化学特性要好。

扩散泵不能单独用来抽气，一般要求泵的最大出口压强为40帕。扩散泵的抽速决定于第一级喷嘴与泵体进气口口径间环形面积的大小，抽速不是一恒定的值，而是随着进气口的压强而变化的，当压强在10-2～10-3帕的时候，扩散泵的抽气速度是最快的，当压强小于5*10-4帕之后，扩散泵的抽气速度最小，几乎没有抽气能力（此时，进气口的压强较高，由于空气的密度较大，使蒸汽流形成不了高速射流以阻挡空气的反扩散，所以抽速下降）。

扩散泵在安装前要清洗，之后才可以装入扩散油，油在加热前，必须要先对泵抽真空，停机前要先将扩散泵油冷却到60～70摄氏度，才可以关闭前级抽气，最后关冷却水。

由于油扩散泵是无法杜绝有返油的几率，那么没有办法保证精密产品的100％纯净，特别是半导体行业，所以就有“高真空冷凝泵＋低真空机械泵”所组成的无油真空系统，冷凝泵组成的排气系统不仅排气效率极高，而且有效保证真空腔的清洁，保证产品的质量（避免产品被污染、增强膜层与基板之间的附着力），但是其维护成本非常的高，造价昂贵，所以普及率没有油扩散泵广泛。

低温冷凝泵：它是利用低温表面来凝聚气体分子以实现抽气的一种泵，是目前获得极限真空最高，抽速最大的抽气泵。

冷凝泵的工作原理：主要是低温表面对气体的冷凝作用、冷捕作用及物理低温吸附作用。

低温冷凝：根据各种气体的特性，采用液氦或者制冷循环氦气来冷却。

冷捕集：就是不可凝气体被可凝气体捕集的现象，通常二氧化碳、水蒸气、氮气、压气等气体首先形成霜，于低温表面形成吸附层，进而达到吸附其它气体的目的，低温泵抽除混合气体的效果比抽除单一效果好就是这个原因。

低温吸附：指低温表面上的吸附剂吸附气体的作用，由于吸附剂与气体分子之间的相互作用很强，故可达到气相压强比冷凝表面温度下它的饱和蒸汽压还低的水平。吸附剂通常是活性炭。冷凝泵的抽气速率及影响 冷凝泵的抽气速率与冷凝表面的面积大小有关系，经数据显示，单位冷凝表面积下的抽气速率为11.6升/秒. 平方厘米，冷凝泵可以抽到10-8帕；此外粘有活性炭的吸附表面的几何形状及位置、活性炭的颗粒结构、粘结材料及粘接工艺，对抽速也有很大的影响。其次关键在于制冷机的制冷量要足够大。

真空计：真空计是真空镀膜机器上的重要组成部分，它是检测镀膜机真空度的重要手段。真空计根据其工作原理可以分为绝对真空计和相对真空计，绝对真空计可以直接测量压强的高低，相对真空计只能间接测量真空度。

本论文重点介绍镀膜机器上面常用到的以下几个真空计：电阻真空计（又叫皮喇尼真空计）：它主要由电热丝、外壳和支架构成，主要是根据在低压下，气体的热传导系数与压强成正比的方式工作的。上面开口处与被测真空系统相连接，热丝采用电阻温度系数大的金属丝做成，两支支架引线与测量线路连接。当压强降低的时候，由于气体热传导散失的热量减小，因此当热丝加热电流稳定时候，则热丝温度就上升，热丝的电阻就增大，用测量热丝电阻值的大小来间接测量压强。

工作原理：在放电开始时，由于空间游离电子向阳极运动时，在正交电磁场作用下，电子的轨迹不是直线而是螺旋线前进，又因为阳极是框形，故电子不一定第一次就碰上阳极，而是穿过阳极，然后受到对面阴极的拒斥，又复返回。这样反复多次才可能打上阳极。由于电子路程大大加长，故碰撞及电离的分子数增加，使得在较低压强（10-4 帕以下）仍维持放电（也称潘宁放电）。

目前比较多的型号有PKR251、GI-PARY放电管真空计：在玻璃管中封入两个金属电极，在其上加上数千伏的直流高电压，在一定的压强范围内（1*10-3～2*10托）内就能引起自持放电，通过放电颜色来判定其真空度目前为止此种真空计已经很少使用，因为其误差大，容易损坏，而且寿命不长。