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<一、真空概念

所謂真空並不是內空無一,而是指在固定空間 內,壓力低於周圍的大氣壓力(指1大氣壓力

),也就是該空間內的氣體分子數密度,低於大氣壓的氣體分子數密度,1大氣壓下氣體分子密度約為2.687×10e25/m3,若在真空度為1×10e-4pa高真空,氣體分子密度約為2.65×10e16/m3,所以空無一物的理想真空,實際上是不存在。

二、真空度衡量

真空是一種環境,其衡量單位就是氣體壓力,壓力值越低,真空度就越低,常用單位有

(1)pa,(2)mbar (3)torr,其關係數

1大氣壓=1.03×10e5 pa

1mbar=100pa

1torr=133pa

三、真空的形成

地球受引力的影響,離地球表面高低不同,壓力隨著變化,因此外太空大約是個超高的真空環

境。在地球表面上要形成真空環境,唯有靠真空pump抽氣來達成。隨著真空pump使用上限制,真空範圍可區分為:

真空等級

真空度範圍

抽氣pump種類

粗真空

1大氣壓(pa)

油封式機械邦浦或乾式pump

中真空

10pa~1×10e-2pa

油封式機械邦浦或乾式pump

高真空

  1×10e-2pa~1×10E-7pa

油擴散pump,冷凍pump,turbo pump

超高真空

  1×10e-7pa~1×10E-10pa

冷凍pump

極超高真空

1×10E-10pa~           

四、真空邦浦元件

目前所有的真空邦浦,並沒有一種能單獨從大氣抽氣至高真空,必須前段使用

粗抽邦浦從大氣抽至1*10E-2,10rr,再利用高真空邦浦從1*10E-2來抽氣至高真空。

  1  油封式機械邦浦(oil seal Rotary pump)

油封邦浦是電子業;光學工業,及一般裝飾鍍膜工業最常用的粗抽邦浦,其優點

是穩定、方便及省錢、最大缺點是壓力在0˙2Torr以下時,一發生油氣回流至

腔體現況‧真空範圍可達5*10E-4Torr.

2乾式邦浦(DRY PUMP)

乾式邦邦浦是目前半導體工業、TFT,LED光電工業最常用無油式粗抽邦浦,其優點

是可產生無油非常乾淨的環境,真空範圍可達5*10E-4Torr.

3魯式邦浦(Rooster  Pump)

魯式邦浦‧無法單獨抽氣,必須搭配油封式機械邦浦或是乾是非浦連接在一起使用,

其優點是具有最大量抽氣的真空幫浦,真空範圍可達5*10E-4Torr.

4渦輪分子邦浦(Turbo Pump)

   TURBO PUMP 是目前相同排氣效率,最昂貴的真空邦浦,最常用於學術研究單位,

其抽氣範圍可達10E-2到10E-11Torr,無法獨立運轉,必須搭配乾式邦浦作為前級

粗抽邦浦抽氣,優點是乾淨、無油、稼動率高、操作簡單、容易解決突來壓力,

前置時間最短 ,缺點:維護昂貴、對水氣抽氣效率很差、大氣進入之慮。

依使用軸承不同有全磁浮式、半磁浮式及陶瓷式三種‧其轉子轉速一般為

   37500~90000rpm.

圖:VARIAN turbo pump

5冷凍邦浦(cryo pump)

cryo pump 是目前半導體使用最普遍,乾淨無油高真空邦浦,抽氣範圍可達10E-2到10E-11Torr對水氣抽氣效率最高最大,因為是利用極低溫(約零下273。 C)來捕捉氣體分子,但因一段時間後需利用N2來Purge,吸附‧捕捉的氣體分子用粗抽PUMP抽走,為其最大缺點。

圖:DAIKIN cryo pump

6油擴散式邦浦(Diffusion pump)

Diffusion pump 是目前光學業使用最普遍高真空幫浦,也是目前抽氣速率最大的高真空幫浦、

優點: 是便宜、構造簡單、維護費低廉、缺點是:對水氣抽氣效率較差及有油氣回流腔體問題。

五、真空量測元件

要得知真空度狀況,需靠真空計;依真空度範圍,精度需求而有不同真空計

公司目前所用真空計有下列幾種

1、派拉尼真空計(pirani gauge):

目前使用最廣泛粗真空真空計 ,使用範圍760torr(一大氣壓)~5*E-4torr,

在E-4torr範圍真空誤差約26%

2、冷陰極離子真空計 ( cold cathode ion gauge):

目前使用最廣泛高真空真空計之一,   使用範圍E-3torr~E-9torr,

在E-3torr~5E-4torr範圍真空誤差約26%

3、熱陰極離子真空計 ( hot cathode ion gauge):

目前使用最廣泛高真空真空計之一,   使用範圍1*E-3torr~E-10torr,

缺點:使用壽命短,當有通氧氣時離子加熱燈絲易燒斷

4、電容薄膜式真空計 (capacitance diaphragm gauge)

目前使用最精準,線性度最高真空真空計,   使用範圍依需求而不同規格

常用規格1.torr~1*E-3torr;0.1torr~1*E-4torr

缺點:價格貴;使用範圍小

圖:INFCON pirani gauge

圖:GP hot cathode ion gauge

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