Umumiy birliklar uchunultra yuqori vakuum
1. Millibar (mbar) - havo bosimining birliklari, 1000 mbar=1 bar=1 * 105 Pa;
2. Torr 760 Torr=1 atm bilan Torricelli tajribasida millimetr simob ustunidan (mmHg) keladi;
3. Pa xalqaro birliklar tizimidan (SI) keladi, bu erda 1 Pa 1 N/m2 ga teng;
Eslatma: Pa xalqaro birliklar tizimida asosiy birlik emas, balki olingan birlikdir.
Eslatma: 1 bar qat'iy ravishda 105 Pa, 1 atm esa 101325 Pa sifatida qat'iy belgilangan. Ikkalasi odatda amaliy foydalanishda izchil hisoblanadi, ammo turli xil ta'riflarga ega.
Eslatma: Amaliy foydalanishda Torr va mbar qiymatlarining o'xshashligi tufayli aniqlik talab etilmaganda ular odatda ekvivalent hisoblanadi.
Eslatma: Kilogramm (kg/sm2) ko'pincha muhandislikda bosim birligi sifatida ishlatiladi, qiymati 105 Pa ga yaqin.
Ultra yuqori vakuumning ta'rifi
1. Ultra yuqori vakuum (UHV), odatda 10-7-10-12 mbar sifatida aniqlanadi;
2. High vacuum (HV), generally defined as>10-7 mbar;
3. Haddan tashqari yuqori vakuum (XHV), odatda shunday ta'riflanadi<10-12 mbar.
Ultra yuqori vakuumning xususiyatlari
Yuqori tozalik sirtni tahlil qilish uchun ultra yuqori vakuum talab qiladigan asosiy sababdir. Yuzaki fizika ko'pincha sirtdagi bir nechta atom qatlamlarining fizik hodisalarini o'rganadi. Shu sababli, vakuum sharoitida ham gaz molekulalarining namuna yuzasida adsorbsiyasi eksperimental natijalarga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Namuna yuzasini tozalash va eksperimental natijalarga ifloslanish ta'sir qilish vaqtini tasvirlash uchun biz ko'pincha "umr muddati" dan foydalanamiz. Gaz molekulalarining turli adsorbsion qobiliyatlari tufayli, turli namunalar orasida namunaning ishlash muddatida sezilarli farqlar mavjud. Hatto bir xil namuna uchun ham turli tajribalar namunaning ishlash muddatining butunlay boshqacha ta'riflariga ega bo'ladi. Umuman olganda, sirt holatining umri tana holatiga qaraganda ancha qisqa.
Sirt fanida L (Langmuir) namuna sirtining ekspozitsiyasini aniqlash uchun ishlatiladi, bu erda 1 L=10-6 Torr * s. Biz namunaning ta'siri havo bosimiga teskari proportsional ekanligini ko'rishimiz mumkin. Shunday qilib, namunaning ishlash muddatini yaxshilash uchun biz ko'pincha tizimning vakuum darajasini iloji boricha oshirishga harakat qilamiz.
Agar xona haroratida N2 molekulalari asosida hisoblansa, to'qnashuv yuzasidagi barcha molekulalar adsorbsiyalanganligini hisobga olsak, molekulalar qatlami 10-6 Torr vakuum sharoitida 3 soniyada namuna yuzasiga adsorbsiyalanadi. Ilmiy-ommabop targ‘ibotda biz ko‘pincha vakuumning ahamiyatini 1 s bir qatlamli qamrov vaqtiga mos keladigan 10-6 Torr yordamida tasvirlaymiz. Bu atama juda yorqin va tushunarli, ammo sirt tadqiqoti bilan shug'ullanadigan talabalar uni ilmiy tadqiqot uchun asos sifatida ishlatmasliklari kerak.
Har bir gaz molekulasining ikkita qo'shni to'qnashuvi orasidagi masofaning o'rtacha statistik qiymati molekulaning o'rtacha erkin yo'li deb ataladi. Molekulalarning o'rtacha erkin yo'lining o'lchami molekulalarning vakuumdagi turi, zichligi va tezligiga bog'liq. Xona haroratida N2 ni hisobga olgan holda gaz molekulalarining o‘rtacha erkin yo‘li gaz bosimiga teskari proportsionaldir: atmosfera bosimida (105 Pa) o‘rtacha erkin yo‘l 59 nm, 10-7 Pa da esa o‘rtacha erkin yo‘l. balandligi 59 km. Ushbu parametrga asoslanib, biz magnetronning o'sishi uchun zarur bo'lgan minimal vakuumni taxmin qilishimiz mumkin.
Elektronlarning o'rtacha erkin yo'li elektronlar va gaz molekulalarining ketma-ket ikkita to'qnashuvi (elektronlar orasidagi to'qnashuvlarni hisobga olmaganda) o'rtasidagi masofaning o'rtacha statistik ko'rsatkichini bildiradi. Ushbu parametr asosan fotoelektrik energiya spektrining eksperimental tizimiga qo'llaniladi.
Ultra yuqori vakuum sharoitida termal konvektsiya odatda e'tiborga olinmaydi va issiqlik nurlanishi va o'tkazuvchanligi asosan hisobga olinadi.Past haroratli tizimlar(suyuq geliy, suyuq azot) asosan tashqi issiqlik uzatilishini oldini olishni ko'rib chiqadi. Suyuq azotdan foydalanadigan tizimlar uchun issiqlik o'tkazuvchanligi issiqlikning asosiy manbai hisoblanadi; Suyuq geliydan foydalanadigan tizimlar uchun tashqi termal nurlanishni e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi va tizimni loyihalashda alohida e'tibor berilishi kerak. Yuqori haroratli tizimlar materialning harorati ko'tarilishi va filamentni isitish natijasida hosil bo'lgan termal nurlanishdan kelib chiqadigan gaz chiqishini hisobga olishi kerak. Yuqori haroratlarda issiqlik o'tkazuvchanligi, asosan, termojuftlarning haroratni o'lchashga ta'sir qiladi. Bundan tashqari, yuqori haroratgacha qizdirilgandan so'ng, materialning o'zi tomonidan yaratilgan termal radiatsiyani e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi.
Ultra yuqori vakuumni qo'llash sohasi
Ultra yuqori vakuumni qo'llash sohasi juda keng va bu erda biz sirt fizikasi tadqiqotlari bilan chambarchas bog'liq bo'lgan bir nechtasini sanab o'tamiz,shu jumladan, magnetronli püskürtme, lazer pulsining to'planishi, molekulyar nur epitaksisi, sirt tahlili, va zarracha tezlatgichlari.
Ultra yuqori vakuum texnologiyasi molekulyar nur epitaksisi va sirt tahlili sohalarida keng qo'llaniladi va turli xil molekulyar nur epitaksi uskunalari, fotoelektron spektroskopiya, skanerlash tunnel mikroskopi va boshqa tayyorgarlik tavsiflash tizimlari ushbu diapazonda ishlaydi. Vakuum tizimlari ko'pincha tizimni qurish xarajatlarining muhim qismini tashkil etishi sababli, tegishli nasos moslamasini qanday tanlash va tegishli vositalar yordamida eng yaxshi vakuum darajasini tezda olish tegishli sohalarni bezovta qiladigan keng tarqalgan muammodir.
Zarracha tezlatgichlari vakuum uchun eng qattiq talablarga ega, ammo tizimning yuqori umumiy narxi tufayli vakuum nasos qurilmasixarajatlarning asosiy komponenti emas. Odatda, yaxshiroq vakuum nasoslari iloji boricha konfiguratsiya qilinadi. Bundan tashqari, tezlatgich kamerasida odatda ifloslanish manbai yo'q va vakuum darajasi odatda juda yuqori vakuum oralig'iga etadi.
Magnetronning chayqalishi bug'lanish jarayonida mexanizm muammolari tufayli sezilarli darajada ifloslanishni keltirib chiqaradi va odatda yuqori vakuum darajalariga erishmaydi.Molekulyar nasos agregatlariodatda foydalanish shartlarini qondirish uchun etarli. So'nggi yillarda texnologiyaning uzluksiz rivojlanishi va tadqiqot ehtiyojlarining yanada rivojlanishi bilan magnetronli püskürtme tizimlarining vakuum darajasi doimiy ravishda takomillashtirildi va ultra yuqori vakuum bilan bog'liq texnologiyalar ham doimiy ravishda ushbu sohaga kirib bormoqda.
O'tmishda lazer impulslarining cho'kishi (PLD) texnologiyasida vakuum darajasiga bo'lgan talab molekulyar nur epitaksisi va magnetronli püskürtme o'rtasida edi. So'nggi yillarda molekulyar nur epitaksisi (MBE) texnologiyasi bilan bosqichma-bosqich integratsiyalashuvi tufayli vakuum darajasiga bo'lgan talab ham doimiy ravishda ortib bormoqda. Lazer molekulyar nur epitaksisi (LMBE) - bu ultra yuqori vakuumli texnologiya bo'lib, MBE ni PLDga kiritadi.
