FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Preview:

DESCRIPTION

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl). FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII. Dr inż. Krzysztof Waczyński Zakład Mikroelektroniki i Biotechnologii Instytut Elektroniki - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński

Zakład Mikroelektroniki i Biotechnologii

Instytut Elektroniki

Politechnika Śląska, Gliwice

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRÓŻNIA

Własności gazów rozrzedzonych, metody wytwarzania próżni, metody pomiaru

próżni, wykorzystanie próżni w technologiach mikroelektronicznych

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

STRUMIENIE CZĄSTEK OBOJĘTNYCH

Źródła par, charakterystyki emisyjne źródeł par, zastosowanie strumieni cząstek molekularnych

w technologii elektronowej (wytwarzanie struktur cienkowarstwowych, wytwarzanie

struktur epitaksjalnych)

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

FALE ELEKTROMAGNETYCZNEWidmo fal elektromagnetycznych – metody wytwarzania

fal elektromagnetycznych o określonej długości fali, podstawowe własności fal elektromagnetycznych

(dyfrakcja, interferencja), oddziaływanie fali

elektromagnetycznej z ciałem stałym, wykorzystanie fali elektromagnetycznej w technologiach

mikroelektronicznych

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

WIĄZKA ELEKTRONOWA

Wytwarzanie i charakterystyka wiązki elektronowej, (emisja elektronów, termokatody, kinetyka elektronów, układy sterowania wiązką elektronową), oddziaływanie wiązki elektronowej na ciało stałe, zastosowanie wiązki elektronowej w technologiach mikroelektronicznych,

(systemy elektronolitografii, urządzenia z wiązką elektronową jako źródłem ciepła)

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

WIĄZKA JONOWAWytwarzanie i charakterystyka wiązki jonowej (źródła

jonów, układy sterowania wiązką jonową), oddziaływanie wiązki jonowej z ciałem stałym (wpływ

wiązki jonów na strukturalne własności rezystów, oddziaływanie wiązki jonowej z amorficznym ciałem

stałym oraz z monokryształem, trawienie powierzchni), zastosowanie wiązki jonowej w technologiach

mikroelektronicznych (jonolitografia, domieszkowanie półprzewodników)

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PLAZMA

Sposoby wytwarzania plazmy, oddziaływanie składników plazmy z ciałem stałym, proces osadzania

powłok. Przenoszenie masy i energii do podłoża, charakterystyki emisyjne źródeł, mechanizmy

trawienia plazmowego, zastosowanie plazmy w mikrotechnologii (osadzanie warstw metodą

rozpylania katodowego, suche trawienie)

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ZJAWISKA NA POWIERZCHNI CIAŁA

STAŁEGOAbsorpcja, adsorpcja i desorpcja gazu, kondensacja, fizyczne podstawy utleniania powierzchni materiałów

półprzewodnikowych, fizyczne podstawy epitaksji

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

DYFUZJA W CIAŁACH STAŁYCH

Opis dyfuzji, matematyczny opis dyfuzji, atomowe mechanizmy dyfuzji w monokryształach, zjawisko

dyfuzji w technologii elektronowej (przenikanie gazu przez ciała stałe), domieszkowanie dyfuzyjne

półprzewodników

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRÓŻNIA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRÓŻNIA

Dosłowne znaczenie:

„Przestrzeń całkowicie pozbawiona materii”

Znaczenie techniczne:

„Stan gazu, którego koncentracja lub ciśnienie są niższe od ciśnienia lub koncentracji powietrza atmosferycznego tuż przy powierzchni Ziemi”

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRÓŻNIA

POWIETRZE ATMOSFERYCZNE

KOMORA PRÓŻNIOWA

PRÓŻNIA – OBSZAR OBNIŻONEGO

CIŚNIENIA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRÓŻNIA

POWIETRZE ATMOSFERYCZNE

KOMORA PRÓŻNIOWA

PRÓŻNIA – OBSZAR OBNIŻONEGO

CIŚNIENIAPompy próżniowe

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PROCESY PROWADZONE

W PRÓŻNI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PROCESY PROWADZONE W PRÓŻNI

Pompy próżniowe

Otrzymywanie bardzo czystych materiałów,

szczególnie takich, które łatwo reagują chemicznie

z gazami zawartymi w atmosferze. Są to techniki wytopów

próżniowych, czyszczenia strefowego

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PROCESY PROWADZONE W PRÓŻNI

Pompy próżniowe

Usuwanie gazów i składników lotnych rozpuszczonych w

objętości lub zaadsorbowanych na

powierzchni. Destylacja molekularna, impregnacja

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PROCESY PROWADZONE W PRÓŻNI

Pompy próżniowe

Wytwarzanie warstw cienkich o określonej

konfiguracji i małej ilości zanieczyszczeń.

Przygotowywanie „czystych”powierzchni.

Naparowywanie, napylanie w technice warstw cienkich,

czyszczenie jonowe

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PROCESY PROWADZONE W PRÓŻNI

Pompy próżniowe

Wytwarzanie płyt CD, pokrywanie warstwami

przeciwodbiciowymi (warstwami

antyrefleksyjnymi) szyb

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PROCESY PROWADZONE W PRÓŻNI

Pompy próżniowe

Pomiary spektroskopowe powierzchniowych

własności półprzewodników

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PROCESY PROWADZONE W PRÓŻNI

Pompy próżniowe

Procesy technologiczne w technologii wytwarzania

struktur półprzewodnikowych. Implantacja jonów, elektronolitografia,

jonolitografia

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRÓŻNIA

OPIS FIZYCZNY

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRÓŻNIA

Próżnia może być scharakteryzowana przy wykorzystaniu jednostek opisujących ciśnienie

Ciśnienie wysokie

Ciśnienie niskie

próżnia niska

próżnia wysoka

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA - SI

1N

1m2

Jednostka ciśnienia 1 pascal (SI)

21

11

m

NPa

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

Tor (Tr) mm słupa rtęci Hg 1Tr

Ciśnienie wywierane przez

słup rtęci o wysokości 1mm

1mmrtęć (Hg)

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

micron μ 1mTr

Ciśnienie wywierane przez

słup rtęci o wysokości 1·10 m

1·10 m

-6

-6

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

Milimetry słupa wody 1mmWS

Ciśnienie wywierane przez

słup wody o wysokości 1mm

1 mm woda (H O)

2

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

Atmosfera fizyczna (atm) 1 atm

Ciśnienie wywierane przez

słup rtęci o wysokości 760mm

760mm

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

1kG

1cm2

Atmosfera techniczna (at) 1 at

21

11

cm

kGat

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

1dyna

1cm2

Mikrobar (baria) 1 μbar

21

11

cm

dynabar

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

10 dyn

1cm2

milibar 1 mbar

barmbar 3101

3

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

10 dyn

1cm2

1bar

barbar 6101

6

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

Pa bar Torr atm at mmWS

Pa 1 1·10 7.5·10 9.87·10 1.02·10 0.102

bar 1·10 1 750 0.987 1.02 1.02·10

Torr 1.33·10 1 1.32·10 1.36·10 13.6

atm 1.01·10 1013 760 1 1.03 1.03·10

at 9.81·10 0.981 735.6 0.968 1 1·10

mmWS 9.81 9.81·10 7.36·10 9.68·10 1·10 1

-5

5

-3 -6 -5

4

21.33·10

-3 -3 -3

5

4

-2 -2 -5 -4

4

4

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

hPaatm

Paatm

Paatm

10001

10101

10123

5

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

hPa1070960 PROGNOZA POGODY

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

Atmosfera fizyczna

1atm

Atmosfera techniczna

1at

atatm 03.11

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

Atmosfera fizyczna 1 atm

Ciśnienie wywierane przez

słup rtęci o

wysokości 0.76m lub słup wody o wysokości 10.3m

2m

4m6m8m

10mHg H2O

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

atbar 02.11

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

JEDNOSTKI CIŚNIENIA

2

2

/11

/11

ftlbfpsf

inchlbfpsi

Spotykane sporadycznie – w ang. literaturze

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PODZIAŁ ZAKRESU

PODCIŚNIEŃ PRÓŻNI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PODZIAŁ ZAKRESU PODCIŚNIEŃ PRÓŻNI

NAZWA PRÓŻNI

JED.CIŚ. [mbar]

JED.CIŚ. [Pa]

JED.CIŚ. [Tr]

niska 1013÷1 10 000÷100 760÷1

średnia 1÷10 100÷10 1÷10

wysoka 10 ÷10 10 ÷10 10 ÷10

ultrawysoka <10 <10 <10

-3

-3

-3

-3 -8

-8

-7

-7

-1

-1 -6

-6

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POWIETRZE ATMOSFERYCZNE

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SKŁAD ATMOSFERY

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SKŁAD ATMOSFERY

GAZY % wagowe % objętościowe

N2 75.51 78.1

O2 23.01 20.93

Ar 1.29 0.93

CO2 0.04 0.03

Ne 1.2·10 1.8·10

He 7·10 7·10

CH4 2·10 2·10

-3 -3

-5 -5

-4 -4

Wilgotność względna 50% przy temperaturze 20°C

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

CISNIENIE CZĄSTKOWE - PARCJALNE

N2

792m

bar

212m

bar

O2 Ar

9.47

mb

ar

0.31

mb

ar

CO2

1.9·

10

mb

ar

Ne

-2

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

100km

200km

300km

400km

500km

600kmPowietrze atmosferyczne

Wysoka próżnia

Ultrawysoka próżnia

Od

legł

ość

od p

owie

rzch

ni Z

iem

i

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WŁASNOŚCI GAZÓW

ROZRZEDZONYCH

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA

KINETYCZNEJ TEORII GAZÓW

WŁASNOŚCI GAZÓW ROZRZEDZONYCH

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA KINETYCZNEJ TEORII GAZÓW

1. Materia złożona jest z małych cząstek, zwanych molekułami. Dla określonej substancji chemicznej cząsteczki są identyczne pod względem masy, kształtu, objętości

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA KINETYCZNEJ TEORII GAZÓW

2. Cząsteczki gazu są w nieustannym ruchu. Ich energia kinetyczna uzależniona jest od temperatury gazu

3. Temperatura gazu określa wyłącznie energię kinetyczną ruchu postępowego cząsteczek

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA KINETYCZNEJ TEORII GAZÓW

4. Objętość własna wszystkich cząsteczek jest do pominięcia w porównaniu z objętością zbiornika

5. Cząsteczki nie wywierają wzajemnie na siebie żadnych sił

6. Zderzenia między cząsteczkami i ściankami zbiornika są zderzeniami elastycznymi

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Zbiornik wypełniony gazem o koncentracji „n”

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Cząsteczka gazu może poruszać się w dowolnym kierunku

vxvy

vz v

v – wypadkowa prędkość

vx – składowa w osi „x”vy – składowa w osi „y”vz – składowa w osi „z”

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Część cząsteczek uderzy w wybrany fragment powierzchni „ΔS” zbiornika

ΔS

x

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Ilość cząstek „N” w elemencie objętości

SlV

VnN

n – koncentracja V - objętość

l

ΔS

x

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Ilość cząstek „N” w elemencie objętości

StvV

SlV

x

vx – składowa prędkości t - czas

l

ΔS

vxt

vxvx

vx

vx

x

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Ilość cząstek „N” w elemencie objętości

Svnt

N

StvnN

x

x

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Przy założeniu równouprawnienia wszystkich kierunków ruchu, połowa z tych

cząsteczek posiada dodatnie składowe prędkości w kierunku osi „x” i w czasie „t”

uderza w wybrany fragment powierzchni ścianki zbiornika „ΔS”

SvntN x /

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Zderzenie elastyczne

- zmiana kierunku (znaku) pędu,

- bezwzględna wartość pędu nie ulega zmianie

x

y

Fx

+m0vx

-m0vx

m0vx

m0vx

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Siła wywierana przez jedną cząstkę

xx

xx

vvmtF

t

vvmF

amF

00

00

00

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Siła wywierana przez jedną cząstkę

t

vmF

vmtF

vvmtF

x

x

xx

00

00

00

2

2

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Całkowita siła wywierana przez połowę cząstek gazu zawartych w elemencie objętości

t

vmNF x

x02

2

1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Całkowita siła wywierana przez połowę cząstek gazu zawartych w elemencie objętości

SvnmF

SnvtN

xx

x

2

0

/

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Ponieważ:

2222zyx vvvv

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Przy równouprawnieniu wszystkich kierunków ruchu:

222zyx vvv

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Otrzymano:

22 3/1 vvx

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Siła wywierana na ściankę:

SnvmFx 203/1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Ciśnienie wywierana na ściankę:

S

Snvmp

SFp x

2

03/1

/

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU

Ciśnienie wywierana na ściankę:

203/1 vnmp

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRAWO DALTONA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRAWO DALTONA

Jeżeli zbiornik wypełniony jest mieszaniną gazów, wówczas każdy z tych gazów będzie wywierał odpowiednią siłę

SvmnF

SvmnF

SvmnF

iiixi

x

x

20

220222

210111

3/1

3/1

3/1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRAWO DALTONA

Całkowita siła będzie sumą sił wywieranych przez poszczególne składniki

n

ixix FF

1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRAWO DALTONA

Całkowite ciśnienie gazu jest równe sumie ciśnień cząstkowych wywieranych przez

poszczególne składniki

i

ipp

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

Energia kinetyczna cząsteczki gazu

2

20

1

vmEK

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

Przy założeniu, że „v” jest, identyczną dla wszystkich cząsteczek, prędkością średnią

kwadratową (obliczoną dla wszystkich cząsteczek)

222

21 .../1 NK vvvNvv

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

Całkowita energia kinetyczna gazu będzie sumą energii poszczególnych cząsteczek

202/1 vmE

EE

ii

K

iKiK

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

„m” – całkowita masa gazu

ioi

iiK

mm

vmE 202/1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

Energia kinetyczna gazu

2

2mvEK

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

Energia kinetyczna gazu - obliczenia

0/ nmVm ρ – gęstość gazu

n – koncentracja gazu

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

203/1 vnmp

23/1 vp

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

23/1 vp 2

3

1v

V

mp

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

23 mvpV

2

2

1mvEK

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

pVEK 2

3

Całkowita energia kinetyczna gazu:

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

QEK 2/3

Ilość gazu QpV

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

ENERGIA GAZU

Energia kinetyczna gazu – a więc i jego temperatura zależy wyłącznie od ilości gazu

„Q” a nie od rodzaju gazu.

Przy ustalonej objętości zbiornika i ustalonym ciśnieniu gazu energie kinetyczne i temperatury wszystkich gazów są jednakowe

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRAWO AVOGADRO

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRAWO AVOGADRO

Gaz A Gaz B

V1, p1, T1 V1, p1, T1

212121 ,, TTppVV

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRAWO AVOGADRO

2121 )2)1 TTpp

21

2202

2101

22022

21011

2/12/1

3/13/1

nn

vmvm

vmnvmn

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

PRAWO AVOGADRO

21 nn Przy tym samym ciśnieniu i w tej samej temperaturze koncentracja

cząsteczek gazu jest dla wszystkich gazów jednakowa

Prawo Avogadra

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

OBJĘTOŚĆ ZAJMOWANA PRZEZ GRAMOCZĄSTECZKĘ

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

OBJĘTOŚĆ ZAJMOWANA PRZEZ GRAMOCZĄSTECZKĘ

GRAMOCZĄSTECZKA

Ilość gramów gazu równa jego liczbie molowej

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

OBJĘTOŚĆ ZAJMOWANA PRZEZ GRAMOCZĄSTECZKĘ

Rozpatrzmy:

- dwa, różne gazy pozostające w tej samej temperaturze (T1=T2) i pod tym samym ciśnieniem (p1=p2)

- masa każdego z gazów jest równa jego masie molowej (M1, M2)

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

OBJĘTOŚĆ ZAJMOWANA PRZEZ GRAMOCZĄSTECZKĘ

T1=T2 (oznacza to równość energii gazu)

222

211 2/12/1 vMvM

p1=p2 (równość ciśnień)

22

2

221

1

1

3

1

3

1v

V

Mv

V

M

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

OBJĘTOŚĆ ZAJMOWANA PRZEZ GRAMOCZĄSTECZKĘ

21

22

2

221

1

1

222

211

3

1

3

12

1

2

1

VV

vV

Mv

V

M

vMvM

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

OBJĘTOŚĆ ZAJMOWANA PRZEZ GRAMOCZĄSTECZKĘ

Objętość zajmowana przez gramocząsteczkę gazu w

ustalonych warunkach ciśnienia i temperatury jest wielkością stałą

dla wszystkich gazów

21 VV

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

OBJĘTOŚĆ ZAJMOWANA PRZEZ GRAMOCZĄSTECZKĘ

Objętość molowa gazu wyznaczona doświadczalnie przy ciśnieniu 1atm

i w temperaturze 0°C wynosi:

lV

cmV

415,22

22415

0

30

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

LICZBA AVOGADRO

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

LICZBA AVOGADRO

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

LICZBA AVOGADRO

Z poprzednio wyprowadzonych zależności wynika, że:

1. Przy tym samym ciśnieniu i w tej samej temperaturze koncentracja cząsteczek jest dla wszystkich gazów jednakowa

2. Objętość zajmowana przez gramocząsteczkę gazu, w ustalonych warunkach ciśnienia i temperatury jest wielkością stałą dla wszystkich gazów

21 nn

21 VV

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

LICZBA AVOGADRO

Ilość cząsteczek zawartych w jednym molu gazu jest wielkością stałą dla wszystkich

gazów niezależnie od ciśnienia i temperatury. Wielkość ta znana jest jako:

LICZBA AVOGADRO

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

LICZBA AVOGADRO

LICZBA AVOGADRO - NA

Wyznaczona doświadczalnie

23100228,6 AN

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

LICZBA AVOGADRO

Znając masę molową substancji chemicznej oraz liczbę Avogadro można wyznaczyć pojedynczej

masę cząsteczki

AN

Mm 0

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

LICZBA AVOGADRO

M - masa molowa substancji – liczba gramów substancji (gazu) równa jego liczbie masowej

Powłoki elektronoweOTlen15,9994

8 26

KLMNOPQ

Liczba atomowa

Symbol pierwiastka

Nazwa pierwiastka

Masa atomowa

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

RÓWNANIE STANU GAZU

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)r

RÓWNANIE STANU GAZU

Prawo Boyla-Mariotta

Prawo Gay - Lusaca

constTdlaconstVp

constpprzyTV

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

RÓWNANIE STANU GAZU

Uwzględniając oba powyższe prawa – uzyskano:

TVp Zależność jednakowa dla wszystkich gazów

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

RÓWNANIE STANU GAZU

Równanie Clapeyrona

TRVp R – stała uniwersalna

(Równanie Stanu Gazu Doskonałego)

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

RÓWNANIE STANU GAZU

T

pVR

Wartość liczbowa stałej uniwersalnej R dla 1 mola gazu

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

RÓWNANIE STANU GAZU

0

00

T

VpRM

Wartość liczbowa stałej uniwersalnej R dla 1 mola gazu

Objętość molowa gazu wyznaczona

doświadczalnie przy ciśnieniu p0=1atm i w temperaturze T0 = 0°C

wynosi V0=22,4l

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

RÓWNANIE STANU GAZU

K

lTr

T

VpRM 16.273

415,22760

0

00

Wartość liczbowa stałej uniwersalnej R dla 1 mola gazu

Kmol

lTrRM

36,62

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

RÓWNANIE STANU GAZU

Wartość liczbowa stałej uniwersalnej R dla 1 mola gazu

Kmol

JRM

312,8

K

mPaRM 16,273

10415,2210013,1 335

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

RÓWNANIE STANU GAZU

(dla dowolnej ilości gazu)

TRM

mVp M

m/M – ilość moli rozpatrywanego gazu

Równanie Stanu Gazu Doskonałego

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

RÓWNANIE STANU GAZU

Obliczenie ilości moli gazu

m=64g O2

masa molowa cząsteczki tlenu O2

M=2·16g=32g

232

64

g

g

M

mnM

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZWIĄZEK MIĘDZY ENERGIĄ

KINETYCZNĄ CZĄSTECZKI A

TEMPERATURĄ GAZU

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ENERGIA KINETYCZNA CZĄSTECZKI A TEMPERATURA GAZU

Energia kinetyczna dla 1 mola gazu

TRpV MpVEK 2

3

TRE MK 2

3

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ENERGIA KINETYCZNA CZĄSTECZKI A TEMPERATURA GAZU

M

mTRMv M

02

2

3

2

1

TRM

mvm M

020 2

3

2

1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ENERGIA KINETYCZNA CZĄSTECZKI A TEMPERATURA GAZU

TRM

mvm M

020 2

3

2

1

Energia kinetyczna pojedynczej cząsteczki

1KE ANMm /1/0

Odwrotność liczby Avogadro

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ENERGIA KINETYCZNA CZĄSTECZKI A TEMPERATURA GAZU

kTTN

RE

A

MK 2

3

2

31

Stała BoltzmannakNR AM /

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ENERGIA KINETYCZNA CZĄSTECZKI A TEMPERATURA GAZU

kTEK 2

31

Stała Boltzmanna

KeVk

KlTrk

KJk

/10616,8

/1036,10

/10381,1

5

23

23

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY

GĘSTOŚCIĄ GAZU A CIŚNIENIEM

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY GĘSTOŚCIĄ GAZU A CIŚNIENIEM

Równanie stanu gazu:

pT

M

RV

m

TRmMpV

TRMmpV

M

M

M

1

/

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY GĘSTOŚCIĄ GAZU A CIŚNIENIEM

Gęstość gazu jest proporcjonalna do ciśnienia gazu

pT

M

RV

m

M

1

pT

M

RM

1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY

KONCENTRACJĄ GAZU A

CIŚNIENIEM

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY KONCENTRACJĄ GAZU A CIŚNIENIEM

nmVm 0/ Gęstość gazu:

m0 – masa cząsteczki gazun – koncentracja gazu

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY KONCENTRACJĄ GAZU A CIŚNIENIEM

0/ mn Koncentracja gazu:

pT

M

RM

1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY KONCENTRACJĄ GAZU A CIŚNIENIEM

Koncentracja gazu:

T

p

m

M

Rn

M 0

1

Liczba Avogadro AN

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY KONCENTRACJĄ GAZU A CIŚNIENIEM

Koncentracja gazu:

T

p

R

Nn

M

A

Odwrotność stałej Boltzmanna k/1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY KONCENTRACJĄ GAZU A CIŚNIENIEM

Koncentracja gazu:

T

p

kn

1

Koncentracja gazu jest wprost proporcjonalna do ciśnienia a odwrotnie proporcjonalna do temperatury gazu

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

1. Cząsteczka gazu poruszając się w chmurze innych cząsteczek co pewien czas ulega zderzeniom

2. W wyniku każdego zderzenia zmienia się kierunek ruchu

3. Tor cząsteczki składa się z odcinków linii prostej. Długości tych odcinków nie są jednakowe

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

4. Dla dostatecznie długiego czasu „t” wyznaczyć można średnią drogę cząsteczki miedzy kolejnymi zderzeniami „L”[m]

5. Dla dostatecznie długiego czasu „t” wyznaczyć można średnią ilość zderzeń „z” [1/s]

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

DEFINICJAŚrednica cząsteczki jest to

najmniejsza odległość na jaką mogą zbliżyć się dwie cząsteczki

jednakowego gazud

+ +

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

DROGA PRZEBYTA PRZEZ CZĄSTECZKĘ

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

va – średnia prędkośćz – średnia ilość zderzeńL – średnia droga swobodna

czas t

droga l

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

Cząsteczka poruszająca się ze średnią prędkością „va” przebywa w czasie „t” drogę:

stsmvml a /

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

Cząsteczka w czasie t przebywa drogę równą średniej drodze swobodnej razy liczba zderzeń:

.. zdlmLml

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

Cząsteczka w czasie pokonywania odległości „l” w czasie „t” doznaje:

stszzdl /1..

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

ssmm

tzLl

/1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

zLv

tzLl

tvl

a

a

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

Z cząsteczką gazu „2” zderzą się tylko te cząstki gazu „1”, których środki mas przechodzą przez

powierzchnię koła o promieniu „r12”v1

r12

v1·t

v1

v1

v1

v1

v1

+

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

Z cząsteczką gazu „2” zderzą się tylko te cząstki gazu „1”, których środki mas przechodzą przez

powierzchnię koła o promieniu „r12”

r12++

2

212

1212

212112

4/1

2/1

ddrS

ddrrr

S12

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

Liczba cząsteczek „N1” gazu znajdujących się w rozważanej objętości

S12

v1t

n1 –koncentracja cząstek gazu

tvSnN 11211 1

2

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

Ilość zderzeń cząstek gazu „1” z nieruchomą cząstką „2” w jednostce czasu – „z12”

S12

v1t112112

112 /

vSnz

tNz

1

2

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

Średnia droga swobodna cząsteczki „L12”

S12

v1t12112

11112

/1

/

SnL

zvL

1

2

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

W przypadku gazu jednorodnego

S12

v1t 212

21

dSS

ddd

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZDERZENIA MIĘDZY CZĄSTECZKAMI

W przypadku gazu jednorodnego: wzajemna liczba zderzeń cząstek „z11” i średnia droga pomiędzy

zderzeniami „L11”

S12

v1t211

211

1

dnL

vdnz

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA

PRZEPŁYWU

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

ZBIORNIK (o objętości V)

PRZEWÓD (o przewodności G)

POMPA PRÓŻNIOWA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

Podczas pompowania ciśnienie w zbiorniku maleje

a odpompowywany gaz przepływa do pompy

(natężenie przepływu gazu I) przez przewód łączący o

przewodności G

ZBIORNIK

POMPA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

ZBIORNIK

PR

ZE

D

POMPA

A A

B B

wydajność pompowania

wydajność pompowania

ciśnienie

ciśnienie

szybkość pompowania

efektywna szybkość pompowania

CA

CB

p2

p1

SE

S

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA

DEFINICJA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

dt

pVd

dt

dQC

Q – ilość gazup – ciśnienie gazu

V – ciśnienie gazut – czas

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

dt

pVd

dt

dQC

Q – ilość gazup – ciśnienie gazu

V – ciśnienie gazut – czas

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

TRM

mpV M

m – masa gazuM – masa molowa

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

TR

M

m

dt

dC M

m – masa gazuM – masa molowa

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

TR

M

m

dt

dC M

m – masa gazuM – masa molowa

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

Nmm 0

m – masa gazum0 – masa pojedynczej cząsteczki N – liczba cząsteczek gazu

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

TR

M

Nm

dt

dC M

0

m0 – masa pojedynczej cząsteczki gazuM – masa molowaN – liczba cząsteczek gazu

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

TR

M

Nm

dt

dC M

0

0/ mMN A Liczba Avogadro

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

TN

N

R

dt

dC

A

M

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

TN

N

R

dt

dC

A

M

AM NRk /Stała Boltzmanna

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

dt

dNkTC

TNkdt

dC

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

dt

dNkTC

C – wydajność pompowania dN/dt – zmiana ilości cząsteczek gazu w czasie

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SZYBKOŚĆ POMPOWANIA

DEFINICJA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SZYBKOŚĆ POMPOWANIA - DEFINICJA

ZBIORNIK

PR

ZE

D

POMPA

A A

B B

wydajność pompowania

wydajność pompowania

ciśnienie

ciśnienie

szybkość pompowania

efektywna szybkość pompowania

CA

CB

p2

p1

SE

S

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SZYBKOŚĆ POMPOWANIA - DEFINICJA

Wydajność pompowania w płaszczyźnie A-A

dt

dVp

dt

dQCA 2

W dowolnej chwili czasu „t” ciśnienie gazu w zbiorniku wynosi „p2”

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SZYBKOŚĆ POMPOWANIA - DEFINICJA

Zmiana objętości pompowanego gazu

dt

dVpCA 2

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SZYBKOŚĆ POMPOWANIA - DEFINICJA

Szybkość pompowania „S” - definicja

dt

dVS

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SZYBKOŚĆ POMPOWANIA - DEFINICJA

Efektywna szybkość pompowania „SE” – szybkość opróżniania zbiornika w

płaszczyźnie A-A

dt

dVSE

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SZYBKOŚĆ POMPOWANIA - DEFINICJA

Szybkość pompowania pompy „S” – szybkość opróżniania zbiornika przez

przewód w płaszczyźnie B-B

dt

dVS

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

SZYBKOŚĆ POMPOWANIA - DEFINICJA

EA SpC 2Wydajność pompowania w płaszczyźnie A-A

Wydajność pompowania w płaszczyźnie B - B

SpCB 1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

NATĘŻENIE PRZEPŁYWU

DEFINICJA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

ZBIORNIK

POMPA

G

p2

p1

12 ppGI I - natężenie przepływu

I

G - przewodność przewodu

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

12

12

ppG

I

ppGI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

S

CpSpC

S

CpSpC

BB

E

AEA

11

22

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

S

C

S

C

G

I B

E

A

12/ ppGI

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

BA CIC

Wzdłuż drogi przepływu nie występują procesy wydzielania czy też pochłaniania

gazu:

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

SSG E

111

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

EFEKTYWNA SZYBKOŚĆ

POMPOWANIA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

EFEKTYWNA SZYBKOŚĆ POMPOWANIA

GS

SGSE

SSG E /1/1/1

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

EFEKTYWNA SZYBKOŚĆ POMPOWANIA

GS

SGSE

GSGS E

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

EFEKTYWNA SZYBKOŚĆ POMPOWANIA

GS

SGSE

SSSG E

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

ZBIORNIK

POMPA

G

SE

S

Efektywna szybkość pompowania zbiornika

„SE” będzie zawsze mniejsza lub co najwyżej równa przewodności „G” kanału łączącego zbiornik

z pompą

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEWODNOŚĆ OPORNOŚĆ PRZEWODU

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PRZEWODNOŚĆ (OPORNOŚĆ) PRZEWODU

GW /1

Oporność przewodu równa jest odwrotności przewodności

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYPADKOWA PRZEWODNOŚĆ

(OPORNOŚĆ) PRZEWODU

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYPADKOWA PRZEWODNOŚĆ (OPORNOŚĆ) PRZEWODU

G1(W1) G2(W2) G3(W3) G4(W4)

4321

4321

11111

GGGGG

WWWWW

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

WYPADKOWA PRZEWODNOŚĆ (OPORNOŚĆ) PRZEWODU

G1(W1)G2(W2)G3(W3)G4(W4)

4321

4321

11111

WWWWW

GGGGG

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

ZACHOWANIE SIĘ CZĄSTEK GAZU W

RÓŻNYCH ZAKRESACH PODCIŚNIEŃ

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

PODZIAŁ ZAKRESU PODCIŚNIEŃ PRÓŻNI

NAZWA PRÓŻNI

JED.CIŚ. [mbar]

JED.CIŚ. [Pa]

JED.CIŚ. [Tr]

niska 1013÷1 10 000÷100 760÷1

średnia 1÷10 100÷10 1÷10

wysoka 10 ÷10 10 ÷10 10 ÷10

ultrawysoka <10 <10 <10

-3

-3

-3

-3 -8

-8

-7

-7

-1

-1 -6

-6

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

KONCENTRACJA CZĄSTECZEK

ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

KONCENTRACJA CZĄSTECZEK, ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

mbarp 11013PRÓŻNIA NISKA

cm

cmn2

31619

10

1010

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

KONCENTRACJA CZĄSTECZEK

mbarp 3101 PRÓŻNIA ŚREDNIA

cm

cmn

1010

10102

31316

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

KONCENTRACJA CZĄSTECZEK

mbarp 73 1010 PRÓŻNIA WYSOKA

cm

cmn5

3913

1010

1010

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

KONCENTRACJA CZĄSTECZEK

mbarp 710PRÓŻNIA U-WYSOKA

cm

cmn5

39

10

10

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POWIERZCHNIOWA SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

OBJĘTOŚCIOWA SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

mbarp 11013PRÓŻNIA NISKA

132329

122023

1010

1010

scmZ

scmZ

V

a

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

mbarp 3101 PRÓŻNIA ŚREDNIA

131723

121720

1010

1010

scmZ

scmZ

V

a

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

mbarp 73 1010 PRÓŻNIA WYSOKA

13917

121317

1010

1010

scmZ

scmZ

V

a

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

mbarp 710PRÓŻNIA U-WYSOKA

139

1213

10

10

scmZ

scmZ

V

a

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

CZAS TWORZENIA SIĘ MONOMOLEKULARNEJ

WARSTWY

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

mbarp 11013PRÓŻNIA NISKA

s510

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

mbarp 3101 PRÓŻNIA ŚREDNIA

s25 1010

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

mbarp 73 1010 PRÓŻNIA WYSOKA

s10010 2

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: Krzysztof.Waczynski@polsl.pl)

POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

mbarp 710PRÓŻNIA U-WYSOKA

s100

Recommended