FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

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: [email protected])


Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected])r

PRÓŻNIA

Własności gazów rozrzedzonych, metody wytwarzania próżni, metody pomiaru

próżni, wykorzystanie próżni w technologiach mikroelektronicznych



STRUMIENIE CZĄSTEK OBOJĘTNYCH

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

w technologii elektronowej (wytwarzanie struktur cienkowarstwowych, wytwarzanie

struktur epitaksjalnych)



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



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)



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)



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)



ZJAWISKA NA POWIERZCHNI CIAŁA

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

półprzewodnikowych, fizyczne podstawy epitaksji



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



PRÓŻNIA



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”



PRÓŻNIA

POWIETRZE ATMOSFERYCZNE

KOMORA PRÓŻNIOWA

PRÓŻNIA – OBSZAR OBNIŻONEGO

CIŚNIENIA



PRÓŻNIA


KOMORA PRÓŻNIOWA

PRÓŻNIA – OBSZAR OBNIŻONEGO

CIŚNIENIAPompy próżniowe



PROCESY PROWADZONE

W PRÓŻNI



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




Pompy próżniowe

Usuwanie gazów i składników lotnych rozpuszczonych w

objętości lub zaadsorbowanych na

powierzchni. Destylacja molekularna, impregnacja




Pompy próżniowe

Wytwarzanie warstw cienkich o określonej

konfiguracji i małej ilości zanieczyszczeń.

Przygotowywanie „czystych”powierzchni.

Naparowywanie, napylanie w technice warstw cienkich,

czyszczenie jonowe




Pompy próżniowe

Wytwarzanie płyt CD, pokrywanie warstwami

przeciwodbiciowymi (warstwami

antyrefleksyjnymi) szyb




Pompy próżniowe

Pomiary spektroskopowe powierzchniowych

własności półprzewodników




Pompy próżniowe

Procesy technologiczne w technologii wytwarzania

struktur półprzewodnikowych. Implantacja jonów, elektronolitografia,

jonolitografia



PRÓŻNIA

OPIS FIZYCZNY



PRÓŻNIA

Próżnia może być scharakteryzowana przy wykorzystaniu jednostek opisujących ciśnienie

Ciśnienie wysokie

Ciśnienie niskie

próżnia niska

próżnia wysoka



JEDNOSTKI CIŚNIENIA



JEDNOSTKI CIŚNIENIA - SI

1N

1m2

Jednostka ciśnienia 1 pascal (SI)

21

11

m

NPa




Tor (Tr) mm słupa rtęci Hg 1Tr

Ciśnienie wywierane przez

słup rtęci o wysokości 1mm

1mmrtęć (Hg)




micron μ 1mTr


słup rtęci o wysokości 1·10 m

1·10 m

-6

-6




Milimetry słupa wody 1mmWS


słup wody o wysokości 1mm

1 mm woda (H O)

2




Atmosfera fizyczna (atm) 1 atm


słup rtęci o wysokości 760mm

760mm




1kG

1cm2

Atmosfera techniczna (at) 1 at

21

11

cm

kGat




1dyna

1cm2

Mikrobar (baria) 1 μbar

21

11

cm

dynabar




10 dyn

1cm2

milibar 1 mbar

barmbar 3101

3




10 dyn

1cm2

1bar

barbar 6101

6




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




hPaatm

Paatm

Paatm

10001

10101

10123

5




hPa1070960 PROGNOZA POGODY




Atmosfera fizyczna

1atm

Atmosfera techniczna

1at

atatm 03.11




Atmosfera fizyczna 1 atm


słup rtęci o

wysokości 0.76m lub słup wody o wysokości 10.3m

2m

4m6m8m

10mHg H2O




atbar 02.11




2

2

/11

/11

ftlbfpsf

inchlbfpsi

Spotykane sporadycznie – w ang. literaturze



PODZIAŁ ZAKRESU

PODCIŚNIEŃ PRÓŻNI



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






SKŁAD ATMOSFERY



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



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



100km

200km

300km

400km

500km

600kmPowietrze atmosferyczne

Wysoka próżnia

Ultrawysoka próżnia

Od

legł

ość

od p

owie

rzch

ni Z

iem

i



WŁASNOŚCI GAZÓW

ROZRZEDZONYCH



PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA

KINETYCZNEJ TEORII GAZÓW

WŁASNOŚCI GAZÓW ROZRZEDZONYCH



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




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




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



CIŚNIENIE I ENERGIA GAZU




Zbiornik wypełniony gazem o koncentracji „n”




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”




Część cząsteczek uderzy w wybrany fragment powierzchni „ΔS” zbiornika

ΔS

x




Ilość cząstek „N” w elemencie objętości

SlV

VnN

n – koncentracja V - objętość

l

ΔS

x





StvV

SlV

x

vx – składowa prędkości t - czas

l

ΔS

vxt

vxvx

vx

vx

x





Svnt

N

StvnN

x

x




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 /




Zderzenie elastyczne

- zmiana kierunku (znaku) pędu,

- bezwzględna wartość pędu nie ulega zmianie

x

y

Fx

+m0vx

-m0vx

m0vx

m0vx




Siła wywierana przez jedną cząstkę

xx

xx

vvmtF

t

vvmF

amF

00

00

00




Siła wywierana przez jedną cząstkę

t

vmF

vmtF

vvmtF

x

x

xx

00

00

00

2

2




Całkowita siła wywierana przez połowę cząstek gazu zawartych w elemencie objętości

t

vmNF x

x02

2

1




Całkowita siła wywierana przez połowę cząstek gazu zawartych w elemencie objętości

SvnmF

SnvtN

xx

x

2

0

/




Ponieważ:

2222zyx vvvv




Przy równouprawnieniu wszystkich kierunków ruchu:

222zyx vvv




Otrzymano:

22 3/1 vvx




Siła wywierana na ściankę:

SnvmFx 203/1




Ciśnienie wywierana na ściankę:

S

Snvmp

SFp x

2

03/1

/




Ciśnienie wywierana na ściankę:

203/1 vnmp



PRAWO DALTONA



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



PRAWO DALTONA

Całkowita siła będzie sumą sił wywieranych przez poszczególne składniki

n

ixix FF

1



PRAWO DALTONA

Całkowite ciśnienie gazu jest równe sumie ciśnień cząstkowych wywieranych przez

poszczególne składniki

i

ipp



ENERGIA GAZU



ENERGIA GAZU

Energia kinetyczna cząsteczki gazu

2

20

1

vmEK



ENERGIA GAZU

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

kwadratową (obliczoną dla wszystkich cząsteczek)

222

21 .../1 NK vvvNvv



ENERGIA GAZU

Całkowita energia kinetyczna gazu będzie sumą energii poszczególnych cząsteczek

202/1 vmE

EE

ii

K

iKiK



ENERGIA GAZU

„m” – całkowita masa gazu

ioi

iiK

mm

vmE 202/1



ENERGIA GAZU

Energia kinetyczna gazu

2

2mvEK



ENERGIA GAZU

Energia kinetyczna gazu - obliczenia

0/ nmVm ρ – gęstość gazu

n – koncentracja gazu



ENERGIA GAZU

203/1 vnmp

23/1 vp



ENERGIA GAZU

23/1 vp 2

3

1v

V

mp



ENERGIA GAZU

23 mvpV

2

2

1mvEK



ENERGIA GAZU

pVEK 2

3

Całkowita energia kinetyczna gazu:



ENERGIA GAZU

QEK 2/3

Ilość gazu QpV



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



PRAWO AVOGADRO



PRAWO AVOGADRO

Gaz A Gaz B

V1, p1, T1 V1, p1, T1

212121 ,, TTppVV



PRAWO AVOGADRO

2121 )2)1 TTpp

21

2202

2101

22022

21011

2/12/1

3/13/1

nn

vmvm

vmnvmn



PRAWO AVOGADRO

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

cząsteczek gazu jest dla wszystkich gazów jednakowa

Prawo Avogadra



OBJĘTOŚĆ ZAJMOWANA PRZEZ GRAMOCZĄSTECZKĘ




GRAMOCZĄSTECZKA

Ilość gramów gazu równa jego liczbie molowej




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)




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




21

22

2

221

1

1

222

211

3

1

3

12

1

2

1

VV

vV

Mv

V

M

vMvM




Objętość zajmowana przez gramocząsteczkę gazu w

ustalonych warunkach ciśnienia i temperatury jest wielkością stałą

dla wszystkich gazów

21 VV




Objętość molowa gazu wyznaczona doświadczalnie przy ciśnieniu 1atm

i w temperaturze 0°C wynosi:

lV

cmV

415,22

22415

0

30



LICZBA AVOGADRO



LICZBA AVOGADRO



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



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



LICZBA AVOGADRO

LICZBA AVOGADRO - NA

Wyznaczona doświadczalnie

23100228,6 AN



LICZBA AVOGADRO

Znając masę molową substancji chemicznej oraz liczbę Avogadro można wyznaczyć pojedynczej

masę cząsteczki

AN

Mm 0



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



RÓWNANIE STANU GAZU




Prawo Boyla-Mariotta

Prawo Gay - Lusaca

constTdlaconstVp

constpprzyTV




Uwzględniając oba powyższe prawa – uzyskano:

TVp Zależność jednakowa dla wszystkich gazów




Równanie Clapeyrona

TRVp R – stała uniwersalna

(Równanie Stanu Gazu Doskonałego)




T

pVR

Wartość liczbowa stałej uniwersalnej R dla 1 mola gazu




0

00

T

VpRM


Objętość molowa gazu wyznaczona

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

wynosi V0=22,4l




K

lTr

T

VpRM 16.273

415,22760

0

00


Kmol

lTrRM

36,62





Kmol

JRM

312,8

K

mPaRM 16,273

10415,2210013,1 335




(dla dowolnej ilości gazu)

TRM

mVp M

m/M – ilość moli rozpatrywanego gazu

Równanie Stanu Gazu Doskonałego




Obliczenie ilości moli gazu

m=64g O2

masa molowa cząsteczki tlenu O2

M=2·16g=32g

232

64

g

g

M

mnM



ZWIĄZEK MIĘDZY ENERGIĄ

KINETYCZNĄ CZĄSTECZKI A

TEMPERATURĄ GAZU



ENERGIA KINETYCZNA CZĄSTECZKI A TEMPERATURA GAZU

Energia kinetyczna dla 1 mola gazu

TRpV MpVEK 2

3

TRE MK 2

3




M

mTRMv M

02

2

3

2

1

TRM

mvm M

020 2

3

2

1




TRM

mvm M

020 2

3

2

1

Energia kinetyczna pojedynczej cząsteczki

1KE ANMm /1/0

Odwrotność liczby Avogadro




kTTN

RE

A

MK 2

3

2

31

Stała BoltzmannakNR AM /




kTEK 2

31

Stała Boltzmanna

KeVk

KlTrk

KJk

/10616,8

/1036,10

/10381,1

5

23

23



ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY

GĘSTOŚCIĄ GAZU A CIŚNIENIEM



ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY GĘSTOŚCIĄ GAZU A CIŚNIENIEM

Równanie stanu gazu:

pT

M

RV

m

TRmMpV

TRMmpV

M

M

M

1

/



ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY GĘSTOŚCIĄ GAZU A CIŚNIENIEM

Gęstość gazu jest proporcjonalna do ciśnienia gazu

pT

M

RV

m

M

1

pT

M

RM

1



ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY

KONCENTRACJĄ GAZU A

CIŚNIENIEM



ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY KONCENTRACJĄ GAZU A CIŚNIENIEM

nmVm 0/ Gęstość gazu:

m0 – masa cząsteczki gazun – koncentracja gazu




0/ mn Koncentracja gazu:

pT

M

RM

1




Koncentracja gazu:

T

p

m

M

Rn

M 0

1

Liczba Avogadro AN




Koncentracja gazu:

T

p

R

Nn

M

A

Odwrotność stałej Boltzmanna k/1




Koncentracja gazu:

T

p

kn

1

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



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




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]




DEFINICJAŚrednica cząsteczki jest to

najmniejsza odległość na jaką mogą zbliżyć się dwie cząsteczki

jednakowego gazud

+ +



DROGA PRZEBYTA PRZEZ CZĄSTECZKĘ



ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

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

czas t

droga l




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

stsmvml a /




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

.. zdlmLml




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

stszzdl /1..




ssmm

tzLl

/1




zLv

tzLl

tvl

a

a




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

+




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




Liczba cząsteczek „N1” gazu znajdujących się w rozważanej objętości

S12

v1t

n1 –koncentracja cząstek gazu

tvSnN 11211 1

2




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

S12

v1t112112

112 /

vSnz

tNz

1

2




Średnia droga swobodna cząsteczki „L12”

S12

v1t12112

11112

/1

/

SnL

zvL

1

2




W przypadku gazu jednorodnego

S12

v1t 212

21

dSS

ddd




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

zderzeniami „L11”

S12

v1t211

211

1

dnL

vdnz



PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA

PRZEPŁYWU



PRZEPŁYW GAZU OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU

ZBIORNIK (o objętości V)

PRZEWÓD (o przewodności G)

POMPA PRÓŻNIOWA




Podczas pompowania ciśnienie w zbiorniku maleje

a odpompowywany gaz przepływa do pompy

(natężenie przepływu gazu I) przez przewód łączący o

przewodności G

ZBIORNIK

POMPA




ZBIORNIK

PR

ZE

WÓ

D

POMPA

A A

B B

wydajność pompowania


ciśnienie

ciśnienie

szybkość pompowania

efektywna szybkość pompowania

CA

CB

p2

p1

SE

S



WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA

DEFINICJA



WYDAJNOŚĆ POMPOWANIA DEFINICJA

dt

pVd

dt

dQC

Q – ilość gazup – ciśnienie gazu

V – ciśnienie gazut – czas




dt

pVd

dt

dQC

Q – ilość gazup – ciśnienie gazu

V – ciśnienie gazut – czas




TRM

mpV M

m – masa gazuM – masa molowa




TR

M

m

dt

dC M





TR

M

m

dt

dC M





Nmm 0

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




TR

M

Nm

dt

dC M

0

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




TR

M

Nm

dt

dC M

0

0/ mMN A Liczba Avogadro




TN

N

R

dt

dC

A

M




TN

N

R

dt

dC

A

M

AM NRk /Stała Boltzmanna




dt

dNkTC

TNkdt

dC




dt

dNkTC

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



SZYBKOŚĆ POMPOWANIA

DEFINICJA



SZYBKOŚĆ POMPOWANIA - DEFINICJA

ZBIORNIK

PR

ZE

WÓ

D

POMPA

A A

B B



ciśnienie

ciśnienie

szybkość pompowania

efektywna szybkość pompowania

CA

CB

p2

p1

SE

S




Wydajność pompowania w płaszczyźnie A-A

dt

dVp

dt

dQCA 2

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




Zmiana objętości pompowanego gazu

dt

dVpCA 2




Szybkość pompowania „S” - definicja

dt

dVS




Efektywna szybkość pompowania „SE” – szybkość opróżniania zbiornika w

płaszczyźnie A-A

dt

dVSE




Szybkość pompowania pompy „S” – szybkość opróżniania zbiornika przez

przewód w płaszczyźnie B-B

dt

dVS




EA SpC 2Wydajność pompowania w płaszczyźnie A-A

Wydajność pompowania w płaszczyźnie B - B

SpCB 1



NATĘŻENIE PRZEPŁYWU

DEFINICJA




ZBIORNIK

POMPA

G

p2

p1

12 ppGI I - natężenie przepływu

I

G - przewodność przewodu



OGÓLNE PRAWA PRZEPŁYWU




12

12

ppG

I

ppGI




S

CpSpC

S

CpSpC

BB

E

AEA

11

22




S

C

S

C

G

I B

E

A

12/ ppGI




BA CIC

Wzdłuż drogi przepływu nie występują procesy wydzielania czy też pochłaniania

gazu:




SSG E

111



EFEKTYWNA SZYBKOŚĆ

POMPOWANIA



EFEKTYWNA SZYBKOŚĆ POMPOWANIA

GS

SGSE

SSG E /1/1/1




GS

SGSE

GSGS E




GS

SGSE

SSSG E




ZBIORNIK

POMPA

G

SE

S

Efektywna szybkość pompowania zbiornika

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

z pompą



PRZEWODNOŚĆ OPORNOŚĆ PRZEWODU



PRZEWODNOŚĆ (OPORNOŚĆ) PRZEWODU

GW /1

Oporność przewodu równa jest odwrotności przewodności



WYPADKOWA PRZEWODNOŚĆ

(OPORNOŚĆ) PRZEWODU



WYPADKOWA PRZEWODNOŚĆ (OPORNOŚĆ) PRZEWODU

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

4321

4321

11111

GGGGG

WWWWW



WYPADKOWA PRZEWODNOŚĆ (OPORNOŚĆ) PRZEWODU

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

4321

4321

11111

WWWWW

GGGGG



ZACHOWANIE SIĘ CZĄSTEK GAZU W

RÓŻNYCH ZAKRESACH PODCIŚNIEŃ



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



KONCENTRACJA CZĄSTECZEK




KONCENTRACJA CZĄSTECZEK, ŚREDNIA DROGA SWOBODNA

mbarp 11013PRÓŻNIA NISKA

cm

cmn2

31619

10

1010




mbarp 3101 PRÓŻNIA ŚREDNIA

cm

cmn

1010

10102

31316




mbarp 73 1010 PRÓŻNIA WYSOKA

cm

cmn5

3913

1010

1010




mbarp 710PRÓŻNIA U-WYSOKA

cm

cmn5

39

10

10



POWIERZCHNIOWA SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ

OBJĘTOŚCIOWA SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ



POW. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ, OBJ. SZYBKOŚĆ ZDERZEŃ


132329

122023

1010

1010

scmZ

scmZ

V

a





131723

121720

1010

1010

scmZ

scmZ

V

a





13917

121317

1010

1010

scmZ

scmZ

V

a





139

1213

10

10

scmZ

scmZ

V

a



CZAS TWORZENIA SIĘ MONOMOLEKULARNEJ

WARSTWY





s510





s25 1010





s10010 2





s100

Documents

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII