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真空系统的气体分析与分压侧量及应用范围

目前,真空获得技术已由超高真空发展到10-10Pa-10-11Pa的极高真空阶段。在超高真空和极高真空下,容器内部的气体组分和容器内部的表面状态关系十分密切。在研究这种条件下的真空物理和真空化学过程时,除了需要了解容器内部的表面状态外,还必须知道容器内的气体组分和相应的分压力。
超高真空系统的全压力侧童除了最早采用的B-A型超高真空规外,又发展了许多极高真空规,如冷阴极磁控规、抑制规和弯注规等。但对许多研究工作来说,仅靠全压力数据是不够的。例如真空系统中的吸附、凝结、脱附过程等,它涉及到容器表面和系统内部物质和残余气体分子的相互作用。这时获得系统内气体组分和分压力的数据比全压力数据更能说明问题。
真空条件下的气体分析和分压力测量通常是由动态质谱计完成的。
第一个动态质谱计—射频速度过滤器是于1926年提出的。其它的动态质谱计如射频质谱计、回旋质谱计、飞行时间质谱计和四极质谱计都是于20世纪40年代末到50年代初提出的。早期的仪器主要用于同位素测量、带电粒子的质荷比测量。但当时正值真空技术处于向超高真空发展的重要阶段,因此这些质谱计出现不久就被作为专用的真空质谱计了。
真空分析质谱计按其能否进行定量分析,可分为残气分析器和分压力计。所谓分压力计是指能满足一定的定量分析精度要求的真空分析器。
应用范围:
1.真空和衰面物理研究
对于通常的真空研究,真空分析质谱计的主要用途是分析真空系统内的残余气体。而对表面研究来说,目前已逐步将真空质谱计和低能电子衍射仪、俄歇电子谱仪、二次离子质谱计、化学分析电子谱仪和场致发射显微镜等仪器联合使用,用来研究低压力下的真空物理过程。通常在10-9Pa以至更低的压力下进行分压力侧量。由于采用的真空系统多数为无油或少油的真空泵,所以一般并不要求质谱计有很宽的质量范围。
2.专用器件(如电子显微镜、X射线管、阴极射线管和大型超高频电真空器件)的残气分析在这一类应用中,不像表面物理研究那样,需要检侧那么低的分压力,而希望仪器具有较宽的工作质量范围,至少具有能检测真空泵油的裂解物的能力。
3.薄膜工艺
制备薄膜时,用真空分析器控制其工艺过程是必要的。在燕发工艺中,主要是减少残气气氛以防止氧化;在溅射工艺中则重视所充气体纯度,如控制氢和氧的杂质含量。
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