镀膜设备真空系统主泵的配置(2)

　　（4）镀膜过程镀膜室保持的真空度及低温泵冷头温度的变化。

　　在镀膜室抽气过程,室内加温至350℃,并保温140 min 后,开始镀膜试验。

　　先用左电子枪蒸镀SiO2，预熔12 min，蒸发20 min 后切断,(蒸镀SiO2 中,镀膜室工作压力处于1.0×10^{- 3} Pa~2.4×10^{- 4} Pa 之间,温度显示350℃,低温泵冷头温度由14 K 升至14.2 K)；此时(右电子枪内膜料已预熔了12 min), 打开右电子枪蒸镀ZrO2, 20 min 后切断(蒸镀ZrO2 中,镀膜室工作压力处于1.8×10^{- 3} Pa~3.0×10^{- 3} Pa 之间， 温度显示350℃，低温泵冷头温度保持在14.2 K)。相隔15 min 后,镀膜室充大气,加膜料。二套电子枪坩埚各加膜料, 电阻蒸发电极夹持钨螺旋加热器及加上铝丝膜料。

　　镀膜室加料完毕,共计暴露大气20 min,关好镀膜室门,室壁通水冷却,工件架旋转,开始预抽,镀膜室温度显示104℃,低温泵冷头温度仍为14.2K。抽气4 min 镀膜室压力到达10 Pa, 关预抽阀, 开高阀, 接着抽气8 min 后镀膜室压力到达5.8×10^{- 3} Pa, 温度显示128℃, 低温泵冷头温度14.2 K。继续抽气18 min, 镀膜室压力达1.5×10^{- 3} Pa,温度显示295℃,低温泵冷头温度14.2 K。于是停止加热。2 min 后, 右电子枪蒸发, 镀膜室压力2 . 1×10^{- 3} Pa。温度显示280℃。低温泵冷头温度14 . 2 K。又过2 min 后, 双电子枪蒸发16 min , 镀膜室压力处于5×10^{- 3} Pa～1×10^{- 3} Pa 之间。温度由280℃降至224℃。低温泵冷头温度仍为14 . 2 K。接着增加电阻蒸发铝(三个蒸发源同时工作, 镀膜室压力达7 . 0×10^{- 4} Pa。温度显示222℃。低温泵冷头温度仍为14.2 K)。

　　由上镀膜试验可知,用低温泵作主泵, 在真空室加热过程,低温泵温度略有上升。在350℃双电子枪及电阻加热同时蒸发, 蒸发时镀膜室压力优于10^{- 3} Pa。蒸发对低温泵冷头温度影响不大。

　　（5） 低温泵作主泵能获得洁净的高真空, 由于低温泵工作压力范围宽, 有快速抽水蒸汽能力。当真空室压力高于1.33×10^{- 4} Pa 环境下,残余气体中95%是水蒸汽。高的水蒸汽分压力本底会导致所制备薄膜污染。在抽气过程中,真空室吸附的水蒸汽会脱落下来必需快速抽除水蒸汽, 这也就是说,在设备生产时间中减少了抽真空时间。而所镀膜层无油蒸汽污染，膜层质纯，附着力强。

　　（6）低温泵操作简单。停机省时。

　　（7） 低温泵抽气时,不需前级泵工作,运行消耗的电能和冷却水量比油扩散泵少。

　　CRYO- U20H 低温泵耗电量5 kW, 耗水量900 L/h。而K- 800A 油扩散泵耗电量12 kW,耗水量1200 L/h。

　　（8）低温泵可任意位置安装,方便应用设备的设计布局,所配置的前级泵抽速小,占地面积少。

　　（9）低温泵不能连续抽气，需定时再生。

　　（10）低温泵价格昂贵, 再生时需消耗大量氮气。通过对CRYO- U20H 低温泵的试用及走访使用低温泵作主泵的镀膜设备如MARK50 电阻蒸发设备,EX- 550C10 电子束蒸发设备及R- 36C精密光学镀膜系统等单位, 我们对低温泵的性能和应用情况等有一定了解, 特别是对水蒸汽抽速大,可靠性好,故障率低运行费用低等特点,有深刻体会。认为发展用低温泵作真空镀膜设备的主泵是合适的。便着手开发工作。

　　至今我们己开发了多种规格型号多台以低温泵为主泵的真空镀膜设备满足不同用户需求,取得了良好的效果。例如ZZSX 系列箱式前开门电子束和电阻蒸发设备。

　　相对于同规格的真空镀膜设备, 如ZZSX 系列, 采用不同主泵其抽气性能进行了抽气性能的测试。

　　ZZSX- 800 型,真空室内腔尺寸为Φ800 mm高860 mm，ZZSX- 500 型， 真空室内腔尺寸为Φ500 mm×680 mm, 室内配置e 型270°磁偏转电子枪,二对电阻加热式蒸发源, 拱形或三片组成的公自转立体行星工件架。工件加热最高温度350℃。并有蒸发源挡板和离子轰击装置(ZZSX- 800)。真空系统主泵分别选用了油扩散泵、分子泵和低温泵。达到的真空性能如表3、表4。

　　表3 ZZSX-800 真空系统不同主泵真空性能　　表4 ZZSX-500 真空系统不同主泵真空性能

6、结论

　　由上,真空镀膜设备的主泵的选择首先是根据设备对系统的洁净度及真空度和抽气时间的要求。其中:

　　（1） 在前级、预抽泵为干泵条件下, 选择低温泵为主泵, 系统可组成无油蒸汽和无碳氢化合物污染的全无油真空系统。抽气速率大。因此低温泵广泛应用在真空镀膜设备。特别是容积为0.5～1.6 m3 之间的镀膜设备之类连续生产最适宜。由于当前低温泵还是以进口为主,价贵,因而设备投资费用较高。

　　（2）选择分子泵作主泵, 也能构成无油真空系统.与低温泵相比, 是连续抽气。不需再生,但抽水蒸汽能力差。与油扩散泵相比,系统洁净,启动、停泵时间短, 节省了辅助时间。由于分子泵是高速运转机械, 规格发展受限。较适宜于研究所和高等院校实验室用中、小型镀膜设备作主泵。对于大容积的真空镀膜设备就需配备多套分子泵系统并联抽气,造成结构复杂。

　　(3) 油扩散泵是以低压高速油蒸气流作工作液, 抽气过程是将被抽气体扩散到蒸气射流中而被携带到泵出口排除的过程。抽气速率范围大。虽效率低,但价格低廉,在抽速大要求不太高的真空镀膜设备中仍然广泛使用。