真空技術的典型應用

真空基礎 郭方準 實用真空技術

  現代社會每個人都在享受著真空技術給我們帶來的便利。例如:暖壺能保溫的秘訣就在于瓶壁內有真空的空間,減少了熱傳導,以保持壺內溫度;熒光燈、街燈、汽車照明燈的內部也是真空狀態,否則就無法發光。電視、電腦顯示器等也離不開真空。眼鏡和攝像機、照相機鏡頭為了提高光的透過率,表面所鍍的光學薄膜也是應用了真空技術。

  半導體產業離不開真空技術。生產半導體元件:(1)要在硅片上摻入相應的其他元素;(2)在生產集成電路時要形成復雜的金屬薄膜和絕緣膜;(3)要進行表面的刻蝕處理等復雜的工序。如果生產過程中的真空度不夠,表面上沾了灰塵或油滴之后會出現嚴重的后果。集成電路中細線的寬度是吸煙時吐出的煙霧顆粒直徑的1/3,是一粒灰塵直徑的近萬分之一。對集成電路而言,哪怕落有一顆煙霧的顆粒,就好像大路上停了一架大型飛機一樣,使電子無法通過或造成短路。

  新材料開發離不開真空。以分子束外延為代表的薄膜生長技術是新材料開發的重要手段,薄膜材料放到蒸發源中之后被蒸發或升華,在超高真空環境中,薄膜材料的原子或分子可以長距離飛行,到達襯底成膜;而且由于殘留氣體少,襯底表面形成的薄膜純度高。

  表面科學領域對真空度的要求極高。在極高真空的環境下,通過高溫退火或結合離子濺射而獲得物質的清潔表面,這時的表面沒有吸附任何其他的分子或原子。利用掃描隧道電子顯微鏡等尖端的表面分析實驗手段,可以看到物質表面的原子排列和電子狀態。

  物理學中最尖端的粒子加速器,是大規模真空技術的組合。電子(或其他帶電粒子)要被加速到接近光速,如果電子儲存環中不是超高真空狀態,則電子會和其中的分子或原子碰撞,從而迅速衰減。另外,核聚變反應要達到上億度的高溫,極高真空環境是系統工作的基本前提。

  軍工、宇宙開發方面也離不開真空。隱形飛機或潛艇,要最大限度地吸收雷達波,以達到不被發現的目的。涂在飛機或潛艇上的吸收雷達波材料,就是活用真空技術而獲得的納米顆粒。宇宙開發更離不開真空,因為宇宙本身就處于超高真空狀態。宇宙飛船使用的材料、對接技術,以及宇航員的太空服,處處都是真空技術的結晶。

  真空技術的典型應用參照表1.2。其中的部分概念,將在以后的章節中加以介紹。

表1.2 真空技術的典型應用

真空技術的典型應用