福州瑞派真空腔室
UHV系統(tǒng)排氣：
維持UHV環(huán)境需要極其苛刻的真空獲得設(shè)備，排空循序是真空室先使用機(jī)械泵抽空至 1 Pa (7.5 x 10 -3 torr)。然后使用渦輪分子泵、低溫泵的一種或多種泵串聯(lián)或并聯(lián)將腔室泵抽至大約 1 x 10 -4 Pa (7.5 x 10 -7 torr)：再用離子泵、鈦升華泵、非蒸發(fā)吸氣劑繼續(xù)抽氣。此時(shí)真空室封閉并烘烤至 200°C以上的溫度。烘烤超過(guò) 24 小時(shí)后，烘烤過(guò)程去除了腔室壁表面大多數(shù)的氣體原子，再冷卻腔室至室溫。真空排期系統(tǒng)繼續(xù)維持直至腔室達(dá)到UHV 區(qū)間壓力。如果腔室未烘烤，腔室實(shí)際上需要幾個(gè)月才能達(dá)到 UHV 條件。UHV 壓力是通過(guò)離子計(jì)測(cè)量的，離子計(jì)可以是熱燈絲或倒置磁控管類型。
UHV系統(tǒng)測(cè)量：
UHV和XHV系統(tǒng)的測(cè)量用常規(guī)的電阻壓力計(jì)或電容薄膜壓力計(jì)是不合適的，需要使用電離真空計(jì)來(lái)完成，常用的有冷陰極和熱陰極電離真空計(jì)。兩種傳感器類型都通過(guò)測(cè)量由高能電子和儀表內(nèi)殘留的中性氣體分子之間的碰撞產(chǎn)生的離子通量來(lái)確定壓力值。經(jīng)電子擴(kuò)展技術(shù)可以測(cè)試到1E-13torr的極高真空范圍。UHV壓力的測(cè)量還可以用皮拉尼復(fù)合電離真空計(jì)來(lái)完成從大氣壓到UHV壓力的測(cè)量。特高真空（X范HV）需要用特殊材質(zhì)的電離真空裸規(guī)完成低于-12mbar以下的壓力圍。
UHV系統(tǒng)脫氣：從UHV腔室內(nèi)表面脫氣是很微妙的過(guò)程。在極低的壓力下，吸附在內(nèi)壁上的氣體分子是漂浮在腔室中的氣體分子的幾何倍，UHV腔室在加工成型時(shí)須增加必要的表面處理工序。酸、堿洗工藝能去除材料表層的殘余氣體，電解拋光有效減少表面積，腔室內(nèi)的總表面積對(duì)于達(dá)到 UHV 比其體積更重要。水分子是除氣的重要來(lái)源，因?yàn)楫?dāng)腔室向空氣開(kāi)放時(shí)，一層薄薄的水蒸氣會(huì)迅速吸附到內(nèi)壁上。但水從內(nèi)壁表面蒸發(fā)得太慢，在室溫下無(wú)法完全去除，去除水和類似氣體通常需要在真空泵運(yùn)行時(shí)在 200 至 400 °C下烘烤腔室內(nèi)壁。在腔室使用期間，腔室內(nèi)壁可以使用液氮冷卻進(jìn)一步減少余氣。
UHV系統(tǒng)密封：
UHV全系統(tǒng)都需采用金屬密封件，CF法蘭通過(guò)軟性紫銅墊圈密封。這種金屬對(duì)金屬的密封可以將真空度保持在 (7.5×10-13Torr)，而且是一次性使用，XHV系統(tǒng)密封多數(shù)采用的是軟性金屬密封，SRF腔甚至采用金屬銀或銦密封。
由于UHV的超高負(fù)壓，高揮發(fā)性或吸收性的材料會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)除氣困難。所以進(jìn)入U(xiǎn)HV系統(tǒng)的材料需要嚴(yán)格篩選，絕大多數(shù)的有機(jī)化合物都不允許在UHV系統(tǒng)內(nèi)使用，塑膠（除PTFE和PEEK外）、氟橡膠、膠水、甚至鋼材（不銹鋼除外）都會(huì)在UHV腔室內(nèi)產(chǎn)生大量的余氣。盲孔螺絲和外側(cè)焊接未穿透的焊接都會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)虛擬泄漏。
UHV系統(tǒng)泄漏：
盡管UHV系統(tǒng)采用的是全金屬密封，但是沒(méi)有任何系統(tǒng)可以做到真空密封，只是系統(tǒng)維持真空的能力和泄漏率的平衡點(diǎn)在足夠低的真空度。UHV系統(tǒng)需用氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)泄漏狀態(tài)。泄漏率須低于 10-7 mbar.l/s 甚至更低至10-12mbar.l/s。
UHV應(yīng)用場(chǎng)景圖
UHV系統(tǒng)應(yīng)用
UHV薄膜制備：電子束蒸發(fā)、磁控濺射、分子束外延（MBE）、UHV化學(xué)氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）和UHV脈沖激光沉積（PLD） 射線光電子能譜(XPS)
1 - 半導(dǎo)體制程
半導(dǎo)體行業(yè)通常需要沉積、蝕刻或晶圓轉(zhuǎn)移，需要能夠承受多種工藝的復(fù)制構(gòu)建。每個(gè)腔室內(nèi)的硅晶片都是在不銹鋼或鋁外殼內(nèi)以多階段程序開(kāi)發(fā)的。為半導(dǎo)體加工提供受控環(huán)境。本底腔室都必須認(rèn)真清潔，沒(méi)有任何泄漏或污染物。
2 - 分子束外延（MBE ）應(yīng)用
分子束外延 (MBE) 通常用于金屬材料外延生產(chǎn)和參雜沉積， 以及開(kāi)發(fā)新材料。 MBE 是一種材料生長(zhǎng)技術(shù)，它使用真空蒸發(fā)或物理氣相沉積的精細(xì)形式。它需要對(duì)材料純度、界面形成、合金成分和摻雜濃度進(jìn)行高度控制。通常需要更好的真空壓力 - 1x10 -10mbar 作為基礎(chǔ)壓力。為了在腔室內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些一致的壓力，本底腔室配備了極其耐用的材料和接口法蘭，對(duì)于確保腔室在反復(fù)烘烤過(guò)程保持UHV環(huán)境至關(guān)重要。
3 - XPS 應(yīng)用
XPS（基于實(shí)驗(yàn)室的 X 射線光電子能譜）通常用于材料分析和同步加速器過(guò)程。是一種分析材料表面化學(xué)性能的技術(shù)。它可以測(cè)量元素組成以及材料中原子的化學(xué)和電子狀態(tài)。該UHV腔室由高導(dǎo)磁合金制造，它可以保護(hù)分析過(guò)程免受地球磁場(chǎng)的影響，真空性能更好。保證在過(guò)程中將余氣（主要是氫原子）驅(qū)離并干凈內(nèi)表面。
4 - ARPES 應(yīng)用
ARPES（角分辨光電子能譜）常用于材料分析和同步加速器。ARPES 是使用光子源來(lái)探測(cè)材料（通常是結(jié)晶固體）中允許的電子能量和力。該設(shè)備須在福州超高真空環(huán)境保護(hù)樣品并防止發(fā)射電子的散射。
5 - PLD/PVD 應(yīng)用
脈沖激光沉積（PLD）和物理氣相沉積 (PVD) 用于材料沉積。該技術(shù)使用聚焦在真空室內(nèi)的高功率激光來(lái)撞擊待沉積材料的目標(biāo)。然后，這種材料在等離子體羽流中從靶材上蒸發(fā)，在基板上沉積一層薄膜。這個(gè)過(guò)程須在福州超高真空環(huán)境中完成。
6 - 質(zhì)譜分析應(yīng)用
質(zhì)譜涵蓋了許多不同的行業(yè)應(yīng)用，主要有用于材料分析的二次離子質(zhì)譜 (SIMS)。 SIMS 技術(shù)用于分析固體表面和薄膜的成分。樣品在高能條件下被電離以產(chǎn)生分子和離子 (M+)。在UHV環(huán)境利用磁場(chǎng)控制離子的路徑，分子通過(guò)電場(chǎng)加速，是迄今為止開(kāi)發(fā)的最靈敏的技術(shù)之一，從數(shù)百納米 (nm) 的深度到單個(gè)原子層。它可以獲得低至十億分之一 (ppb) 范圍的成分?jǐn)?shù)據(jù)。通常用于分析陶瓷、金屬、有機(jī)材料、聚合物、半導(dǎo)體等。
