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正航儀器整理分壓力測(cè)量
時(shí)間：2015-08-12 作者：小曾 點(diǎn)擊:次
正航儀器整理分壓力測(cè)量
1．分壓力測(cè)量概述
在近代真空測(cè)量技術(shù)中，殘余氣體分析和分壓力測(cè)量已愈來(lái)愈重要，在實(shí)驗(yàn)室或者在生產(chǎn)線上經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到殘余氣體分析器。在濺射過(guò)程和其它等離子工藝過(guò)程中，殘余氣體分析器可用測(cè)量氣體純度、從薄膜中放出氣體載荷和本底氣體成分，這些都是工藝過(guò)程中必須的。
前面涉及的真空計(jì)都是用來(lái)測(cè)定全壓力的，而本章將敘述的分壓力真空計(jì)，即要用來(lái)測(cè)量混合氣體組成成分的分壓力。全壓力可以說(shuō)是反映真空的數(shù)量方面，而分壓力既反映數(shù)量方面，更重要的是反映真空的質(zhì)量方面。
在超高真空下，氣體的成分常常是極不相同的。在氣體成分未明的情況下，超高真空計(jì)的讀數(shù)就無(wú)法確定其對(duì)應(yīng)的壓力。如果電離真空計(jì)是以空氣或氮校準(zhǔn)的，所測(cè) 得的壓力值為與混合氣體離子流總和相對(duì)應(yīng)的等效空氣壓力或等效氮壓力。由于電離真空計(jì)對(duì)不同氣體的相對(duì)靈敏度相差很大，因此，電離真空計(jì)對(duì)混合氣體測(cè)得的 等效氮壓力不是混合氣體的真實(shí)壓力，有時(shí)甚至?xí)袛?shù)量級(jí)的誤差。為了測(cè)量真空中混合氣體組分和相應(yīng)的分壓力值，必須進(jìn)行分壓力測(cè)量，所用的儀器稱為分壓力 真空計(jì)。由分壓力真空計(jì)測(cè)得的混合氣體各組分分壓力之和才是其全壓力，這就同時(shí)給出了真空的量與質(zhì)兩個(gè)方面。
分壓力真空計(jì)是專用的小型質(zhì)譜儀器——真空質(zhì)譜計(jì)。目前的分壓力真空計(jì)，大多數(shù)由于精度不夠高，只能用于分析氣體各種成分的存在并估計(jì)其大小，尚未能進(jìn)行定量測(cè)定，這時(shí)稱為殘余氣體分析器。
作為分壓力真空計(jì)或殘余氣體分析器的真空質(zhì)譜計(jì)都屬于電離類(lèi)型的，按原子離子或分子離子的質(zhì)荷比進(jìn)行分析，分析有三個(gè)階段：
(1)在離子源中用電子碰撞的辦法將氣體電離。
(2)在質(zhì)量分析器中利用磁偏轉(zhuǎn)、共振、飛行時(shí)間不同等質(zhì)量分離技術(shù)，將離子按質(zhì)荷比不同進(jìn)行分離。
(3)檢測(cè)器(或離子收集極)接收分離的離子，將離子流放大，在顯示裝置上顯示出每一質(zhì)荷比的離子流強(qiáng)度。
真空質(zhì)譜計(jì)能掃描1～50u，以至l～300u的質(zhì)量范圍，并能分辨相隔1u的相鄰離子。
圖23給出了儀器的輸出，即各種離子的電流按其質(zhì)量大小排列的譜線圖，又稱質(zhì)譜圖。
圖23是理想情況，也稱之為“質(zhì)譜棒圖”。實(shí)際測(cè)得結(jié)果往往是如圖24所示的情況。可見(jiàn)線條已被一些峰所代替。
質(zhì)譜計(jì)的種類(lèi)很多，可根據(jù)質(zhì)量分析系統(tǒng)的工作原理來(lái)表征和命名。如：磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)、飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)、射頻質(zhì)譜計(jì)、諧振感應(yīng)質(zhì)譜計(jì)和四極質(zhì)譜計(jì)等。
質(zhì)譜計(jì)的主要性能參數(shù)如下：
(1)質(zhì)量范圍：在滿足一定分辨能力的前提下，質(zhì)譜計(jì)所能分析的質(zhì)量數(shù)范圍叫做該質(zhì)譜計(jì)的質(zhì)量范圍。
(2)分辨能力和分辨本領(lǐng)：儀器的絕對(duì)分辨能力是儀器對(duì)給定質(zhì)量M的離子的分離能力的一種量度，由峰寬△M表示。峰寬是在一定峰高處測(cè)量。
儀器的分辨本領(lǐng)是質(zhì)量與絕對(duì)分辨能力之比，即M/△M。圖25示出了分辨本領(lǐng)的兩種定義(△M/0.1h和△M/0.5h)。
(3)靈敏度：質(zhì)譜計(jì)輸出離子流Ii與該氣體在離子源中的分壓力Ppi,之比稱為靈敏度Si，即
Si=Ii/ppi (15)
(4)最小可檢分壓力pPmin：在所分析的氣體樣品中，質(zhì)譜計(jì)可以檢測(cè)出的氣體i的最小分壓力稱為最小可檢分壓力pPmin。
(5)分壓比靈敏度γmin在一定背景的總壓力Ptot中，質(zhì)譜計(jì)能檢測(cè)出某種氣體的最低分壓力Pmin的能力，稱為分壓比靈敏度γ，即
γmin=pPmin/Ptot (16)
1．分壓力測(cè)量概述
在近代真空測(cè)量技術(shù)中，殘余氣體分析和分壓力測(cè)量已愈來(lái)愈重要，在實(shí)驗(yàn)室或者在生產(chǎn)線上經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到殘余氣體分析器。在濺射過(guò)程和其它等離子工藝過(guò)程中，殘余氣體分析器可用測(cè)量氣體純度、從薄膜中放出氣體載荷和本底氣體成分，這些都是工藝過(guò)程中必須的。
前面涉及的真空計(jì)都是用來(lái)測(cè)定全壓力的，而本章將敘述的分壓力真空計(jì)，即要用來(lái)測(cè)量混合氣體組成成分的分壓力。全壓力可以說(shuō)是反映真空的數(shù)量方面，而分壓力既反映數(shù)量方面，更重要的是反映真空的質(zhì)量方面。
在超高真空下，氣體的成分常常是極不相同的。在氣體成分未明的情況下，超高真空計(jì)的讀數(shù)就無(wú)法確定其對(duì)應(yīng)的壓力。如果電離真空計(jì)是以空氣或氮校準(zhǔn)的，所測(cè) 得的壓力值為與混合氣體離子流總和相對(duì)應(yīng)的等效空氣壓力或等效氮壓力。由于電離真空計(jì)對(duì)不同氣體的相對(duì)靈敏度相差很大，因此，電離真空計(jì)對(duì)混合氣體測(cè)得的 等效氮壓力不是混合氣體的真實(shí)壓力，有時(shí)甚至?xí)袛?shù)量級(jí)的誤差。為了測(cè)量真空中混合氣體組分和相應(yīng)的分壓力值，必須進(jìn)行分壓力測(cè)量，所用的儀器稱為分壓力 真空計(jì)。由分壓力真空計(jì)測(cè)得的混合氣體各組分分壓力之和才是其全壓力，這就同時(shí)給出了真空的量與質(zhì)兩個(gè)方面。
分壓力真空計(jì)是專用的小型質(zhì)譜儀器——真空質(zhì)譜計(jì)。目前的分壓力真空計(jì)，大多數(shù)由于精度不夠高，只能用于分析氣體各種成分的存在并估計(jì)其大小，尚未能進(jìn)行定量測(cè)定，這時(shí)稱為殘余氣體分析器。
作為分壓力真空計(jì)或殘余氣體分析器的真空質(zhì)譜計(jì)都屬于電離類(lèi)型的，按原子離子或分子離子的質(zhì)荷比進(jìn)行分析，分析有三個(gè)階段：
(1)在離子源中用電子碰撞的辦法將氣體電離。
(2)在質(zhì)量分析器中利用磁偏轉(zhuǎn)、共振、飛行時(shí)間不同等質(zhì)量分離技術(shù)，將離子按質(zhì)荷比不同進(jìn)行分離。
(3)檢測(cè)器(或離子收集極)接收分離的離子，將離子流放大，在顯示裝置上顯示出每一質(zhì)荷比的離子流強(qiáng)度。
真空質(zhì)譜計(jì)能掃描1～50u，以至l～300u的質(zhì)量范圍，并能分辨相隔1u的相鄰離子。
圖23給出了儀器的輸出，即各種離子的電流按其質(zhì)量大小排列的譜線圖，又稱質(zhì)譜圖。
圖23是理想情況，也稱之為“質(zhì)譜棒圖”。實(shí)際測(cè)得結(jié)果往往是如圖24所示的情況。可見(jiàn)線條已被一些峰所代替。
質(zhì)譜計(jì)的種類(lèi)很多，可根據(jù)質(zhì)量分析系統(tǒng)的工作原理來(lái)表征和命名。如：磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)、飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)、射頻質(zhì)譜計(jì)、諧振感應(yīng)質(zhì)譜計(jì)和四極質(zhì)譜計(jì)等。
質(zhì)譜計(jì)的主要性能參數(shù)如下：
(1)質(zhì)量范圍：在滿足一定分辨能力的前提下，質(zhì)譜計(jì)所能分析的質(zhì)量數(shù)范圍叫做該質(zhì)譜計(jì)的質(zhì)量范圍。
(2)分辨能力和分辨本領(lǐng)：儀器的絕對(duì)分辨能力是儀器對(duì)給定質(zhì)量M的離子的分離能力的一種量度，由峰寬△M表示。峰寬是在一定峰高處測(cè)量。
儀器的分辨本領(lǐng)是質(zhì)量與絕對(duì)分辨能力之比，即M/△M。圖25示出了分辨本領(lǐng)的兩種定義(△M/0.1h和△M/0.5h)。
(3)靈敏度：質(zhì)譜計(jì)輸出離子流Ii與該氣體在離子源中的分壓力Ppi,之比稱為靈敏度Si，即
Si=Ii/ppi (15)
(4)最小可檢分壓力pPmin：在所分析的氣體樣品中，質(zhì)譜計(jì)可以檢測(cè)出的氣體i的最小分壓力稱為最小可檢分壓力pPmin。
(5)分壓比靈敏度γmin在一定背景的總壓力Ptot中，質(zhì)譜計(jì)能檢測(cè)出某種氣體的最低分壓力Pmin的能力，稱為分壓比靈敏度γ，即
γmin=pPmin/Ptot (16)
