Подавляющее большинство технологий электроники реализуются в условиях вакуума или газовой среды определенного состава. Создание таких технологий стало возможным на основе развития вакуумной техники, в частности, в результате развития теоретических основ вакуумной техники, создания эффективных средств получения высокого вакуума и измерения уровня вакуума.
С точки зрения технологий основными параметрами вакуумных условий являются концентрация молекул в единице объема технологической или исследовательской установке, средняя длина свободного пробега молекул остаточного газа в объеме установки, число молекул, падающих на единицу поверхности обрабатываемого объекта в единицу времени, время образования монослоя адсорбированных молекул на поверхности обрабатываемого объекта. Данные параметры для молекул азота приведены в Таблице 1.
Таблица 1.
Кинетические постоянные азота при комнатной температуре.
Категория вакуума | Давление, тор. | Число молекул в см3 | Длина свободного пробега, см | Число молекул, падающих на 1 см2 в сек. | Время образования монослоя, сек. |
Атмосферное давление | 2,5*1019 | 6,3*10-6 | 2,9*1023 | 2,6*10-9 | |
Вакуум | 3,3*1016 | 4,8*10-3 | 3,9*1020 | 2*10-6 | |
Высокий вакуум | 10-6 | 3,3*1010 | 3,9*1014 | ||
Сверхвысокий вакуум | 10-10 | 3,3*106 | 4,8*107 | 3,9*1010 | 2*104 |
При давлении остаточных газов порядка 10-13 тор средняя длина свободного пробега примерно равна расстоянию от Земли до Луны. Только при сверхвысоком вакууме время образования монослоя адсорбированных молекул превышает обычное время проведения эксперимента или прецизионного технологического процесса.
|
|
При низком давлении остаточных газов количество газа, адсорбированного на поверхности стенок вакуумной камеры, соизмеримо с количеством молекул остаточного газа в объеме вакуумной системы. Например, если монослой молекул газа внезапно десорбируется со стенок трубки диаметром 1 см, то давление в системе возрастет до 10-4 тор, а в сфере объемом 1 литр давление достигнет 10-2 тор. Поэтому для получения сверхвысокого вакуума необходимо не только обеспечить эффективную откачку остаточных газов системы, но и эффективное обезгаживание стенок системы. В вакуумной технике процесс поступления газа в объем системы в результате десорбции газов со стенок называется газовыделением системы, а процесс поступления газа через микротечи – натеканием системы. Таким образом, возможность достижения определенного уровня вакуума в системе определяется балансом между скоростью откачки остаточных газов и процессами газовыделения и натекания в системе.