Применение ультравакуумной технологии в материаловедении

 Ультра-вакуум, как следует из названия, представляет собой особую среду за пределами обычного вакуумного состояния. В физике вакуум обычно определяется как состояние пространства, в котором нет материи. Ультра-вакуум, однако, опирается на это и поднимает степень вакуума на более высокий уровень, достигая точки, когда почти все частицы материи и энергетические флуктуации полностью исключены.

Применение сверхвысокого вакуума

Область применения сверхвысокого вакуума очень широка, и здесь мы перечислим наиболее тесно связанные с исследованиями физики поверхности, включая магнетронное распыление, лазерное импульсное осаждение, молекулярно-лучевую эпитаксию, анализ поверхности и ускорители частиц.

1. Физические исследования

В исследованиях физики супервакуумы необходимы для высокоточных экспериментов. Например, в квантово-механических экспериментах супервакуум может уменьшить внешние помехи и позволить ученым более точно наблюдать и изучать квантовые явления. Кроме того, супервакуум можно использовать для изучения поверхностных свойств материи, поведения атомов и молекул и т.д.

Технология сверхвысокого вакуума широко используется в области молекулярно-пучковой эпитаксии и анализа поверхности, а также в этом диапазоне работают различные типы устройств молекулярно-пучковой эпитаксии, фотоэлектронной спектроскопии и систем определения характеристик изготовления, таких как сканирующая туннельная микроскопия. Поскольку вакуумная система часто занимает значительную часть стоимости конструкции системы, то, как правильно выбрать насосную установку и получить наилучший вакуум как можно быстрее, является распространенной проблемой в смежной области.

Ускорители частиц имеют самые высокие требования к вакууму, но из-за высокой стоимости общей системы группа вакуумных насосов не является основным компонентом стоимости. Как правило, лучший вакуумный насос оборудован по мере возможности. Кроме того, в полости ускорителя обычно нет источника загрязнения, а степень вакуума обычно достигает диапазона чрезвычайно высокого вакуума.

Магнетронное распыление из-за механизма проблемы, загрязнение, возникающее в процессе испарения, велико, обычно не будет преследовать особенно высокий вакуум, общее использование набора молекулярных насосов может соответствовать условиям. В последние годы с постоянным прогрессом технологии и дальнейшим развитием потребностей в исследованиях степень вакуума магнетронной распылительной системы продолжает улучшаться, и технология сверхвысокого вакуума также постоянно входит в эту область.

В прошлом вакуумные требования технологии лазерного импульсного осаждения (PLD) были между молекулярно-лучевой эпитаксией и магнетронным распылением. В последние годы из-за постепенной интеграции с технологией молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) требования к вакууму также увеличиваются. Лазерная молекулярно-лучевая эпитаксия (LMBE) - это технология сверхвысокого вакуума, включающая MBE в PLD.

2. Производство полупроводников

Полупроводниковое производство является очень требовательной к окружающей среде отраслью. В процессе производства полупроводников ультравакуум может предотвратить загрязнение примесей и обеспечить качество и производительность полупроводниковых устройств. Например, в производстве ИС ультравакуум можно использовать для осаждения пленки, травления, очистки и других процессов.

3. Аэрокосмическое поле

В аэрокосмической области ультра-вакуум можно использовать для моделирования космической среды и проверки производительности космических аппаратов и спутников. Кроме того, ультра-вакуум также можно использовать для производства высокопроизводительных аэрокосмических материалов, таких как высокопрочные сплавы и керамические материалы.

4. Биомедицинская область

В биомедицине ультравакуум можно использовать для подготовки биоматериалов, систем доставки лекарств и так далее. Например, в исследованиях и разработках лекарств ультравакуум можно использовать для подготовки наночастиц для повышения эффективности и стабильности лекарств. Кроме того, ультравакуум также можно использовать для сохранения и анализа биологических образцов.