正航儀器整理分壓力測量
時間：2015-08-12 作者：小曾 點擊:次
正航儀器整理分壓力測量
1．分壓力測量概述
在近代真空測量技術中，殘余氣體分析和分壓力測量已愈來愈重要，在實驗室或者在生產線上經常會見到殘余氣體分析器。在濺射過程和其它等離子工藝過程中，殘余氣體分析器可用測量氣體純度、從薄膜中放出氣體載荷和本底氣體成分，這些都是工藝過程中必須的。
前面涉及的真空計都是用來測定全壓力的，而本章將敘述的分壓力真空計，即要用來測量混合氣體組成成分的分壓力。全壓力可以說是反映真空的數量方面，而分壓力既反映數量方面，更重要的是反映真空的質量方面。
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，超高真空計的讀數就無法確定其對應的壓力。如果電離真空計是以空氣或氮校準的，所測 得的壓力值為與混合氣體離子流總和相對應的等效空氣壓力或等效氮壓力。由于電離真空計對不同氣體的相對靈敏度相差很大，因此，電離真空計對混合氣體測得的 等效氮壓力不是混合氣體的真實壓力，有時甚至會有數量級的誤差。為了測量真空中混合氣體組分和相應的分壓力值，必須進行分壓力測量，所用的儀器稱為分壓力 真空計。由分壓力真空計測得的混合氣體各組分分壓力之和才是其全壓力，這就同時給出了真空的量與質兩個方面。
分壓力真空計是專用的小型質譜儀器——真空質譜計。目前的分壓力真空計，大多數由于精度不夠高，只能用于分析氣體各種成分的存在并估計其大小，尚未能進行定量測定，這時稱為殘余氣體分析器。
作為分壓力真空計或殘余氣體分析器的真空質譜計都屬于電離類型的，按原子離子或分子離子的質荷比進行分析，分析有三個階段：
(1)在離子源中用電子碰撞的辦法將氣體電離。
(2)在質量分析器中利用磁偏轉、共振、飛行時間不同等質量分離技術，將離子按質荷比不同進行分離。
(3)檢測器(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荷比的離子流強度。
真空質譜計能掃描1～50u，以至l～300u的質量范圍，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量大小排列的譜線圖，又稱質譜圖。
圖23是理想情況，也稱之為“質譜棒圖”。實際測得結果往往是如圖24所示的情況。可見線條已被一些峰所代替。
質譜計的種類很多，可根據質量分析系統的工作原理來表征和命名。如：磁偏轉質譜計、回旋質譜計、飛行時間質譜計、射頻質譜計、諧振感應質譜計和四極質譜計等。
質譜計的主要性能參數如下：
(1)質量范圍：在滿足一定分辨能力的前提下，質譜計所能分析的質量數范圍叫做該質譜計的質量范圍。
(2)分辨能力和分辨本領：儀器的絕對分辨能力是儀器對給定質量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量。
儀器的分辨本領是質量與絕對分辨能力之比，即M/△M。圖25示出了分辨本領的兩種定義(△M/0.1h和△M/0.5h)。
(3)靈敏度：質譜計輸出離子流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，質譜計可以檢測出的氣體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，質譜計能檢測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．分壓力測量概述
在近代真空測量技術中，殘余氣體分析和分壓力測量已愈來愈重要，在實驗室或者在生產線上經常會見到殘余氣體分析器。在濺射過程和其它等離子工藝過程中，殘余氣體分析器可用測量氣體純度、從薄膜中放出氣體載荷和本底氣體成分，這些都是工藝過程中必須的。
前面涉及的真空計都是用來測定全壓力的，而本章將敘述的分壓力真空計，即要用來測量混合氣體組成成分的分壓力。全壓力可以說是反映真空的數量方面，而分壓力既反映數量方面，更重要的是反映真空的質量方面。
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，超高真空計的讀數就無法確定其對應的壓力。如果電離真空計是以空氣或氮校準的，所測 得的壓力值為與混合氣體離子流總和相對應的等效空氣壓力或等效氮壓力。由于電離真空計對不同氣體的相對靈敏度相差很大，因此，電離真空計對混合氣體測得的 等效氮壓力不是混合氣體的真實壓力，有時甚至會有數量級的誤差。為了測量真空中混合氣體組分和相應的分壓力值，必須進行分壓力測量，所用的儀器稱為分壓力 真空計。由分壓力真空計測得的混合氣體各組分分壓力之和才是其全壓力，這就同時給出了真空的量與質兩個方面。
分壓力真空計是專用的小型質譜儀器——真空質譜計。目前的分壓力真空計，大多數由于精度不夠高，只能用于分析氣體各種成分的存在并估計其大小，尚未能進行定量測定，這時稱為殘余氣體分析器。
作為分壓力真空計或殘余氣體分析器的真空質譜計都屬于電離類型的，按原子離子或分子離子的質荷比進行分析，分析有三個階段：
(1)在離子源中用電子碰撞的辦法將氣體電離。
(2)在質量分析器中利用磁偏轉、共振、飛行時間不同等質量分離技術，將離子按質荷比不同進行分離。
(3)檢測器(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荷比的離子流強度。
真空質譜計能掃描1～50u，以至l～300u的質量范圍，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量大小排列的譜線圖，又稱質譜圖。
圖23是理想情況，也稱之為“質譜棒圖”。實際測得結果往往是如圖24所示的情況。可見線條已被一些峰所代替。
質譜計的種類很多，可根據質量分析系統的工作原理來表征和命名。如：磁偏轉質譜計、回旋質譜計、飛行時間質譜計、射頻質譜計、諧振感應質譜計和四極質譜計等。
質譜計的主要性能參數如下：
(1)質量范圍：在滿足一定分辨能力的前提下，質譜計所能分析的質量數范圍叫做該質譜計的質量范圍。
(2)分辨能力和分辨本領：儀器的絕對分辨能力是儀器對給定質量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量。
儀器的分辨本領是質量與絕對分辨能力之比，即M/△M。圖25示出了分辨本領的兩種定義(△M/0.1h和△M/0.5h)。
(3)靈敏度：質譜計輸出離子流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，質譜計可以檢測出的氣體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，質譜計能檢測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)
