Satuan umum untukvakum ultra tinggi
1. Milibar (mbar) adalah satuan tekanan udara, 1000 mbar=1 bar=1 * 105 Pa;
2. Torr berasal dari kolom milimeter merkuri (mmHg) dalam percobaan Torricelli, dengan 760 Torr=1 atm;
3. Pa berasal dari Sistem Satuan Internasional (SI), di mana 1 Pa sama dengan 1 N/m2;
Catatan: Pa adalah satuan turunan dalam Sistem Satuan Internasional, bukan satuan dasar.
Catatan: 1 bar didefinisikan secara ketat sebagai 105 Pa, dan 1 atm didefinisikan secara ketat sebagai 101325 Pa. Keduanya secara umum dianggap konsisten dalam penggunaan praktis, tetapi memiliki definisi yang berbeda.
Catatan: Dalam penggunaan praktis, karena nilai Torr dan mbar yang serupa, keduanya umumnya dianggap setara jika akurasi tidak diperlukan.
Catatan: Kilogram (kg/cm2) sering digunakan sebagai satuan tekanan dalam teknik, dengan nilai mendekati 105 Pa.
Definisi vakum ultra tinggi
1. Ultra high vacuum (UHV), umumnya didefinisikan sebagai 10-7-10-12 mbar;
2. High vacuum (HV), generally defined as>10-7 mbar;
3. Vakum sangat tinggi (XHV), secara umum didefinisikan sebagai<10-12 mbar.
Karakteristik vakum ultra tinggi
Kebersihan yang tinggi merupakan alasan mendasar mengapa analisis permukaan memerlukan vakum yang sangat tinggi. Fisika permukaan sering kali mempelajari fenomena fisik beberapa lapisan atom pada permukaan. Oleh karena itu, bahkan dalam kondisi vakum, penyerapan molekul gas pada permukaan sampel dapat memengaruhi hasil eksperimen secara signifikan. Kita sering menggunakan 'masa pakai' untuk menggambarkan waktu yang dibutuhkan permukaan sampel untuk dibersihkan dan hasil eksperimen untuk dipengaruhi oleh kontaminasi. Karena kemampuan penyerapan molekul gas yang berbeda, terdapat perbedaan yang signifikan dalam masa pakai sampel di antara sampel yang berbeda. Bahkan untuk sampel yang sama, eksperimen yang berbeda akan memiliki definisi masa pakai sampel yang sangat berbeda. Secara umum, masa pakai keadaan permukaan jauh lebih pendek daripada masa pakai keadaan tubuh.
Dalam ilmu permukaan, L (Langmuir) digunakan untuk menentukan paparan permukaan sampel, di mana 1 L=10-6 Torr * s. Kita dapat melihat bahwa paparan sampel berbanding terbalik dengan tekanan udara. Jadi, untuk meningkatkan masa pakai sampel, kita sering mencoba meningkatkan derajat vakum sistem sebanyak mungkin.
Jika dihitung berdasarkan molekul N2 pada suhu kamar, dengan mempertimbangkan bahwa semua molekul pada permukaan tumbukan diserap, lapisan molekul akan diserap pada permukaan sampel dalam 3 detik dalam kondisi vakum sebesar 10-6 Torr. Dalam propaganda sains populer, kita sering menggambarkan pentingnya vakum dengan menggunakan 10-6 Torr yang sesuai dengan waktu cakupan satu lapis selama 1 detik. Istilah ini cukup jelas dan mudah dipahami, tetapi mahasiswa yang terlibat dalam penelitian permukaan tidak boleh menggunakannya sebagai dasar untuk penelitian ilmiah.
Rata-rata statistik jarak antara dua tumbukan yang berdekatan dari setiap molekul gas disebut lintasan bebas rata-rata molekul. Ukuran lintasan bebas rata-rata molekul terkait dengan jenis, kepadatan, dan kecepatan molekul dalam ruang hampa. Pada suhu ruangan, dengan mempertimbangkan N2, lintasan bebas rata-rata molekul gas berbanding terbalik dengan tekanan gas: pada tekanan atmosfer (105 Pa), lintasan bebas rata-rata adalah 59 nm, dan pada 10-7 Pa, lintasan bebas rata-rata setinggi 59 km. Berdasarkan parameter ini, kita dapat memperkirakan ruang hampa minimum yang diperlukan untuk pertumbuhan sputtering magnetron.
Rata-rata lintasan bebas elektron mengacu pada rata-rata statistik jarak yang ditempuh antara dua tumbukan elektron dan molekul gas yang berurutan (mengabaikan tumbukan antara elektron). Parameter ini terutama diterapkan pada sistem eksperimen spektrum energi fotolistrik.
Dalam kondisi vakum ultra tinggi, konveksi termal umumnya diabaikan, dan radiasi serta konduksi termal terutama dipertimbangkan.Sistem suhu rendah(helium cair, nitrogen cair) terutama mempertimbangkan pencegahan perpindahan panas eksternal. Untuk sistem yang menggunakan nitrogen cair, konduksi panas merupakan sumber panas utama; Untuk sistem yang menggunakan helium cair, radiasi termal eksternal tidak dapat diabaikan, dan perhatian khusus harus diberikan saat merancang sistem. Sistem suhu tinggi perlu mempertimbangkan kenaikan suhu material dan pelepasan gas yang disebabkan oleh radiasi termal yang dihasilkan oleh pemanasan filamen. Konduksi panas pada suhu tinggi terutama memengaruhi pengukuran suhu termokopel. Selain itu, radiasi termal yang dihasilkan oleh material itu sendiri setelah dipanaskan ke suhu yang lebih tinggi tidak dapat diabaikan.
Bidang aplikasi vakum ultra tinggi
Bidang aplikasi vakum ultra tinggi sangat luas, dan di sini kami mencantumkan beberapa yang paling erat kaitannya dengan penelitian fisika permukaan,termasuk magnetron sputtering, pengendapan pulsa laser, epitaksi berkas molekul, analisis permukaan, Dan akselerator partikel.
Teknologi vakum ultra tinggi digunakan secara luas dalam bidang epitaksi berkas molekul dan analisis permukaan, dan berbagai jenis peralatan epitaksi berkas molekul, spektroskopi fotoelektron, mikroskopi terowongan pemindaian, dan sistem karakterisasi preparasi lainnya bekerja dalam rentang ini. Karena sistem vakum sering kali menjadi bagian penting dari biaya konstruksi sistem, cara memilih set pompa yang tepat dan dengan cepat memperoleh derajat vakum terbaik melalui cara yang tepat merupakan masalah umum yang mengganggu bidang terkait.
Akselerator partikel memiliki persyaratan paling ketat untuk vakum, tetapi karena biaya sistem keseluruhan yang tinggi, unit pompa vakumbukan merupakan komponen utama biaya. Umumnya, pompa vakum yang lebih baik dikonfigurasikan semaksimal mungkin. Selain itu, umumnya tidak ada sumber polusi di ruang akselerator, dan tingkat vakum biasanya mencapai rentang vakum yang sangat tinggi.
Penyemprotan magnetron menghasilkan polusi yang signifikan selama proses penguapan dikarenakan masalah mekanisme, dan biasanya tidak mencapai tingkat vakum yang sangat tinggi.Unit pompa molekulerumumnya cukup untuk memenuhi kondisi penggunaan. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan dan pengembangan lebih lanjut dari kebutuhan penelitian, tingkat vakum sistem sputtering magnetron telah terus ditingkatkan, dan teknologi terkait vakum ultra-tinggi juga terus memasuki bidang ini.
Di masa lalu, permintaan untuk tingkat vakum dalam teknologi deposisi pulsa laser (PLD) berada di antara epitaksi berkas molekuler dan sputtering magnetron. Dalam beberapa tahun terakhir, karena integrasi bertahap dengan teknologi epitaksi berkas molekuler (MBE), kebutuhan untuk tingkat vakum juga terus meningkat. Epitaksi berkas molekuler laser (LMBE) adalah teknologi vakum sangat tinggi yang menggabungkan MBE ke dalam PLD.
