(Vacuum) Vacuum)? `Vacua` (1 ) Gas molecular/cm 3

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1 (Vacuum) Vacuum)? `Vacua` (1 ) Gas molecular/cm 3

2 & Medium high vacuum High vacuum Very high vacuum Low vacuum Medium vacuum High vacuum Very high vacuum Ultra-high vacuum Rough vacuum Fine vacuum

3 (Low vacuum) : torr - Rough vacuum,. - Food processing,, (sputtering, LPCVD), (High vacuum) : torr , CRT,, (evaporation), (Ultra high vacuum, UHV) : 10-8 torr - (monolayer) -,,,,

4

5 E. Torricelli B. Pascal 1783 D. Bernoull 1859 J.K. Maxwell 1874 H.Mcleod 1905 W.Kaufman 1905 W.Gaeda : rotaty Pump, Diffusion pump 1906 M.Pirani M. Knudsen G. Langmuir F.M. Penning Leak detector R.T. Bayard & D. Alpert R. Herb H.J. Schwartz W. Becker Vacuum Pump, Vacuum Gauge,,

6 1 = 76 cmhg H O () Hg : g/cm 3 1 = 76 cmhg x g/cm 3 = 108 cmh O 10 m

7

8 :. PV = C, P 1 V 1 = P V :. V = kt,, V/V 0 = T/T 0 P 1 V 1 /T 1 = P V /T, PV = kt PV = nrt = NkT 1 P 1 + ρv + ρgh1 = Const.

9 (1/6) : 1g ( = 1.66 x 10-4 g => 1 g = 6.0 x 10 3 ) 3 gas : : gas 1 mv = kt g( v) dv 3 = 4πv m πkt 3 e mv kt dv

10 V (/6) 8kT ( = vg v) dv = 0 πm 1,30 m/s, 467 m/s, 437 m/s, 394 m/sec, 1/ (impinge rate, arrival rate) A (molecules/cm sec) ( Ptorr, TK, Mg/mole) f = 1 4 nv = πmk ) ) 1 x 10-6 torr,, 300 K, N f = ( 1 x 10-6 x 133) / ( x 3.14 x 8 x 1.66 x 10-7 x 1.38 x 10 3 x 300 ) 1/ = 3.8 x /m sec = 3.8 x /cm sec P B T = P MT

11 (3/6) (N 0 ) : 00,, 1 atm,,.4 liter => 6.03 x 10 3 Number density of gases : STP =>.7 x #/cm 3 1 mtorr,, l um 3 => 35 Monolayer : cm 1, (A A g/cm 3 ), (B B g/mole), (N 0 #/mole) => = (( x ) ) / = A N 0 / B (#/cm 3 ) => 1 cm = (A( A N 0 /B) 1/3, = (B/A( N 0 ) 1/3 => monolayer = (A N 0 / B) /3 ex) Ti = 4.51 g/cm 3, = 47.9 g/mole monolayer = 1.476x10 15, monolayer =.6

12 (4/6) Y t = L / v x P x = m v x P t x = m v L x = F X 1 mv = 3 kt force pressure = ( L ) N P = L 0 m v L x = Nm v V mn( vx ) vx dvx nmvx P = = x = Nmv 3V = nn0mv 3V

13 NITROGEN OXYGEN ARGON CARBON DIOXIDE NEON x10 - HELIUM x10-3 KRYPTON x10-4 HYDROGEN x103-4 ZENON x10-5

14 : (torr) 10-4 ~ ~

15 (5/6) (5/6)

16 (6/6) (mean free path : ) : 0 λ = xdn ( cm) n λ 0 ( ) 1 n 3 v =V / λ = 5 / P(1 10 torr) E E t i = 4m m ( m + m ) i i t t cos θ m i << m t m i >> m t Et 4mimt 4m = E i i ( m + m ) mt i Et 4mimt 4m = E t ( m + m ) mi i t i t

17 Collision mean free path Elastic Collision Process/Inelastic Collision Process : Depending on whether the internal energies of colliding particles are conserved # of particle removed by collision in dx Fraction of incident particles colliding in dx Particles Targets dn = σnn dx dγn dx, dx g g dγ Γ Hard ball cross section =Q 1 Uncollided Flux Γ ngσ x x / λ ( x) = Γ e = Γ e 0 Mean Free path Mean time τ = 0 λ = λ υ n g 1 σ dn = n = n σdx g Collision Frequency v = τ 1 = n συ v = Kn g g Rate Constant K =συ

18 : : leakage 3 : 4 : roughing 10 9 <<<< : 6 : roughing 7 : 8 : : main 10 : water 11 : 1 : fore-line

19 Rough pumps (760 torr ~ torr) Rotary oil sealed mechanical pump Sorption pump Venturi pump Booster pump High vacuum pumps ( torr ~ torr) Diffusion pump Cryopump Cryotrap Turbomolecular pump Ultrahigh vacuum pumps ( torr ) Titanium sublimation pump Sputter ion pump

20 Pressure ranges of various Pumps Ultrahigh Vacuum High Vacuum Rough Vacuum Venturi Pump Rotary Piston Pump Dry Mechanical Pump Oil-sealed Mechanical Pump Sorption Pump Blower/Booster Liquid Nitrogen Trap Diffusion Cryopump Turbo Ion pump TSP (Torr)

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22

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26 ( )

27 (Oil Diffusion)

28 (Oil Diffusion)

29 (Oil Diffusion)

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34

35

36 Typical gauge Pressure Ranges (Torr) Gold Cathode Gauge Bourdon Gauge Thermocouple Gauge Pirani Gauge Capacitance Manometer Residual Nitrogen Analyzer Ionization Gauge Residual Gas Analyzer

37 760 torr ~ 1 torr

38 TC

39 Ion Gauge (BA Gauge)

40 Cold Cathode Gauge

1 n dn dt = f v = 4 π m 2kT 3/ 2 v 2 mv exp 2kT 2 f v dfv = 0 v = 0, v = /// fv = max = 0 dv 2kT v p = m 1/ 2 vfvdv 0 2 2kT = = vav = v f dv π m

1 n dn dt = f v = 4 π m 2kT 3/ 2 v 2 mv exp 2kT 2 f v dfv = 0 v = 0, v = /// fv = max = 0 dv 2kT v p = m 1/ 2 vfvdv 0 2 2kT = = vav = v f dv π m n dn dt f v 4 π m kt 3/ v mv exp kt f v dfv 0 v 0, v /// fv max 0 dv kt v p m / vfvdv 0 kt vav. 8v f dv π m k m 0 v / R0 4 T vav.45 0 cm / sec M M p v v fvdv 0 3 fvdv 0 kt m / 3kT v v. 5 m rms v p n dn

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10 노지은.hwp

10 노지은.hwp THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2013 DEC.; 24(12), 1190 1197. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2013.24.12.1190 ISSN 1226-3133 (Print) ISSN 2288-226X (Online)

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