真空中絕熱膨脹作用之探討｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	徐鴻特
論文名稱：	真空中絕熱膨脹作用之探討
指導教授：	張似瑮
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 生醫工程與環境科學系 Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences
論文出版年：	2002
畢業學年度：	90
語文別：	中文
論文頁數：	75
中文關鍵詞：	二次離子質譜、絕熱膨脹
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本實驗主要研究水在真空系統中的來源。利用不同的壓力的水氣混合氮氣進行絕熱膨脹，探討在短時間內的抽氣時，空間中的水氣附著於樣品表面的情況。以SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)方法觀察樣品表面水氣訊號的增減情況。由於儀器的改善，在量測背景值上獲得成果：(1)量測到樣品靜置於分析腔中，附著於樣品表面的水氣分子量。(2) 在傳送樣品後，可以使分析腔於6分鐘左右恢復至平時維持的氣壓，降低經由傳送樣品時所引進的水氣分子，並且可以估計經由傳送樣品動作所導入的[OH-]訊號增加量。絕熱膨脹作用之探討方面，可以看到水氣混合氮氣，進行抽氣行為後，樣品表面上的[OH-]訊號隨之增加，表示絕熱膨脹作用可能有伴隨在抽氣的行為裡。

目錄
論文摘要------------------------------------------ I

致謝--------------------------------------------- II

目錄-------------------------------------------- III

表目錄-------------------------------------------  V

圖目錄------------------------------------------- VI

一、引言------------------------------------------ 1

二、原理------------------------------------------ 5

1. 二次離子質譜儀分析原理----------------------- 5

a.靜態二次離子質譜分析---------------------- 6

b.深度剖面分析------------------------------ 6

  2. 絕熱膨脹原理--------------------------------- 7

  3. 吸附----------------------------------------- 7

     a.吸附力------------------------------------ 7

     b. 吸附過程之相關係數------------------------------ 8

  4. 釋氣原理------------------------------------- 9

三、實驗系統與方法------------------------------- 11

1. 實驗系統------------------------------------ 11

 a. 曝水腔(Exposure chamber)---------------- 11

         i. 系統簡介---------------------------- 11

         ii. 水氣混和及曝水--------------------- 12

b. 準備腔(Preparation chamber)------------- 14

i. 系統簡介---------------------------- 14

 c. 分析腔(Main chamber)-------------------- 15

         i. 系統簡介---------------------------- 15

ii. 系統改善後的效果------------------- 16

iii. 樣品SIMS分析步驟----------------- 16

iv. 樣品分析方法----------------------- 18

v. 模擬樣品傳送動作------------------------- 19

  2. 實驗樣品------------------------------------ 20

 a. 樣品製造-------------------------------- 20

b. 化學清洗-------------------------------- 20

四、結果與討論----------------------------------- 22

  1. 背景值的估計--------------------------------- 22

     a. 實驗結果-------------------------------------- 22

      b. 數據分析--------------------------------------- 23

      c. 實驗誤差探討----------------------------------- 26

  2. 絕熱膨脹的效應------------------------------ 26

 a. 實驗結果-------------------------------------- 26

      b. 數據分析--------------------------------------- 28

      c. 實驗誤差探討----------------------------------- 30

五、結論----------------------------------------- 31

六、參考文獻------------------------------------- 33

附錄、SIMS儀器工作原理--------------------------  68

表目錄

表3-1、鋁合金A6063組成成分（%）----------------- 36

表3-2、 HNO3成分表------------------------------- 37

表3-3、 HF成分表--------------------------------- 38

表4-1、 SIMS負離子分析條件----------------------- 39

表4-2、 離子束在不同物質下的濺射率--------------- 40

表4-3、曝水量與[OH-] 訊號增加量------------ 41

表4-4、樣品靜置於分析腔中，時間與[OH-] 訊號增加量------- 42

圖目錄

圖2-1、二次離子產生示意圖---------------------------- 43

圖2-2、物理吸附與化學吸附的位能曲線示意圖---------------- 44

圖2-3、Langmuir之吸附等溫圖------------------------------ 45

圖2-4、典型的氣壓與抽氣時間關係曲線--------------------- 46

圖3-1、實驗系統示意圖----------------------------------- 47

圖3-2、系統改善前後，分析腔之氣壓與抽氣時間關係圖-------- 48

圖3-3、系統改善後，準備腔之氣壓與抽氣時間關係圖----------- 49

圖3-4、曝水前與曝水後之負離子質譜圖--------------- 50

圖3-5、一次離子電流，[OH-] 訊號對抽氣時間關係圖----------- 51

圖3-6、濺射6小時前後，電流與負偏壓關係圖--------------- 52

圖3-7、濺射6小時前後，電流與正偏壓關係圖--------------- 53

圖3-8、樣品經6小時濺射後，電流與時間關係圖------------- 54

圖4-1、樣品傳送動作後- [OH-]訊號與時間關係圖------------- 55

圖4-2、樣品傳送動作後–[OH-]訊號增加量與曝水量關係圖----- 56

圖4-3、樣品靜置於分析腔中，[OH-]訊號增加量與時間關係圖--- 57

圖4-4、樣品傳送後，[OH-]訊號增加量與分析腔最高氣壓之關係圖-------------------------------------------------------- 58

圖4-5、樣品傳送時，[OH-]訊號增加量與曝水腔氣壓(開啟GV-EP時)之關係圖------------------------------------------------ 59

圖4-6、水氣(6.8 torr)混合氮氣後，[OH-]訊號增加量與導入氮氣氣壓關係圖------------------------------------------------ 60

圖4-7、水氣(9.3 torr)混合氮氣後，[OH-]訊號與一次離子劑量關係圖(1)--------------------------------------------------- 61

圖4-8、水氣(9.3 torr)混合氮氣後，[OH-]訊號對一次離子劑量關係圖(2)--------------------------------------------------- 62

圖4-9、水氣(2.9 torr)混合氮氣後，[OH-]訊號對一次離子劑量關係圖------------------------------------------------------ 63

圖4-10、水氣混合氮氣後，[OH-]訊號增加量與一次離子劑量關係圖(1)----------------------------------------------------- 64

圖4-11、水氣(2.87 torr)混合氮氣後，[OH-]訊號對一次離子劑量關係圖---------------------------------------------------- 65

圖4-12、水氣混合氮氣後，[OH-]訊號增加量與一次離子劑量關係圖(2)----------------------------------------------------- 66

圖4-13、水氣(1.35 torr)混合氮氣後，[OH-]訊號與一次離子劑量關係圖---------------------------------------------------- 67

六、參考文獻
1. 劉遠中，陳俊榮，曾湖興，徐武雄，超高真空系統的研究，核子科學 21(3) (1985)。pp. 168
3. 劉遠中，王德正，謝澄銀，陳定全，徐武雄，陳俊榮，曾湖興，許憲能，超高真空系統的研究(二)，核子科學 22(4) (1986)。pp. 272
4. A. G. Mathewson, J. P. Bacher, K. Booth, R. S. Calder, G. Dominichini, A. Grillot, N. Hilleret, D. Latorre, F. LeNormand, and W. Unterlerchner, “Comparison of chemical cleaning methods of aluminum alloy vacuum chambers for electron storage rings,” J. Vac. Sci. Technol. A7(1) (1989). pp.77
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20.楊凱淵，利用PSD方法研究鋁合金表面水釋氣行為，國立清華大學原子科學所，碩士論文，新竹市，2000。
21. 楊佳螢，水氣在光子激發釋氣實驗系統中的行為探討，國立清華大學原子科學所，碩士論文，新竹市，2001。
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25. Enrico Fermi, “Thermodynamics,” Dover Publication, New York(1936). pp. 25-26
26. J. R. Chen, G. Y. Hsiung, Y. J. Hsu, S. H. Chang, C. H. Chen, W. S. Lee, J. Y. Ku, C. K. Chan, L. W. Joung, W. T. Chou, “Water adsorption-desorption on aluminum surface,” Applied surface science 169-170 (2001). pp. 679-684
27. 真空科技與應用，第四章、第八章，國科會精密儀器發展中心，新竹(2001)。

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