畫說真空技術

　　一般大眾對於「真空」應用產品在腦海中最常浮現的畫面，也許是熱水瓶、電燈泡、螢光燈等，這些都是真空存留在產品之中的明顯實例，然而其他可利用到真空技術的案例還非常的多，不僅是產品本身，真空技術也廣泛地被利用到這些產品的製造過程。

　　近來，備受矚目的電子相關產業的蓬勃發展，也因而衍生出非常多。在真空條件中製造出的薄膜類產品，也因此很多電子元件有賴於真空製造的薄膜材料的貢獻，而更支援發展出許多超小型化、高性能、高信賴性、省資源及低成本的製程與產品。

　　本書儘可能針對製造出真空以及利用真空技術的諸多方法與技術進行介紹，然而仍有許多更複雜設計裝置與原理，礙於篇幅有限，實在難以逐一詳加說明所有的原理。這本書對於初學者來說是相當實用的入門書，藉由本書希望能夠引起讀者對真空的認識與興趣，也期待能讓讀者能將真空技術活用在各領域中。

本書特色

　　台灣由於電子產業的蓬勃發展，帶動了真空技術的高度成長。目前真空技術廣泛應用於各行各業中，已成為各項工業的基礎技術，包含生技製藥、化工、機械、半導體、顯示器、太陽能、高能物理、表面分析等。本書除了深入淺出介紹真空技術的基本原理與基礎之外，更廣泛的介紹了各式真空技術的應用，可說是一本相當值得閱讀的書籍，可以幫助對真空技術有興趣的人迅速的了解真空技術的基礎與應用，相當適合各行各業對真空技術有興趣或是現在正在使用真空技術的人員來閱讀。期待藉由本書的出版可以幫助更多讀者更加廣泛的應用真空技術。

譯者簡介

鄭鴻斌

　　學歷
　　國立交通大學 機械工程所 博士
　　國立交通大學 機械工程所 碩士

　　經歷
　　國立台北科技大學 專任助理教授
　　中華民國真空科技學會 秘書長
　　國科會精密發展儀器中心 研發組∕企劃小組
　　中華民國真空科技學會 理事∕真空科技副總編輯
　　中華儀器協會 學術組 專員
　　工業技術研究院 機械所∕能資所 特約研究
　　國立交通大學 機械所 兼任助教

　　專長領域
　　計算流體力學(CFD)
　　真空技術
　　超低溫技術
　　流體力學與熱傳學
　　微∕奈米熱流技術

序

第1章　什麼樣的狀態稱之為真空呢？
1「真空」並非就是空間裡「什麼物質都不存在」
2將氣體分子由空間中抽出，就能製造真空狀態
3表示真空程度的單位之演進
4「低真空」、「中真空」「高真空」、「超高真空」及「極高真空」的區分
5以空間中所存在的氣體分子數，來表示「分子密度」
6以氣體分子可以直線飛行多遠，來表示「平均自由路徑」
7以氣體分子能夠全面覆蓋於物質表面的時間，來表示「單分子層形成時間」
8在固體表面，經常發生的氣體附著與脫離現象
9「幾何學表面」的目視面積，及放大表面粗糙度的「真表面積」
10真空中「薄膜生成」，經常使用「電漿」
11在真空中的溫度，會以「輻射」和「傳導」來傳遞

第2章　利用真空技術進行生活用品的製造
12將水分凍結，在低壓下昇華－凍結真空乾燥
13利用真空沸點的差異進行真空蒸餾
14透過模具吸附成型的塑料板－真空成形
15作出高濃度氧氣的空氣：應用於補充氧氣功能的富氧空調系統
16許多薄膜都是在真空中作成的
17許多薄膜加工技術基礎，應用在攜帶型終端電子產品
18使用真空製造平面電視的透明電極塗料，滴下式充填液晶與真空貼合
19CD/DVD的反射膜（鋁化合物薄膜）是在真空薄膜加工技術上所生成的薄膜
20CCD有如數位相機的心臟－是薄膜技術應用的集大成
21集尖端真空技術大成之油電混合車
22真空技術也同時大量應用於生物科技領域
23加速度感應器中的元件全都是在真空環境下所製作
24先進的醫療器材PET－也是仰賴真空技術
25IC晶片卡及RFIDTag（無線射頻身份識別標籤）都採用了真空薄膜技術
26利用真空容器內的電漿放電所製作之多晶體太陽能電池
27刮鬍刀刃表面的塗層也是在真空處理下所形成之硬膜
28真空中利用重合蒸鍍所製之假餌
29眼鏡、手錶的表面加工，也是真空技術加工非常好的應用
30物質的表面分析也可以在真空中進行

第3章　真空的製造方法與測量方法（製作裝置∕測量裝置）
31製作真空的基本裝置「抽氣組」
32實際的抽氣機組，是指主幫浦、輔助真空幫浦加上各個裝置
33為了要達到有效率的真空狀態的重點：抽氣的順序
34氣導（Conductance）決定抽氣時間
35不同壓力下氣體流動的方式：分為黏性流、過渡流及分子流
36製造真空的關鍵：表面逸氣
37將壓力抽至真空：表面處理與材料的選定
38真空幫浦的原理與特徵－低真空領域的幫浦與高真空領域的幫浦
39考量到不同的壓力與用途，會區分不同的幫浦使用方法
40真空計的種類與使用分類
41機械現象測量原理的真空計－U型真空計、麥式真空計
42氣體傳輸現象的真空計１－派藍尼真空計
43氣體傳輸現象的真空計２－旋轉轉子真空計
44憑藉氣體電離的真空計１－熱陰極電離真空計
45憑藉體電離的真空計２－冷陰極電離真空計、極高真空計
46能夠測量出真空裝置內氣體種類的分壓真空計
47維持真空所不可或缺的漏測器（漏洩檢測儀）
48控制氣體流動的真空閥

第4章　利用真空的薄膜加工技術
49各種利用真空的薄膜沉積法
50PVD薄膜沉積法之中最具代表性的真空濺鍍法
51於真空中蒸發材料來成膜的真空蒸鍍法
52比較真空蒸鍍法與真空濺鍍沉積成膜
53絕緣物也可以真空濺鍍的RF射頻濺鍍成膜法
54真空濺鍍薄膜的構造取決於氣體壓力與基板溫度差
55不在成膜室產生電漿的離子束濺鍍法
56以化學反應沉積化合物薄膜的反應性濺鍍法
57將物質離子化進行成膜的離子電鍍法
58蒸發單體單元，並在基板上聚合的蒸鍍重合法
59促使原料氣體分解、反應來形成薄膜的CVD法
60CVD法各種優異的特徵
61形成薄膜的CVD製程
62極為特殊的CVD法：選擇性成長CVD與ALD法
63在堆積出來的薄膜上施予微細加工的蝕刻法
64濕式蝕刻與乾式蝕刻的使用時機
65使用離子束削切基板表面的方法「離子銑削法」
66引入電漿中反應性氣體離子的「反應性離子蝕刻法（RIE）」
67反應性離子蝕刻的製程
68蝕刻後續處理以及其他
69將不純物注入矽的離子注入法
70可在淺接面進行植入大量離子的「電漿摻雜」

第5章　真空產業的將來
71真空技術的新應用１－奈米粒子
72真空技術的新應用２－奈米碳管
73真空技術在各領域的關鍵地位
74真空產業的結構與業績成長

索引
參考資料

序言

　　我們生活周遭隨處可見到各式各樣加工製造出來的產品，這些產品甚至是製造這些產品的現場，就存在著許許多多利用真空技術發展出來的製造方法與製品。舉凡：行動電話、液晶電視、相機都是拜真空技術之賜，使得我們能夠擁有便捷舒適的生活。

　　真空的存在，其實早在古希臘時代就出現紛紛擾擾的爭論。像是著名的哲學家科學家德膜克里斯就認為真空是存在的；而亞里斯多德則認為空間內一定是有些什麼物質充斥著，因此不認為有真正的真空存在。到了17世紀中期，托里切利的實驗，以倒裝的玻璃管之中置入水銀，以水銀之上的空間來標記，證明真空的存在，才正式為真空存在的爭論畫下了休止符。格里克利用「馬格堡半球實驗」，向世人展示了真空的存在以及真空與大氣壓量化的關係。此後，人們再接連嘗試驗證出人為的真空，也藉此應用在許多工業上與民生產品，以及這些產品在製造過程中所需要的各式真空條件。

　　乍聽之下，「真空」應用產品在腦海中最常浮現的畫面，也許是熱水瓶、電燈泡、螢光燈等，這些都是真空存留在產品之中的明顯實例，然而其他可利用到真空技術的案例還非常的多，不僅是產品本身，真空技術也廣泛地被利用到這些產品的製造過程。近來，備受矚目的電子相關產業的蓬勃發展，也因而衍生出非常多。在真空條件中製造出的薄膜類產品，也因此很多電子元件有賴於真空製造的薄膜材料的貢獻，而更支援發展出許多超小型化、高性能、高信賴性、省資源及低成本的製程與產品。

　　本書儘可能針對製造出真空以及利用真空技術的諸多方法與技術進行介紹，然而仍有許多更複雜設計裝置與原理，礙於篇幅有限，實在難以逐一詳加說明所有的原理。這本書對於初學者來說是相當實用的入門書，藉由本書希望能夠引起讀者對真空的認識與興趣，也期待能讓讀者能將真空技術活用在各領域中。