畫說真空技術

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

真空裝置，簡單來說是以真空幫浦排出空氣（包含氧氣）。然而這裡所介紹的是以真空幫浦來產生高濃度氧氣的空氣，應用在「可補充氧氣的空調系統」。一般來說，用冷氣的密閉空間中，在室內人多的場合，或是與外面換氣量比較少的狀態時，氧氣濃度就會下降，因此想使用空調室外機來提供室內較高濃度的氧氣，就是讓室內也與室外自然環境一樣，有令人舒適的氧氣補充功能。

◆利用流動速度的差異，透過氧氣純化膜使得氮氣與氧氣分離氧氣補充功能的空調之所以產生高濃度氧氣，原理來自於真空幫浦與氧氣純化膜的組成。氧氣純化膜就是一種高分子膜，藉由不同分子量的差異，可以使特定的氣體通過純化膜，也就是說並非以分子結構的大小，而是以分子通過膜的速度差異形成分離純化的功能。

以減壓的幫浦吸引空氣，滲透入氧氣純化膜後空氣會擴散，此時氧氣與氮氣的擴散方法不同，使得空氣中氮氣的比例減少、氧氣的比例增加。以-74kPa減壓，一般空氣中組成的的比例是氧氣21%與氮氣79%，經過純化之後可在室內產生30%的氧氣與70%的氮氣。

針對環境中氧氣易不足及體質上需要補充較高濃度氧氣的情況，反應了可補充高含氧氣量的空調系統產品的需求。在高機能現代化建築住宅中，使用烤爐等電器及燃燒器具，使得空氣中維繫人體機能的氧氣易陷入不足的狀態。可以會藉由減輕含氧量不足的狀況，來改善與提升環境品質以及維繫健康。

雖然似乎很多人常常仍想像真空就是完全沒有氣體的狀態，誠如第一章所敘述，真空其實就是將大氣壓力減低，我們日常生活垂手可及的用品之中，許多就是以利用真空而製成各式各樣的形態。

‧市面上已有販售，使用真空幫浦而產生高濃度氧氣，附有補充氧氣功能的室內空調機。

‧藉著通過氧氣純化層薄膜的速度差異，使得空氣中的氮氣和氧氣分離，讓氧氣的比例提高許多。

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

真空裝置，簡單來說是以真空幫浦排出空氣（包含氧氣）。然而這裡所介紹的是以真空幫浦來產生高濃度氧氣的空氣，應用在「可補充氧氣的空調系統」。一般來說，用冷氣的密閉空間中，在室內人多的場合，或是與外面換氣量比較少的狀態時，氧氣濃度就會下降，因此想使用空調室外機來提供室內較高濃度的氧氣，就是讓室內也與室外自然環境一樣，有令人舒適的氧氣補充功能。

◆利用流動速度的差異，透過氧氣純化膜使得氮氣與氧氣分離氧氣補充功能的空調之所以產生高濃度氧氣，原理來自於...

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。

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...

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
19 CD/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
20 CCD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
25 IC晶片卡及RFID Tag（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➊—派藍尼真空計
43 氣體傳輸現象的真空計➋—旋轉轉子真空計
44 憑藉氣體電離的真空計➊—熱陰極電離真空計
45 憑藉體電離的真空計➋—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
50 PVD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
60 CVD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➊—奈米粒子
72 真空技術的新應用➋—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

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...