4. 基片预处理与清洗工艺

镀膜这行，说白了就是跟真空谈恋爱。真空度不够，膜层质量就跟你闹脾气。我刚开始带线的时候，有一回镀出来的铝膜全是针孔，查了三天，最后发现是前级泵抽速不够，油蒸气反流了。嗯，从那以后我对真空获得设备就格外上心。

今天咱们把三种最核心的泵聊透：机械泵、分子泵、冷泵。你搞懂了它们，镀膜设备的“呼吸系统”就算入门了。

4.1 机械泵——真空系统的“粗活担当”

机械泵负责把大气压抽到1 Pa 左右。它干的是粗活，但没它不行。

工作原理：旋片式

转子偏心安装在定子腔内，旋片靠弹簧紧贴腔壁。转子一转，进气腔体积变大，气体被吸入；然后压缩、排气。就这么简单粗暴。

选型要点

• 抽速匹配：我建议按真空室容积的 3~5 倍选。比如 100L 腔体，选 300~500 L/min 的泵。
• 油品选择：镀膜必须用矿物油或合成油，别用普通机油。我曾经见过有人用错油，结果油蒸气污染了整个镀膜室，靶材全废了。
• 气镇阀：抽水汽或溶剂时一定要开。不开的话，油乳化得很快，泵寿命直接打对折。

4.2 分子泵——高真空的“主力干将”

分子泵把真空从 1 Pa 推到 10⁻⁴ ~ 10⁻⁶ Pa。它是镀膜的主力，也是你花钱最多的地方。

工作原理：动量传递

高速旋转的叶片（20000~90000 rpm）把气体分子“撞”向排气侧。说白了，就是靠叶片线速度把分子踢出去。你想想看，叶片尖端的线速度能达到 400 m/s，比子弹还快。

选型要点

参数	推荐值	说明
抽速	腔体容积 × 10~20	100L 腔体选 1000~2000 L/s
极限压力	≤ 10⁻⁵ Pa	镀膜一般需要 10⁻⁴ Pa 以下
前级压力	≤ 10 Pa	超过这个值，泵会过载
冷却方式	水冷或风冷	水冷更稳定，但要注意水温

分子泵 vs 涡轮分子泵

• 普通分子泵：适合轻气体（H₂、He），抽速高，但压缩比低。
• 涡轮分子泵：适合重气体（Ar、N₂），压缩比高，但抽轻气体效率低。
• 我常用的方案：镀金属膜用涡轮分子泵，镀光学膜用复合分子泵（前级涡轮+后级牵引）。

4.3 冷泵——终极“清洁工”

冷泵也叫低温泵，靠极低温（10~20 K）冷凝气体。它没有油，没有运动部件，是镀膜设备里最干净的泵。

工作原理：低温冷凝+吸附

冷泵内部有一个冷头，温度低到 10 K（-263°C）。气体碰到冷头就冻成固体。同时，活性炭在低温下吸附 H₂、He 这些轻气体。说白了，就是“冻住+吸住”。

选型要点

1. 冷头类型：G-M 型（常用，寿命长）或 Stirling 型（效率高，但贵）。
2. 抽速：水汽抽速最大，H₂ 抽速最小。选型时以 H₂ 抽速为准。
3. 再生周期：冷泵会“吃饱”，需要定期升温把冻住的气体排掉。我建议每 2~4 周再生一次，具体看工艺负载。
4. 压缩机：冷泵必须配氦气压缩机。压缩机功率要匹配，别买小了。

4.4 三种泵的对比与组合

特性	机械泵	分子泵	冷泵
工作压力范围	大气 ~ 1 Pa	1 Pa ~ 10⁻⁶ Pa	10⁻² Pa ~ 10⁻⁸ Pa
极限压力	0.5 Pa	10⁻⁶ Pa	10⁻⁸ Pa
有无油	有	无（但前级有油）	无
振动	大	中	小
维护周期	3~6 个月换油	1~2 年换轴承	2~4 周再生
典型应用	前级抽空	主抽泵	超高真空

实际镀膜设备里，这三种泵是串联使用的：

• 机械泵先把腔体抽到 1 Pa。
• 分子泵接力，抽到 10⁻⁴ Pa。
• 冷泵（如果需要）再往下推到 10⁻⁶ Pa 以下。

4.5 知识结构图

下面这张图帮你理清三种泵的关系和选型逻辑：

4.6 选型实战建议

最后，我总结几条实战经验：

• 别只看极限压力：抽速才是王道。抽速不够，极限压力再低也没用。
• 前级泵别省：分子泵和冷泵都依赖前级泵。前级泵抽速不够，后级泵就是摆设。
• 考虑气体种类：抽 H₂ 多，选分子泵；抽水汽多，选冷泵；抽 Ar 多，涡轮分子泵更合适。
• 维护成本算进去：机械泵换油便宜，分子泵换轴承贵，冷泵再生麻烦。别只看采购价。