一种高灵敏度电容薄膜真空计的制作方法

本实用新型属于真空计量技术领域，具体涉及一种高灵敏度电容薄膜真空计。

背景技术：

随着科学技术的不断进步，许多高技术领域需要极高的真空环境。尤其在半导体制造领域，许多工艺步骤需要在高真空度下进行，比如刻蚀，沉积等工艺。

在上述半导体制造中，对于真空度的测量往往采用真空规的方式予以实现，比如电容薄膜真空规的测量原理是气体通过进气管引入到检测腔室中，由于气体压力作用使检测膜片发生形变，引起了检测膜片与固定极板之间距离的变化，进而引起二者之间电容量的改变，再利用电学方法测出电容量，通过校准得到电容量与气体压力之间的关系来衡量真空度的大小。但是，现有技术中的真空规在灵敏度和分辨率较低。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供一种高灵敏度电容薄膜真空计，旨在解决现有技术中存在的电容薄膜真空计灵敏度和分辨率较低的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型提供一种高灵敏度电容薄膜真空计，包括外壳、检测膜片和固定极板；外壳的内部为空腔结构，检测膜片固定在外壳的内部，并将外壳的内部分割成真空腔室和检测腔室；

固定极板固定在真空腔室内，固定极板与检测膜片相对设置的一面为朝远离检测膜片的一侧凹设的弧面，弧面上镀设有导电材料；其中，检测膜片为可动极板，可动极板与固定极板组成一可变电容器。

根据本实用新型，弧面的球面弧度深度的计算公式如下：

其中，Δdo为弧面的球面弧度深度，R为膜片周边半径，σ为膜片初始张力时的预紧力，t为膜片厚度，P为被测压力。

根据本实用新型，固定极板采用陶瓷或者蓝宝石材料制成。

根据本实用新型，具有检测腔室的外壳上设有检测进气孔，用于将待检测气体通入到检测腔室中。

根据本实用新型，检测进气孔处还设有过滤网。

根据本实用新型，还包括极板引出线，极板引出线的一端与固定极板连接，其另一端伸出真空腔室的外部。

根据本实用新型，外壳上还设有抽气管，抽气管与真空腔室相连通。

根据本实用新型，外壳上还设有消气剂，消气剂与真空腔室相连通。

根据本实用新型，弧面上镀设的导电材料为银或者铝合金。

根据本实用新型，外壳采用镍基合金材料制成。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过将固定极板与检测膜片相对设置的一面设计成弧面，这样，当检测腔室内通入待检测气体后，检测膜片和固定极板之间均成弧状，使得检测膜片与固定极板组成的可变电容器的有效面积大大增加，边缘效应大大减小，使电容量增大，提高了有效信号量，进而提高了真空计的灵敏度和分辨率。

附图说明

图1为如下实施例提供的高灵敏度电容薄膜真空计的结构示意图；

图2为如下实施例提供的固定极板的加工工艺流程图；

图3为如下实施例提供的固定极板的球面弧度深度计算原理图。

【附图标记说明】

1：外壳；11：真空腔室；12：检测腔室；2：检测膜片；3：固定极板；31：极板引出线；4：检测进气孔；5：抽气管；6：消气剂。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

参照图1，本申请提供一种高灵敏度电容薄膜真空计，包括外壳1、检测膜片2和固定极板3。

其中，外壳1的内部为空腔结构，检测膜片2固定在外壳1的内部，并将外壳1的内部分割成真空腔室11和检测腔室12。固定极板3固定在真空腔室11内，固定极板3与检测膜片2相对设置的一面为朝远离检测膜片2的一侧凹设的弧面，弧面上镀设有导电材料。检测膜片2为可动极板，可动极板与固定极板3组成一可变电容器。

具体地，上述的真空腔室11为全密封结构，当待检测气体通入到检测腔室12中后，由于待检测气体一般为低真空压力气体，检测膜片2会受力而产生挠曲变成弧状。由此，本申请通过将固定极板3与检测膜片2相对设置的一面设计成弧面，这样，当检测腔室12内通入待检测气体后，检测膜片2和固定极板3之间均成弧状，边缘效应大大减小，使得检测膜片2与固定极板3组成的可变电容器的有效面积大大增加，使电容量增大，提高了有效信号量，进而提高了真空计的灵敏度和分辨率。经检测，固定极板3为平面结构时所构成的平面电容器，其有效面积与真空计直径的面积之比大约为1:4；而采用本申请中固定极板3为弧面结构时所构成的可变电容器，其有效面积与真空计直径的面积之比可提高为3:4左右，这对于开发低量程的真空计至关重要。

在本申请的具体实施方式中，上述的真空计还包括极板引出线31，该极板引出线31的一端与固定极板3连接，其另一端伸出真空腔室11的外部并与外部的电容测量电路相连。

上述弧面上镀设的导电材料一般为银或者铝合金，也可以选择导电性较好的其他材料。上述的外壳1优选采用镍基合金材料制成，以使整个真空计具备更好的耐腐蚀性能，能够应用于苛刻的腐蚀环境中。固定极板3一般采用陶瓷或者蓝宝石等可加工的绝缘材料制成，参照图2，固定极板3的加工工艺流程具体如下：

步骤1：计算得出固定极板3的弧面所需要的球面弧度深度；

步骤2：采用陶瓷、蓝宝石等可加工的绝缘材料，经球面磨床加工出计算以后得到的球面弧度深度；

步骤3：采用蒸镀等方法，在弧面的表面镀上导电材料，一般固定极板3直径略小于真空腔室11的直径。

步骤4：加工以后，可用金加工检验手段检测其弧度加工情况，完成整个固定极板3的加工。

需要说明的是，上述固定极板3的弧面的球面弧度深度是根据检测膜片2的材料和性能、固定极板3的材料、导电材料的性能等各种参数综合计算得出的，参照图3，具体计算过程如下：

根据电容器公式：

式中

P----被测压力；

R----膜片周边半径；

μ----泊桑系数；

Δdo----膜片中心处位移，也表示弧面的球面弧度深度；

t----膜片厚度；

E----膜片材料的杨氏弹性模量；

T---初始张力；

分析电容器公式看出：由于低量程薄膜真空计所采用的膜片厚度t与位移Δdo的关系为t<<Δdo，所以高次项的影响不能忽略。而由于高次项的影响会造成仪表的非线性。而在自由状态下被绷紧的平膜片，具有初始张力，可以大大提高了仪表线性，减少滞后。有一定张力的膜片，膜片的弯曲刚度可以忽略。

位移与压力公式可以简化为

式中σ为膜片初始张力T时的预紧力，K＝R/4σt。根据计算得到的Δdo，就是球面弧度深度。

在实际应用中，上述具有检测腔室12的外壳1上设有检测进气孔4，一般通过进气管与该进气检测孔连接，以便用于将待检测气体通入到检测腔室12中。为了滤除待检测气体中的颗粒及污染物，以防止该颗粒及污染物附着在检测膜片2上而造成对检测膜片2的变形或者损坏，在检测进气孔4处还设有过滤网(在图1中并未示处)，该过滤网的材料可以采用聚四氟乙烯，当然也可以根据实际需要选择其他的材料。

上述的外壳1上还设有抽气管5，抽气管5与真空腔室11相连通。一般抽气管5在真空腔室11的外部与真空泵连接，以通过对真空腔室11进行抽气而使真空腔室11内处于真空状态。具体实现过程中，为了消除真空腔室11内的残余气，以实现长期保持真空腔室11内的高真空度，外壳1上还设有消气剂6，消气剂6与真空腔室11相连通，从而提高了真空计的稳定性。对于消气剂6的类型根据实际需要进行选择即可，本申请对此并不进行限定。

进一步地，上述高灵敏度电容薄膜真空计的测量过程具体如下：

待测真空度空间的待检测气体由检测进气孔4通入到检测腔室12内，检测膜片2在真空腔室11和检测腔室12的气压差下受力产生变形，使检测膜片2与固定极板3之间的距离发生变化，使得电容值也随之改变。而不同的真空度决定了不同的电容值，根据测得的电容值就能够实现对待测真空度空间的真空度的测量。

由于本实施例中的固定极板3采用弧面结构，使检测膜片2与固定极板3之间均成弧状，边缘效应会大大减小，电容的有效面积可以扩大,提高了有效信号量，进而提高真空计的灵敏度和分辨率，利于开发低量程的真空计。

以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对实用新型做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。