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溅射离子泵

日期:2020-09-24 14:44
浏览次数:198
摘要:离子泵和升华泵都能获得很高的真空度,但是单独使用它们来获得更高的真空就有很大的困难。这与它们的工作机理有很大的关系。依靠物理吸附的离子泵俘获气体分子的能力有限;升华泵产生的化学键能虽然大,但很容易在其表面形成饱和,影响其进一步吸收气体,而且升华泵对惰性气体吸附效果不好。因此将两种泵合二为一,就能得到吸气效果更好的溅射离子泵。

一、溅射离子泵的由来。

早在本世纪初,就有人在抽真空的电子管中蒸发一些化学活动性强的金属,使其与管内未能抽净的气体发生反应,从而降低空间的气体分子浓度。这种金属以及起着相同作用的材料就叫做吸气剂,这种方法叫做化学清/除。

实验证明,用钛持续蒸发到一个冷却的壁上,可以形成具有相当抽气速率的泵,形成简单的升华泵

俘获气体分子还可以使用电离吸附的方法。利用高速电子轰击气体分子可以得到正离子,正离子在电场作用下被驱逐到负电极上,中和后由于分子间的范德瓦尔斯力被金属吸附而不再离开电极。这样降低了气体分子浓度,达到了获得真空的目的。这种现象称为电清/除,利用电清/除达到除气目的的泵称为离子泵。离子泵对吸附的气体没有选择性。

离子泵和升华泵都能获得很高的真空度,但是单独使用它们来获得更高的真空就有很大的困难。这与它们的工作机理有很大的关系。依靠物理吸附的离子泵俘获气体分子的能力有限;升华泵产生的化学键能虽然大,但很容易在其表面形成饱和,影响其进一步吸收气体,而且升华泵对惰性气体吸附效果不好。因此将两种泵合二为一,就能得到吸气效果更好的溅射离子泵。

 

二、溅射离子泵的结构

溅射离子泵主要由阳极、阴极、磁场和电源四大部分组成。

根据阴极、阳极和电位的不同,可以有好几种不同结构,这里仅介绍简单的二极型溅射离子泵。


 


 

如图4所示,阳极由多个不锈钢圆筒(或四方格、六方格)组成,放于两块由钛板组成的阴极之间,磁场方向与阴极板垂直,当阳极加上适当高压(对阴极为正电位)时,在阳极小室内产生放电,这种放电在压强低于1Pa时发生,放电可维持到很低的压强。




 


 

三、抽气机理


 

1图中A表示在低压下,当阴极和阳极间加上高压时,引起场致发射。


 

2)图中B表示在电、磁场作用下电子作螺旋运动。


 

3)图中C表示电子与气体分子碰撞产生正离子和二次电子,引起雪崩效应。


 

4)图中D表示正离子轰击钛阴极,溅散出钛原子落在阳极筒上,形成新鲜钛膜,也有的落在阴板外围区(β区)。


 


 

5)图中E表示活性气体与新鲜钛膜反应形成化合物,化学吸附在阳极筒内壁。


 

隋性气体被电离,离子在电场作用下轰击阴极过程中被排出。其排除方式为:(1)离子直接打入阴极表面内或β区(如图中a);斜射的离子切入阴极表面,离子和钛一起被掀掉,埋莽在β区(图中b);(2)离子没打入阴极内,从阴极得一电子恢复为中性原子或分子,反射到阳极内表面被埋掉(图中c),这荷能中性粒子反射


 

6)图中F表示对于氢,由于其质量小,氢离子轰击钛板的溅射产额甚低,氢离子H2+,或H+打到钛板上与电子复合变成H原子,然后扩散入钛的晶格内,形成TiH固溶体而被排出。常温下这种固溶体中H2的浓度为0.05%,当温度高于250以上时,便又开始分解放出氢。钛大量吸氢后。由于放热反应钛板温度上升,达到250以后,除重新释放氢之外并导致钛板晶格膨胀造成龟裂。通常需加大钛板的散热能力来改善溅射离子泵对氢的排除能力。要提高对氢的抽速,需保持钛板表面清洁,选用晶格常数较大的β-Ti或钛合金作为阴极板,或引入与氢可比拟的氩含量。因氩的溅散产额高,可提高对氢的抽速。


 

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