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溅射离子泵的基本结构和工作原理

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-04-17 0:57:00 * 浏览: 7
基本结构和工作原理(1)偶极溅射离子泵z的结构*简单的偶极溅射离子泵由薄壁不锈钢圆柱阳极制成,厚度为0.1 mm至0.3 mm,直径为12 mm到40毫米(也可用的六边形格子,正方形格子)和两个相对的钛阴极(厚度1mm〜3mm)在阳极的两端(如图5-17所示)。在阳极和钛阴极之间施加3 kV至7 kV的电压。阳极圆柱的轴向加有6.4倍,10-4A / m〜2.4倍,105A / m的磁场。由于磁场强度的限制,两个阴极之间的距离不超过60毫米(通常为30毫米至60毫米)。为了确保一定的流导,阳极和阴极之间的气隙通常为4mm至8mm。该溅射离子泵的抽速范围为0.2L / s〜3L / s(与阳极的结构,电压,磁场等有关)。许多阳极气缸并联连接以形成各种溅射钛泵,抽速为10L / s至3000L / s。图5-18是由8个排气组件和28个排气组件组成的溅射离子泵,抽速为3000L /S。(2)偶极溅射离子泵中的潘宁放电图示了偶极溅射离子泵中的潘宁放电示意图在图5-19中。空间中的自由电子在电场的作用下具有轴向速度分量Vz和横向速度分量Vx。由于Vx垂直于磁场,因此存在eVxtimes力,B使电子在横截面上滚动。轧制线的尺寸是电子速度和磁场强度的函数。电子速度越大(即电压越高),辊轧制线的圆周越大。当达到一定水平时,电子将落在阳极上。磁场越强,导线的绕圈越小。因此,当阳极电压高时,需要添加强磁场以防止电子直接滚动到阳极上。轴向电场使电子沿轴向移动。当电子移向阳极的中心线时,速度变得越来越大。越过阳极的中心水平线后,它们就会受到排斥力的作用而减速。当接近阴极时,Vz为零,并且反向电场通过轴向电场再次加速。通过中心水平线后,它将再次减速。一旦阴极板在阴极板的前面,Vz就会变为零并反转,重复上述动作。这样,电子经过很长的距离(在10-8Pa时约为1Mm)后落在阳极上。许多电子受到磁场的约束,并以滚丝的形式靠近阳极圆柱体旋转,从而形成一层旋转的电子云。旋转电子云的旋转频率约为100MHz,存储的电荷密度可以达到1010 / cm3的数量级。气体分子与旋转的电子碰撞并被离子化。在电场的作用下,离子飞向并轰击阴极钛板,产生两种效应:溅射钛和撞击二次电子。溅射的钛原子被溅射并沉积在阳极和阴极板的内壁上,形成新的钛膜,以维持泵的泵送能力。离子的溅射系数(可通过离子轰击钛板溅射的钛原子数)随入射离子的能量,质量和入射角而变化。大能量大质量的离子溅射率也大,斜射比正面轰击更好。为了确保阳极筒上的钛膜的吸杂能力,必须确保足够的溅射速率,即,需要足够的电压以确保离子获得足够的轰击能量。离子轰击钛板,钛板会产生二次电子。二次电子通过电磁场进入旋转的电子云,以补充丢失的电子。每个气体分子在被电离时都会发射至少一个电子。这些电子还受到电磁场的约束,并进入旋转的电子云。当它使气体分子离子化时,它会产生新的电子。这种电子称为重二次电子。充满的二次电子和由阴极的离子轰击产生的二次电子都补偿了由于在阳极上运行而损失的旋转电子,从而可以连续维持彭宁放电。 (3)偶极溅射离子泵对各种气体的泵送机构。溅射离子泵对N 2,O 2,CO和CO 2等气体的消除主要取决于由于离子溅射化学吸附作用而沉积在阳极筒内壁上的钛膜。 CO的吸附非常快*,对于N2,由于存在旋转的电子云,因此N2的一部分被电离或激发为亚稳态,从而提高了其抽运速度。 N2 +轰击钛板以产生附着在阴极表面或溅射到阳极内表面的稳定TiN。对H2的萃取以及分散,吸收和溶解具有化学吸附作用。除去纯氢气后,有时抽速会迅速下降,这主要是由于氢气的质量小。轰击钛板后,钛的溅射速率太低,并且阳极内表面上的钛膜很快被H2饱和。无法获得足够的钛沉积物来补充,因此抽速下降。此时,可以放入少量的氩气,并且可以使用大的氩气质量和高溅射速率的特性来维持泵送H2所需的新鲜钛膜。另外,阳极板可以在20℃〜400℃的范围内溶解H2,少量的Hz可以扩散并溶解在钛板上,形成固溶体并被除去。当氢离子轰击钛板时,它经常在重组过程中分解成氢原子,并且更容易在钛板上扩散和溶解。因为这是放热反应,并且TiH的量很大,所以容易引起钛板的开裂和翘曲(为氢提取而设计的溅射泵,阴极板的散热是重要的问题)。该TiH固溶体不稳定。由于温度升高和离子轰击,它将释放氢。这是影响泵极限真空的主要因素。惰性气体如He,Ar,Ne,Kr和Xe的消除主要取决于离子的“埋藏”和埋葬。当离子化的惰性气体离子轰击阴极时,有以下三种情况:①离子直接进入阴极,或撞击阴极边缘对面的阴极板上的钛沉积层,如图5-20所示,②斜射线切入阴极表面,将离子和钛一起提起并沉积在阴极板或其他地方,如图5-20中的b点所示,它是中性原子,然后被反射到阴极中阳极内表面上的钛膜。这称为“ ldquo”,并且能量原子被反射,如图5-20中的c点所示。示踪原子的实验证明,在偶极溅射离子泵中,大部分(高达70%)的惰性气体埋在靠近阴极边缘的环形部分中。双极溅射离子泵的结构,加工工艺和电源比较简单,易于制造。但是,启动压力低,性能不够稳定(氩气的不稳定性),特别是惰性气体的抽气速度小,Ar的抽气速度仅为N2的1%左右。不应在排除大量惰性气体的真空系统中使用。