濺射離子泵的結(jié)構(gòu)及其抽氣機(jī)理

2022/03/21

濺射離子泵又稱潘寧泵，它是靠潘寧放電維持抽氣的一種無(wú)油清潔超高真空泵。是目前抽惰性氣體較好的真空獲得設(shè)備。

一、濺射離子泵的結(jié)構(gòu)

　　濺射離子泵主要由陽(yáng)極、陰極、磁場(chǎng)和電源四大部分組成。根據(jù)陰極、陽(yáng)極和電位的不同，可以有好幾種不同結(jié)構(gòu)，這里僅介紹最簡(jiǎn)單的二極型濺射離子泵。

　如圖1所示，陽(yáng)極由多個(gè)不銹鋼圓筒(或四方格、六方格)組成，放于兩塊由鈦板組成的陰極之間，磁場(chǎng)方向與陰極板垂直，當(dāng)陽(yáng)極加上適當(dāng)高壓(對(duì)陰極為正電位)時(shí)，在陽(yáng)極小室內(nèi)產(chǎn)生放電，這種放電在壓強(qiáng)低于1Pa時(shí)發(fā)生，放電可維持到很低的壓強(qiáng)。

二、濺射離子泵的抽氣機(jī)理

　　如圖2所示，在每個(gè)陽(yáng)極筒內(nèi)發(fā)生的物理過(guò)程，可分解成六個(gè)步驟展開(kāi)說(shuō)明。

　1、圖中A表示在低壓下，當(dāng)陰極和陽(yáng)極間加上高壓時(shí)，引起場(chǎng)致發(fā)射。

　　2、圖中B表示在電、磁場(chǎng)作用下電子作螺旋運(yùn)動(dòng)。

　　3、圖中C表示電子與氣體分子碰撞產(chǎn)生正離子和二次電子，引起雪崩效應(yīng)。

　　4、圖中D表示正離子轟擊鈦陰極，濺散出鈦原子落在陽(yáng)極筒上，形成新鮮鈦膜，也有的落在陰板外圍區(qū)(β區(qū))。

　　5、圖中E表示活性氣體與新鮮鈦膜反應(yīng)形成化合物，化學(xué)吸附在陽(yáng)極筒內(nèi)壁。隋性氣體被電離，離子在電場(chǎng)作用下轟擊陰極過(guò)程中被排出。其排除方式為：(1)離子直接打入陰極表面內(nèi)或β區(qū)(如圖中a);斜射的離子切入陰極表面，離子和鈦一起被掀掉，埋葬在β區(qū)(圖中b);(2)離子沒(méi)打入陰極內(nèi)，從陰極得一電子恢復(fù)為中性原子或分子，反射到陽(yáng)極內(nèi)表面被埋掉(圖中c)，這叫“荷能中性粒子反射”。

　　6、圖中F表示對(duì)于氫，由于其質(zhì)量小，氫離子轟擊鈦板的濺射產(chǎn)額甚低，氫離子 H2+ 或 H+ 打到鈦板上與電子復(fù)合變成H原子，然后擴(kuò)散入鈦的晶格內(nèi)，形成TiH固溶體而被排出。

　　常溫下這種固溶體中H2的濃度為0.05%，當(dāng)溫度高于250oC以上時(shí)，便又開(kāi)始分解放出氫。鈦大量吸氫后。由于放熱反應(yīng)鈦板溫度上升，達(dá)到250oC以后，除重新釋放氫之外并導(dǎo)致鈦板晶格膨脹造成龜裂。

　　通常需加大鈦板的散熱能力來(lái)改善濺射離子泵對(duì)氫的排除能力。要提高對(duì)氫的抽速，需保持鈦板表面清潔，選用晶格常數(shù)較大的β-Ti或鈦合金作為陰極板，或引入與氫可比擬的氬含量。因氬的濺散產(chǎn)額高，可提高對(duì)氫的抽速。