正宇真空設(shè)備
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陽極筒內(nèi)的氣體分子與旋轉(zhuǎn)的電子碰撞后電離成的離子,在電場力的作用下轟擊陰極板,濺射出的鈦原子沉積在陽極筒內(nèi)壁和陰極 板上,形成新鮮的抽氣鈦朋,如圖231所示,氣體區(qū)∠ 離子轟擊鈦板的同時,被覆射在陽極筒上新鮮鈦膜吸
附和掩埋在層內(nèi) 射離子泵的抽氣機理與被抽氣體的性質(zhì)有關(guān) 抽除活性氣體要比抽除惰性氣體容易得多。一般被抽m區(qū) 氣體大多是混合氣體,對這種不同成分的混合氣體抽 氣完全不同于抽除單一氣體,此外,已經(jīng)被濺射離子 圖 極濺射 泵吸附掩理的氣體還會再解吸出來,后來的離子轟擊 離子泵抽氣機理 更加重了這種被抽氣體的再解吸。因此濺射離子泵的 抽氣機理非常復雜。下面就測射離子泵對幾種常見氣體的抽氣機理進行討論
(1)對活性氣體的抽氣機理 化學活性氣體如氮、氧、一氧化碳、二氧化碳等,主要靠不斷沉積的新鮮釷膜 的化學吸附反應,生成穩(wěn)定的鈦的化合物被排除。對氮,除了鈦膜的化學吸附之 外,因旋轉(zhuǎn)的電子云存在,使部分氮電離或激發(fā)成為亞穩(wěn)態(tài),從而增加了對氮的抽 速。氮離子轟擊鈦板產(chǎn)生穩(wěn)定的氮化鈦附在鈦板表面,如果沒有被其他離子轟擊 隨后會向鈦板內(nèi)部擴散。若被后來的離子轟擊,就會被濺射到陽極筒內(nèi)壁上。氮化 鈦相當穩(wěn)定,它的熱分解溫度高達3000℃。氧的抽除與氮相類似,差別在于氧化 鈦的分解溫度較低,只有1500℃,氧離子的利用率也比氮離子低,對應于外電路 中的一個電子就有一個氮原子被抽走,而對于氧離子則需要對應于外電路兩個電子才能抽走一個氧離子 對氫的抽除,既有化學吸附,也有擴散、吸收、溶解作用。當氫分壓高于 10-4Pa時,打入鈦陰極板的氫離子向鈦板內(nèi)擴散形成固溶體,尤其是氫離子轟擊 鈦時,有一些會從陰極上取得電子復合為氫原子,這種中性氫原子更容易擴散溶解 于鈦材內(nèi)形成TiH2,這種化學反應是放熱反應,TiH2的體積又大于鈦,所以抽 除大量的氫時,會引起陰極鈦板的龜裂和翹變,因此要加強陰極的散熱條件。 抽除純氫時,有時會出現(xiàn)抽速迅速降低現(xiàn)象,這主要是因為氫的質(zhì)量小,濺射 的鈦原子太少,新鮮鈦膜很快被氫飽和,而又得不到足夠的沉積鈦膜補充,因而抽 速降低。此時,可以充入少量的氬,利用氬濺射率高的特點來維持抽氫時所需新鮮
對水蒸氣不是直接被排除,而是水蒸氣分子首先被鈦還原成為氧和氫,再接上 述的抽氣機理被排除,由于水分子的解離而會使泵內(nèi)的分子數(shù)增加,會使泵在啟動 時發(fā)生困難,例如泵長期暴露在潮濕大氣時,泵內(nèi)吸附大量水氣時便會產(chǎn)生這種
現(xiàn)象 碳氫化合物的排除,除吸收電子復合成為中性分子靠凝結(jié)抽除外,離子的抽氣 有兩種機理:分子量小的分子(CH4、NH3等),生成氫化物、氮化物、碳化物 分子量大的分子(油蒸氣分子),被離子轟擊碳化,以固化物的形式覆蓋在陰極表 面,這種固化物既妨礙鈦的濺射,又會使維持放電困難。油蒸氣主要來源是采用油 封機械泵作為預抽泵,最好采用無油機械泵。用油封機械泵時應加上擋油阱,減少 油蒸氣對泵的污染。一旦泵被油蒸氣污染,只好采用邊通人空氣或氧氣邊運轉(zhuǎn),或 讓泵在大氣壓下經(jīng)400℃高溫烘烤清除油蒸氣的固化物 室溫下,泵內(nèi)存有飽和汞蒸氣壓(≈10-1Pa)時,二極濺射離子泵不能正 常工作。汞蒸氣壓低于10-3Pa,泵才能運行,汞原子與鈦不會發(fā)生直接反應 所以汞原子的抽除只能依靠濺射鈦的掩埋作用,其抽速遠遠低于對活性氣體的
抽速
(2)對惰性氣體的抽氣機理
對惰性氣體(Ar、He、Ne、Kr、Xe等)的抽除機理,主要是靠離子掩埋,惰性氣體離子轟擊鈦陰極板時,有下列三種情況(見圖2-31)。
①氣體離子直接打入陰極內(nèi)和陽極筒內(nèi)沉積的鈦膜層內(nèi),如圖231中a點
②斜射的離子切入陰極表層,離子和鈦一起被濺射掩埋在陰極邊緣B區(qū)和陽極筒內(nèi),如圖2-31中b點;
③離子在空間或陰極板上獲得電子而復合成為中性原子(或分子),然后在濺 射區(qū)反射到陽極極筒內(nèi)被后來濺射的鈦層掩埋掉,如圖2-31中c點。 用示蹤原子實驗證明,二極濺射離子泵抽除的惰性氣體,大部分(70%以上) 掩埋在陰極板邊緣環(huán)形部分,如圖231的B區(qū) 氨原子的直徑大于氮原子的直徑,
極濺射離子泵對氬的抽速比氮小 離子難以入射到陰極深層中去,所以,二極濺射離子泵對氬的抽速比氦小