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采用新的溅射离子泵来获得极高真空采用新的溅射离子泵来获得极高真空 姜燮昌译自 Journal of the Vacuum Society of Japan Vol.37,9(1994) 于2000年3月20日 为了获得一个较低的极限真空,我们已经研究开发了一种溅射离子泵(SIP)。这个SIP在经过250 ℃烘烤48 H以后,其试验容器的压力降到6.8×0-10 Pa.。这个泵在1.6~1.9×10-9 Pa下接通电源后在1.4~1.8 Min内就能开始放电以及在1~4×10-8 Pa下大约是10 S.这个泵能够获得极高真空XHV并且放电激发容...
采用新的溅射离子泵来获得极高真空 姜燮昌译自 Journal of the Vacuum Society of Japan Vol.37,9(1994) 于2000年3月20日 为了获得一个较低的极限真空,我们已经研究开发了一种溅射离子泵(SIP)。这个SIP在经过250 ℃烘烤48 H以后,其试验容器的压力降到6.8×0-10 Pa.。这个泵在1.6~1.9×10-9 Pa下接通电源后在1.4~1.8 Min内就能开始放电以及在1~4×10-8 Pa下大约是10 S.这个泵能够获得极高真空XHV并且放电激发容易,
明它在非常低的压力下仍然能稳定地持续潘宁放电。 1.引言 随着极高真空技术的发展,目前已经发表了许多关于用钛吸气泵或低温泵来抽到极高真空领域的研究文章。然而溅射离子泵(SIP)虽然能够很好地用在高/超高真空领域,但是它不能达到极高真空状态。这SIP抽气机理是潘宁放电而且剩余气体作为一个放电源亦是必要的。在低压范围(例如极高真空)维持稳定放电是很困难的。因此未用SIP来抽到极高真空,这里最重要的就是要维持稳定和强烈的潘宁放电。 我们开发的SIP能够抽到极高线 Pa量程,并维持稳定的放电。对于XHVSIP 人们所关心的是测量抽速、离子流与压力的关系、极限压力与施加电压的关系以及放电启动特性。 本文主要论述泵的抽降特性以及我们实验的新的SIP上述所提到的特性。 2. 实验装置 其抽速测量的实验装置如图1所示。这是按照ISO/DIS-3356-1.2准备了试验容器(顶部和底部容器),小孔在顶部容器上的可变漏阀以及在二个容器上的电离计。用装在SIP上的实验容器通过流量法来测得泵的抽速。 图1. 实验装置示意图 图2. 溅射离子泵和电源照片 泵的抽降曲线是用上述装在SIP顶部容器上的真空计测得的。顶部容器和泵容器的表面面积分别是0.14 M2和0.44 M2(阳极格子的表面面积是没有包括)压力测量用Leybold公司的分离规.图2表示实验泵和电源。这个泵的入口法兰是6 Inch的Conflat UFC203(ULVAC)法兰。表1表示泵的表面处理和实验容器。 表1.表面处理和放气速率 表面处理 放气速率 电化学抛光 ~10-11(Pam3s-1m-2) 在高线 抽降曲线表示通过下列过程所得到的抽降曲线)SIP和试验容器是用TMP(涡沦分子泵)抽空在250 C 下进行烘烤。 2)从烘烤开始24 H以后在TMP工作情况下启动SIP,施加电压为7.5 KV。 3)在启动SIP运行18 H以后,这TMP隔离阀关闭。 4)烘烤48 H。 在26 H
器压力降到10-10 Pa以及在烘烤结束后62 H达到6.810-10 Pa的极限压力。 图3. 压力随时间而变化(烘烤:250 C48 H) 3.2 抽速 图4. 溅射离子泵对N2的抽速 图4表示当压力变化时对N2的抽速。加到SIP上的电压是7.5 KV。在图中的空心圆圈是考虑到在低压量程内由于放气的影响从实心圆圈修正而得到的。由于来自试验容器和SIP的放气与引入气体之比,在较高的压力下是减少了,所以在这个范围实心圆圈与空心圆圈是相重合的。在普通的离子泵中,泵的抽速在10-4 Pa到10-5 Pa左右有一个峰值。同时在10-7 Pa或低于10-7 Pa抽速迅速下降。在本文中我们所测试的泵如图4所示从高线 Pa量程仍然保持恒定的抽速。抽速是根据下列公式计算而得: S=C(P1/P2-1) S:抽速 C:小孔通导 P1:顶部容器压力 P2:底部容器压力 从下列公式计算出校正以后的抽速 S=C[(P1-P10)/(P2-P20)-1] P10:顶部容器的本底压力 P20:底部容器的本底压力 3.3 离子流与压力的关系 图5表示泵电流对应于压力的关系,其施加电压是7.5 KV。图中虚线 Pa量程,这个电流是从虚线向上偏移。其测得电流包含二者即漏电流(例如通过绝缘子表面的电流)和离子流。由于漏电流在10-8 Pa或高于10-8 Pa与离子流相比是比较小的,这个泵电流是几何等同于离子流,因此在压力高于10-8 Pa时离子流是在直线. 泵电流与压力的关系 3.4 极限压力与施加电压的关系 图6表示在施加电压变化时其极限压力的特性。一条曲线 KV,另一条曲线 KV。这个图表明其极限压力的变化与施加电压相反,但是在7.5 KV左右,压力曲线. 极限压力与施加电压的关系 3.5 时间延迟 众所周知,在超高真空领域SIP要维持放电是很困难的,也就是在超高真空范围很可能发生放电停止和需要很长时间才能启动防电或放电启动不了的情况。为了解决这些问题采用-射线发射器。这里所试验的SIP即使在10-10 Pa量程还能稳定放电,而普通的SIP放电还是有些困难的。 这里研究了SIP的放电特性。假设这个SIP的电源被切断然后马上接通。当放电停止时系统的压力将会增加。假如压力变得足够高以启动放电,压力增加变慢并随后下降。我们把接通电源的瞬间到当压力增加变慢的时间间隔定义为时间延迟。图7表示用施加电压作为参考,时间延迟对应放电压力的关系,时间延迟少于10 S。图8表示在10-9 Pa启动压力下时间延迟的一个例子。在10-10 Pa量程切断电源然后马上接通,在电源接通2 Min以后大约在1.6~1.9×10-9 Pa时放电启动。 我们所研制的新泵比普通泵具有更加好的放电启动特性 图7. 时间延迟与启动压力的关系 图8.. 溅射离子泵时间延迟测量值 4. 总结 这个试验的SIP能抽到6.8×10-10 Pa的极高线 Pa保持高的抽速。在UHV量程所观察到的强烈的放电电流和短的时间延迟表明与传统的SIP相比,这个SIP的性能得到了改进。在我们这个泵的情况下,这极限压力与施加电压的变化是相反的,但是在7.5 KV左右与电压关系不大。
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