3511
.pdfГеттерная откачка происходит при осаждении титана на стенки, охлаждаемые водой; титан сублимируется на поверхность из резистивно нагреваемых шпилек, обладающих высокой скоростью сублимации, и создает основной откачивающий эффект активных газов. Скоростью можно управлять, меняя ток шпильки и длительность цикла.
Ионная откачка создается 5 элементами по 25 л/сек, т. е. общей производительностью 125 л/сек. Это элементы диодного типа; ими оснащены все ионные насосы фирмы «Рибер». Работают они непрерывно и обеспечивают основную откачку системы. Для специфического применения — откачки при высоком давлении, откачки инертных газов при больших концентрациях, откачки водорода и т. д. — насос может быть укомплектован специальными откачными элементами.
Рис. 16. Скорость откачки азота
31
2.1.8. Вакуумные системы
Высоковакуумные системы изготавливаются из различных подсистем, в которых обычно собраны компоненты основного оборудования независимо от его применения. Однако, существует много вариаций, зависящих от конкретной камеры, в которой будет собрана система, а также от требуемых размеров и емкости.
В качестве примера ниже приводится спецификация установки «Рибер UNI5», несколько сотен которых постоянно используются во многих лабораториях пяти континентов. Ее конструкция с отсекающим клапаном над сублиматором предназначена для высокоскоростной откачки. Время, необходимое для достижения давления 10-6 или 10-7 торр, короче, чем в системах с таким же по размерам колпаком, откачиваемым диффузионными насосами. В то же время, она позволяет использовать ионную откачку для создания сверхвысокого вакуума.
Присоединенная к соответствующей системе предварительной откачки, она успешно может совершить несколько циклов откачки в 1 час.
UNI-5P может быть выполнена в различных модифика-
циях:
а) с разными фланцами для ионного насоса, который может быть смонтирован вертикально или горизонтально.
б) в прогреваемом варианте с металлическим колпаком, допускающим прогрев до 400° С.
32
Рис. 17. UNI-5p с отсекаемым ионным насосом, смонтированным горизонтально
Спецификации:
–стеклянный или металлический колпак диаметром 30
см (12”);
–основной фланец комбинированного типа, с которым можно использовать витоновые или медные прокладки;
–десять фланцев диаметром 38 мм (1 1/2” I D.,2 3/4” O.D.), расположенные ниже основного фланца, для установки вспомогательных устройств;
–отсекающий клапан, имеющий проходное отверстие диаметром 150 мм, с пропускной способностью 2 000 л/сек. Система может быть оснащена отсекающим клапаном диаметром 200 мм. Этот отсекающий клапан полностью изолирует систему вторичной откачки (высоковакуумную), которая всегда находится под вакуумом;
–составной 200 л/сек ионный насос со стандартными или специальными элементами для инертных газов;
33
–титановый сублиматор с 4 шпильками и большой поверхностью осаждения имеет скорость откачки выше 5 000 л/сек;
–медная криопанель, охлаждаемая жидким азотом и сохраняющая низкую температуру достаточно длительное время, имеет достаточно большую поверхность, на которую наносится титан при сублимации;
–Т-образный вентиль, связывающий систему с атмосферой манометрами атмосферного давления и термопарным; Некоторые комплектующие устройства форвакуумной
откачки:
–только сорбционные насосы;
–сорбционный насос и безмасляный механический
насос;
–механический насос с ловушкой-молекулярным си-
том.
Электронное управление включает:
–один блок питания ионного насоса, позволяющий измерять давление при работе насоса;
–один блок питания титанового сублиматора с регулятором временного цикла;
–один вакуумметр для измерения форвакуума с помощью термопарной манометрической лампы.
Для промышленных целей предлагаются системы больших размеров (модель UNI-7).
34
Рис. 18. Установка для анализа поверхностей LAS 600
Рис. 19. Понижение давления в вакуумной системе. UNI7: А – кривая пониженного давления без отжига;
В – кривая пониженного давления до предельного вакуума после 18 часов отжига (250)
35
На следующих рисунках (20, 21, 22) показаны некоторые компоненты, необходимые в технике сверхвысокого вакуума.
Они все отжигаются перед установкой, в результате чего достигается чрезвычайно низкая скорость газовыделения.
Рис. 20. Используемые компоненты
Рис. 21. Используемые компоненты
36
Рис. 22. Используемые компоненты
Данные компоненты изготавливаются в соответствии с высокими требованиями к качеству и точности исполнения.
Вопросы
1.Что означает динамическое равновесие между количеством молекул, поступающих в насос и возвращающихся в систему.
2.От чего зависит предельное давление.
3.Форвакуумный насос, пример и описание конструк-
ции.
4.Для чего нужны молекулярные ловушки, пример.
5.Чем ограничивается откачивающая способность молекулярного сита.
37
6.Сорбционные насосы, описание конструкции и основные требования к ним.
7.Масляные диффузионные насосы, описание конструкции и основные недостатки.
8.Геттеро-ионные насосы, описание работы и основные физические принципы.
9.Ионный насос диодного типа, принцип действия и описание конструкции откачного элемента.
10.Особенности откачки водорода.
11.Титановая сублимация.
12.Принцип действия насоса PEG-1000S.
13.Вакуумные системы, описание конструкции.
2.2.ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Измерение вакуума так же важно, как и получение его, и этому аспекту технологии в последние годы уделяется все возрастающее внимание. Мы попытаемся дать общий обзор состояния этой области, не вдаваясь в детали отдельных приборов.
2.2.1. Термопарный манометр
Работа этого прибора основана на явлении теплопроводности газов и изменении ее с изменением давления газа.
Общая точка термопары нагревается с помощью электронагревателя. Лампа, в которой смонтированы термопара с нагревателем, присоединяется к вакуумной системе.
Температура термоперехода зависит от скорости, с которой тепло уносится бомбардирующими молекулами газа. Эта скорость зависит от изменения давления газа.
38
Рис. 23. Схематермопарной манометрической лампы: 1 – нить накала; 2 – термопара
Давление может быть прокалибровано в значениях температуры термоперехода, так как э.д.с. термопары зависит от этой температуры. Следовательно, основой является калибровка зависимости давление-напряжение.
Термопарные манометры используются для измерения давления в диапазоне от 10-1 до 10-3торр. Выше и ниже этих пределов данные крайне приблизительны. Более того, термопарная лампа, которая дает точные значения в одной части шкалы, может быть неточна в другой части. Однако, из-за своей простоты, дешевизны и прочности она повсеместно используется в комплекте с форвакуумными насосами.
2.2.2.Лампа Байярда-Альперта
Впоследние годы лампа Байярда-Альперта стала основным типом ионизационной лампы для измерения давлений
вобласти высокого и сверхвысокого вакуума. Типичная конструкция показана на рис. 24.
39
Электроны излучаются катодом, как правило, вольфрамовым. Они ускоряются сеткой с высокой про-зрачностью (анод), которая поддерживается под положительным относительно катода потенциалом 100-200 в. При столкновении электронов с молекулами газа образуются ионы, которые собираются на коллекторе. Ток, создаваемый приходящими на коллектор ионами, измеряется во внешней цепи. Он пропорционален давлению.
Рис. 24. Манометр Байярда-Альперта:
1 – блок питания сетки +150В; 2 – к вакуумной системе; 3 – спираль; 4 – коллектор; 5 – катод;
6 – показывающий прибор; 7 – блок питания анода 25В; 8 – переменный ток; 9 – индуктивная связь
Лампа Альперта используется для измерения давления от 10-4торр до 10-9торр и ниже. Ее точность понижается при давлениях ниже 10-9торр из-за рентгеновского эффекта. Этот эффект заключается в том, что при бомбардировке сетки электронами возникает рентгеновское излучение, распространяющееся по всем направлениям. Это излучение вызывает
40