鈦泵的工作原理

       真空的實(shí)質(zhì)就是具有較低氣體分子濃度的空間。因此, 只要降低空間的氣體分子濃度就能獲得真空, 而不必有實(shí)際上的排氣過(guò)程。鈦泵正是基于此原理制造的。通過(guò)加熱、電離等方法使鈦原子與空間氣體分子發(fā)生一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng), 使氣體分子伴隨鈦原子一起沉積下來(lái), 從而達(dá)到降低空間氣體分子濃度的目的。這就是鈦泵的基本工作原理。這與壓縮泵的原理( 即將氣體從一方壓縮到另一方來(lái)獲得真空) 有所不同。

濺射離子泵

濺射離子泵的原理

         早在本世紀(jì)初, 就有人在抽真空的電子管中蒸發(fā)一些化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)的金屬, 使其與管內(nèi)未能抽凈的氣體發(fā)生反應(yīng), 從而降低空間的氣體分子濃度。這種金屬以及起著相同作用的材料就叫做吸氣劑, 這種方法叫做化學(xué)清除。實(shí)驗(yàn)證明, 用鈦持續(xù)蒸發(fā)到一個(gè)冷卻的壁上, 可以形成具有相當(dāng)抽氣速率的泵, 形成簡(jiǎn)單的升華泵。

         俘獲氣體分子還可以使用電離吸附的方法。利用高速電子轟擊氣體分子可以得到正離子, 正離子在電場(chǎng)作用下被驅(qū)逐到負(fù)電極上, 中和后由于分子間的范德瓦爾斯力被金屬吸附而不再離開電極。這樣降低了空間氣體分子濃度, 達(dá)到了獲得真空的目的。這種現(xiàn)象稱為電清除, 利用電清除達(dá)到除氣目的的泵稱為離子泵。離子泵對(duì)吸附的氣體沒有選擇性。

        離子泵和升華泵都能獲得很高的真空度, 但是單獨(dú)使用它們來(lái)獲得更高的真空就有很大的困難。這與它們的工作機(jī)理有很大的關(guān)系。依靠物理吸附的離子泵俘獲氣體分子的能力有限; 升華泵產(chǎn)生的化學(xué)鍵能雖然大, 但很容易在其表面形成飽和, 影響其進(jìn)一步吸收氣體, 而且升華泵對(duì)惰性氣體吸附效果不好。因此將兩種泵合二為一, 就能得到吸氣效果更好的濺射離子泵。

濺射離子泵的組成

      濺射離子泵主要由陽(yáng)極、陰極、永磁鐵和泵體四大部分組成。

       陽(yáng)極是由多個(gè)不銹鋼圓筒排列組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu), 陰極是兩塊平行的鈦合金板, 將陽(yáng)極夾在中間, 三者相互間保持一定距離并通過(guò)高壓絕緣陶瓷連接。陽(yáng)極施加3~7 kV 直流高壓, 陰極接地。陰陽(yáng)極板被泵體密封在內(nèi)部, 在泵體外部吸附相對(duì)放置的兩塊永磁鐵, 磁場(chǎng)方向與極板垂直, 磁感應(yīng)強(qiáng)度1000~2000 Gs。泵體結(jié)構(gòu)如圖1。

濺射離子泵的工作過(guò)程

       濺射離子泵又稱潘寧泵, 顧名思義, 它是利用潘寧放電進(jìn)行除氣的。濺射離子泵是目前比較好的抽真空設(shè)備。

      濺射離子泵的工作過(guò)程比較復(fù)雜, 可簡(jiǎn)單的概括如下:

       首先, 電源啟動(dòng), 在陰陽(yáng)極板間產(chǎn)生高壓。由于級(jí)間距離很近, 根據(jù)E=U/d 可知, 電場(chǎng)強(qiáng)度E數(shù)值非常大, 尤其在陽(yáng)極筒壁邊緣處。在強(qiáng)大的電場(chǎng)和與之平行的磁場(chǎng)作用下, 電子以螺旋線方式高速運(yùn)動(dòng), 由于電子運(yùn)動(dòng)行程的增加, 大大提高了與氣體分子碰撞的幾率。電子在空間與氣體分子碰撞產(chǎn)生正離子和二次電子, 產(chǎn)生的電子繼續(xù)與氣體分子碰撞產(chǎn)生新的正離子和電子。此種放電稱為潘寧放電, 潘寧放電能在很低的壓強(qiáng)下進(jìn)行。

        氣體分子被電離后形成的正離子加速向陰極板運(yùn)動(dòng), 由于能量很大, 沖擊陰極時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的濺射, 大量的鈦原子被轟擊出來(lái), 沉積在陽(yáng)極筒壁上和陰極板上遭受離子轟擊較弱的區(qū)域, 形成新鮮的鈦膜吸附活性氣體, 而惰性氣體在陰極濺射不強(qiáng)烈的區(qū)域被掩埋。