3511

Геттерная 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