CN108109898B - 一种选择性抽气的溅射离子泵 - Google Patents

Abstract

本发明是选择性抽气的溅射离子泵，包括离子源、磁控偏转控制器、捕集阱、电源；其中离子源、磁控偏转控制器、捕集阱串联构成通路；电源为系统供电，提供离子源高压和加速电场，并连通捕集阱使捕集阱接地。优点：可在线实时选择性地抽除指定气体，降低真空环境中该气体的含量；工作压强宽；操作简单，通过电源调节离子源加速电场强度即可控制去除气体的种类；清洁无污染，通过钛(铌)捕集阱溅射抽气，无油，高度清洁；无噪音无振动；相对于传统方法，受其他气体的干扰比较小。主要通过电磁场对不同荷质比的带电气体离子进行筛选抽除，可用于要求控制气体成分，需抽除指定(杂质)气体的场合，如开关管等。

Description

一种选择性抽气的溅射离子泵

技术领域

本发明涉及的是一种选择性抽气的溅射离子泵，属于真空获得领域。

背景技术

溅射离子泵属于真空获得领域。是一种为获得高真空、超高真空普遍采用的抽气设备。特点是清洁无油，极限真空高，运行过程中无机械振动。其原理是利用高压电场将气体分子电离，带正电的气体离子在电场和磁场的作用下螺旋加速运动撞击在带钛(铌)板上发生溅射并被吸收。主要用于特种器件、镀膜设备、分析测试设备、排气台等。

由于科学实验或工业生产的需要，有时会要求在密闭真空腔体内形成特定气体成分。通常的做法是，将设备腔体抽至高真空，然后充入预定的(混合)气体，然后使设备工作。但是设备运行过程中，经常受到腔体内器件放气，或是受到工艺条件的影响，在一定时间后需要调整气体成分，去除某种不必要的气体，或者去除某种设备工作过程中产生的杂气。

目前去除真空环境中的指定气体难度较大，主要的工艺方法有化学吸收法和冷凝法。

化学吸收法主要通过化学反应针对需排除的气体进行循环，利用待吸收气体的氧化性、还原性、极性、特殊反应等特性，采用对应的化学材料和工艺进行吸收或吸附。如采用Cu粉在加热状态下吸收惰性气体中的氧气等。其局限性在于只能吸收化学性质比较活泼的气体，且必须与本底气体的化学性质差异足够大；吸收的气体种类有限，有时需要复杂的催化和反应系统。

冷凝法是利用不同气体的凝固点不同，针对杂质气体的冷凝温度设计冷阱以排除杂质气体。优点是清洁，缺点是成本较高，速度较慢，对于凝固点特别低或者与本底气体凝固点接近的杂质气体则难以去除。

发明内容

本发明提出的是一种选择抽气的溅射离子泵。它的离子源通过高压电场将腔体内气体电离，带正电荷的气体离子在电场作用下加速进入磁控偏转控制器的磁场，磁控偏转控制器的磁场使带电离子的运行轨迹发生偏转，带电离子根据荷质比的不同被筛分至不同的轨道，被选择的气体离子进入预定的捕集阱，发生溅射并被吸收。捕集阱为圆筒状或矩形筒状，材料主要成分为钛或铌。

本发明的技术解决方案：一种选择性抽气的溅射离子泵，其结构包括离子源1、磁控偏转控制器2、捕集阱3、电源4；离子源、磁控偏转控制器、捕集阱依次串联构成通路，电源为系统供电，提供离子源高压和聚焦、加速电场并为捕集阱提供接地。

本发明的优点：

1）可在线实时选择性地抽除指定气体，降低真空环境中该气体的含量；

2）工作压强宽，工作压强介于(1E-1～1E-7)Pa；

2）操作简单，通过电源调节离子源加速电场强度即可控制去除气体的种类；

3）清洁无污染，通过钛(铌)捕集阱溅射抽气，无油，高度清洁；

4）无噪音无振动，无机械振动部件，无噪音；

5）受到其他气体干扰较小，通过电磁场对不同荷质比的带电气体离子进行筛选抽除，相对于传统方法，受其他气体的干扰比较小，对指定气体之外的真空环境影响也比较小。

附图说明

图1是选择性抽气的溅射离子泵实施例1的结构示意图。

图中的①是离子源、②是磁控偏转控制器、③是捕集阱、④是电源、⑤是气体分子、⑥是气体离子。

具体实施方式

对照附图，选择性抽气的溅射离子泵，结构包括离子源①、磁控偏转控制器②、捕集阱③、电源④；其中离子源、磁控偏转控制器、捕集阱串联构成通路；电源为系统供电，提供离子源高压和加速电场，并连通捕集阱使捕集阱接地。

所述的离子源①：包含阴极、电离室、聚焦极、加速极，由阴极、电离室、聚焦极、加速极依次串联构成气体电离和发射的通道；离子源1采用不锈钢外壳，外径5cm，长度15cm，内部含灯丝、电离室、聚焦极和加速极，电场高压1800V至3500V可调；气体分子从侧面通道进入电离室，之后在高电压下电离，之后被聚焦加速，进入磁控偏转控制器。离子源利用高电压使进入离子源的气体分子发生电离，将气体电离，加速并聚焦。

所述的磁控偏转控制器②：由片状平行磁铁构成，在离子通行轨道上形成近似平行磁场，磁铁为多边形，最大长度30cm。产生平行磁场，离子源发射的带电气体离子垂直于磁场方向进入磁场区域，在电磁作用下发生偏转，不同荷质比的气体离子按照不同的轨道进行运动，从而起到分离气体种类的目的。

所述的捕集阱③：采用外圆筒状或矩形筒状结构，材质主要成分为钛或铌，长度15cm，外径5cm，壁厚5mm，捕集口口径0.8cm。

所述的电源④连接离子源和提供1500V至5000V高压，为长方体，长度48cm，宽度25cm，高度15cm，内含保险丝，整流器，3500V可调变压器，电压表、微安电流表，使用220V交流电源，并要求可靠接地。

使用选择性抽气的溅射离子泵的方法，包括如下步骤：

1）通过真空法兰将溅射离子泵连接真空腔体；

2）在系统真空条件符合的情况下，打开电源开关， 打开离子源高压；

3）通过电源调节加速电压，选择捕集指定的气体；

4）使用完毕后，关闭离子源高压，关闭电源；

5）可两级或多级离子泵并联。

磁控偏转控制器，产生平行磁场，离子源发射的带电气体离子垂直于磁场方向进入磁场区域，在电磁作用下发生偏转，不同荷质比的气体离子按照不同的轨道进行运动，从而起到分离气体种类的目的。

捕集阱，带电气体离子进入捕集阱后，在捕集阱的钛或铌金属表面发生溅射，由于反应吸收和溅射掩埋效应，气体离子被捕集阱吸收从而被从气体成分中排除。

Claims (2)

1.选择性抽气的溅射离子泵，其特征是包括离子源、磁控偏转控制器、捕集阱、电源；其中离子源、磁控偏转控制器、捕集阱串联构成通路；电源为系统供电，提供离子源高压和加速电场，并连通捕集阱使捕集阱接地；

所述的离子源：包含阴极、电离室、聚焦极、加速极，由阴极、电离室、聚焦极、加速极依次串联构成气体电离和发射的通道；离子源内部含灯丝、电离室、聚焦极和加速极，离子源高压大于1000V且可调节；气体分子从侧面通道进入电离室，之后在高压下电离，之后被聚焦加速，进入磁控偏转控制器；离子源利用高压使进入离子源的气体分子发生电离，将气体电离，加速并聚焦；

所述的磁控偏转控制器：由片状平行磁铁构成，在离子通行轨道上形成平行磁场，磁铁为多边形，最大长度不超过50cm；磁控偏转控制器产生平行磁场，离子源发射的带电气体离子垂直于磁场方向进入磁场区域，在电磁作用下发生偏转，不同荷质比的气体离子按照不同的轨道进行运动；

所述的捕集阱采用外圆筒状或矩形筒状结构，材质主要成分为钛或铌；带电气体离子进入捕集阱后，在捕集阱的钛或铌金属表面发生溅射，由于反应吸收和溅射掩埋效应，气体离子被捕集阱吸收从而被从气体成分中排除；

所述的电源内含电压表、电流表，接地。

2.如权利要求1所述的选择性抽气的溅射离子泵的使用方法，其特征是包括如下步骤：

1）通过真空法兰将溅射离子泵连接真空腔体；

2）在系统真空条件符合的情况下，打开电源开关，接通离子源高压；

3）通过电源调节加速电压，选择捕集指定的气体；

4）使用完毕后，关闭电源，断开离子源高压；

5）可多级离子泵并联。

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