CN2165528Y - 微型冷阴极溅射离子泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型冷阴极溅射离子泵， 其特征是它采用了多个阳极子筒并联在一个大阳极 筒内的新型阳极结构，使阳极构成巢状具有多个单元 泵的抽真空和排气功能。该微型泵解决了现有技术 中抽速小、结构不紧凑不合理的缺点，并有效地改善 了泵在低真空度下的抽气性能。充分利用了泵体内 的有效空间，在保证抽速加大情况下，体积增加甚微， 可广泛用于光电器件的阴极制造上，也可作为附件用 于其它电子真空器件上。

Description

本实用新型涉及一种超高真空泵，特别是一种能很方便地获得清洁超高真空的微型冷阴极溅射离子泵。

现有技术中的微型超高真空泵如美国VARIAN公司生产的2升／秒微型泵，它主要包括泵体、磁钢和电源等，在泵体内有一个阳极筒，阳极筒的上下端对称地放置有两块阴极板，工作时当阳极接有直流高压和外加与阳极筒轴线平行的磁场时，能在阳极筒内和两阴极板之间形成潘宁（Penning）放电的电子云，电子云中高速运动的电子即可把阳极筒内的气体分子碰撞解离，由此达到抽除气体的功能。该泵可使被抽器件获得清洁的超高真空，并具有工作压强范围宽、极限压强低、体积小、重量轻和使用方便等优点，但目前现有微型泵还存在以下不足：（1）由于泵体内只具有一个单元阳极筒，因此它的抽速不可能大，如现有2升／秒泵的抽速，由于使用条件的限制实际抽速应低于此值，所以只能用于小型器件或只能作为某一产品的辅助备用泵；（2）该泵的有效工作范围只在10^－4～10^－10Torr，而对于低真空度时该泵的排气能力就很不理想；（3）泵体内只有一个单元泵，它的有效空间利用系数不够高，结构还不够紧凑合理，空间没有充分利用，使得泵的相应单位体积所能提供的抽速还有待提高。对于上述微型泵的不足只是相对于我国引进的美国2升／秒微型泵而言，至于国外是否具有较高抽速的微型泵，目前国内未见资料和实物，国内尚属空白。

本实用新型的目的是提供一种抽速较大，结构更加合理紧凑，适于大量生产和应用范围更宽的微型冷阴极溅射离子泵。

本实用新型所述的微型冷阴极溅射离子泵主要包括：泵体、排气管、瓷环、引线和磁钢等，在泵体内有阳极筒，泵体上、下端面上设有阴极板，排气管焊接于泵体的一个侧面，引线通过位于泵体另一侧面上的瓷环悬接于阳极筒上，磁钢的两极位于泵体的上、下两端，其特征是阳极筒内还并联装有阳极子筒，阳极子筒所装个数可根据实际抽速要求而定，要求抽速大的，则阳极子筒就多，反之少些。每个阳极子筒都具有单元泵的功能，它们并联固接于大阳极筒内，使整个泵体内形成蜂巢状新型阳极结构，同时大阳极筒除完成对各个并联阳极子筒的支撑、供电外，由于加有高压，又会使得各个并联的阳极子筒外空隙再构成许多新的蜂巢状阳极结构，充分利用了泵体内的有效空间，使得泵体的抽速随着阳极子筒的增加而增加，并且使低真空度下的抽速也得到了显著的改善和提高。本实用新型所述的微型冷阴极溅射离子泵的工作原理是：当磁钢在阳极筒的轴向产生磁场和引线向两电极间输入直流高压时，在阳极筒和阳极子筒内就会形成轴向和径向的电场分量，阳极筒内存在的游离电子会受到电磁场的作用而沿着圆周作轮滚线运动，又因两块阴极板在阳极筒的轴向构成了一个反射电场，故电子又同时在两块阴极板之间来回振荡，很快地形成潘宁电子云，此时如有气体分子进入，则会迅速被旋转电子碰撞解离，产生电子离子对，其中电子加入旋转电子云以补充落到阳极板上而损失的电子，而离子则被加速排向中心部位，在径向和轴向电场作用下沿半径方向来回振荡并向着阴极移动，最后打在阴极板上产生溅射作用和次级电子，溅射的阴极物质沉积在阳极筒和阳极子筒的内表面和阴极板的外围，而次级电子发射出来后在两块阴极板之间运动，一经与任何粒子发生非弹性碰撞就加入旋转电子云而不能返回阴极了，从而每一个阳极子筒就构成了一个单元溅射离子泵以完成其抽除气体的排气功能。

本实用新型与现有技术相比其显著优点是：（1）由于采用了新的阳极结构，使泵体内阳极筒形成了多个单元泵并联工作，真空抽速也随单元泵（阳极子筒）的增加而增加；（2）阳极筒的结构是采用多个阳极子筒并联装在一个大阳极筒内，使得结构更加紧凑合理，在保证抽速加大的情况下，体积增加甚微；（3）本实用新型中多个阳极子筒的并联结构，不但使整个阳极具有多个单元泵的阳极功能，还由于阳极子筒之间以及阳极子筒与大阳极筒之间的空隙，又会构成许多蜂巢状不同形状的阳极筒，这些附加的阳极筒，也会在加有电压和磁场时出现潘宁放电而具有一定的排气功能，并且由于它内部的电场强于单元泵而使整个泵的低真空度时抽气性能得到改善；（4）本实用新型所述的微型泵应用范围广，它不但可用于光电器件的光电阴极制造上，还可作为附件用于超低温传输线、参量放大器、超导传输线及各种微波、光电、电子真空器件上。

本实用新型的具体结构由以下附图和实施例给出。

图1是本实用新型微型冷阴极溅射离子泵的总体结构示意图。

图2是图1的俯视图，即泵体内阳极筒及阳极子筒的结构示意图。

下面根据附图，取7个阳极子筒构成的14升／秒的微型溅射离子泵为例对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1、图2，微型冷阴极溅射离子泵由排气管1、泵体2、磁钢3、瓷环4和引线5等组成，排气管1由无氧铜管制成，焊接于泵体2的一个侧面，瓷环4由一个金属连接件10焊接在泵体2的另一个侧面上，泵体2由不锈钢制成，是φ58×20mm的圆柱筒，泵体2内放置φ49×13mm的大阳极筒6，大阳极筒6内可根据需要装3～28个阳极子筒，本实施例选7个并联结构的、φ16×13mm的阳极子筒7，阳极子筒7之间及阳极子筒7与阳极筒6之间采用点焊连接，阳极筒6和阳极子筒7均由1Cr18Ni9Ti不锈钢制成，引线5通过瓷环4直接接于大阳极筒6的侧面，并将大阳极筒6以及其内的阳极子筒7悬空支撑绝缘，为了保证阳极筒6、7工作时相对位置的准确性，在引线5与阳极筒6的连接处，还焊有一个金属支撑座11，支撑座11焊接在阳极筒6的侧面，引线5装于支撑座11内；在引线5与瓷环4的连接面还有一个密封片12，它与引线5垂直固连并与瓷环4端面密封连接，在泵体2的上、下端面，盖有阴极板8，阴极板8由TA₀纯钛板制成，阴极板8外还有泵盖9；磁钢3为U型，其S、N两极分别位于泵体2的上、下两端的泵盖9外，它能沿阳极筒的轴线产生1250高斯的均匀磁场，当引线5接通外界电源时，泵体2内就可形成多个并联单元泵的潘宁放电状态，从而实现微型泵的排气功能。本实用新型的实际抽速也是与当时泵内的真空度有关，但接近于8升／秒。

Claims (2)

1、一种微型冷阴极溅射离子泵，它包括泵体[2]、排气管[1]、瓷环[4]、引线[5]和磁钢[3]等，在泵体[2]内有阳极筒[6]，泵体[2]上、下端面设有阴极板[8]，排气管[1]焊接于泵体[2]的一个侧面，引线[5]通过位于泵体[2]另一个侧面上的瓷环[4]悬接于阳极筒[6]上，磁钢[3]的两极位于泵体[2]的上、下两端，其特征是阳极筒[6]内并联装有阳极子筒[7]。

2、根据权利要求1所述的微型冷阴极溅射离子泵，其特征是上述阳极子筒的个数为3～28个。

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