DE1286316B - Vorrichtung zum Einlassen und Dosieren von Gasen fuer doppelwandige Ultrahochvakuumapparaturen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einlassen und Dosieren von Gasen für doppelwandige Ultrahochvakuumapparaturen.
• Zur Durchführung von Untersuchungen chemischer und physikalischer Art an Festkörpern, insbesondere an dünnen Schichten, bei denen es auf höchste Reinheit ankommt, ist in den meisten Fällen die Verwendung einer Ultrahochvakuumapparatur unerläßlich. Um beispielsweise den Einfluß von Restgasen auf dünne Aufdampfschichten feststellen zu können oder um durch reduzierende Gase reine Oberflächen zu erhalten, ist es wesentlich, daß die Gaseinlaßvorrichtung so ausgebildet ist, daß es gelingt, eine definierte Atmosphäre von beliebigen Gasen bei konstantem Druck einzustellen.
• Darüber hinaus muß dafür gesorgt sein, daß durch Gase aus der Einlaßvorrichtung keine Verschlechterung des ursprünglichen Ultrahochvakuums eintritt. Die bisher bekannten Ausführungsformen derartiger Gaseinlaßvorrichtungen, beispielsweise ein ausheizbares Ultrahochvakuumventil mit Feinregulierung oder eine aus einem fest eingestellten an das Ultrahochvakuum angeschlossenen Spalt, einer Diffusionspumpe mit Vorpumpe und einem Nadelventil bestehende Anordnung, haben trotz eines großen apparativen Aufwandes beträchtliche Nachteile, wie z. B. Verschlechterung des Hochvakuums durch geringe Undichtigkeiten im einen und eine schlechte Regulierbarkeit durch die Druck- und Gasmengenabhängigkeit der Sauggeschwindigkeit des Pumpsystems im anderen Fall.
• Derartige Nachteile werden bei weitgehender Vereinfachung des apparativen Aufbaus bei einer Vorrichtung zum Einlassen und Dosieren von Gasen für doppelwandige Ultrahochvakuumapparaturen vermieden, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Nadelventil mit einem mit dem Ventilsitz dicht verbundenen, dünnwandigen, eine Bohrung enthaltenden und an seinem vom Ventilsitz abgewandten Ende verschlossenen Gaszuführungsrohr in einem zwei Bohrungen enthaltenden Führungsrohr des in die Ultrahochvakuumapparatur dicht eingesetzten Ventilgehäuses in axialer Richtung derart dicht gleitend verschiebbar angeordnet ist, daß in einer ersten Stellung der Eintritt von Gasen in das Ultrahochvakuum unterbunden ist und in einer zweiten Stellung eine genau dosierbare Gasmenge in das Ultrahochvakuum gelangt, und daß der sich zwischen der umgebenden Atmosphäre und dem Ultrahochvakuum befindliche, als Zwischenvakuum bezeichnete, vom Führungsrohr des Ventilgehäuses durchsetzte Raum einen um etwa drei Zehnerpotenzen höheren Druck als das Ultrahochvakuum aufweist.
• Dabei ist vorgesehen, daß in der ersten Stellung das Gaszuführungsrohr des Nadelventils so weit in das Führungsrohr des Ventilgehäuses der Ultrahochvakuumapparatur eingeschoben ist, daß von außen eindringende Gase, insbesondere die Leckgase, nur bis in das Zwischenvakuum gelangen. In der zweiten Stellung ist dann das Gaszuführungsrohr des Nadelventils so weit in das Führungsrohr des Ventilgehäuses eingeschoben, daß die eintretenden Gase in das Ultrahochvakuum gelangen und daß dabei die Gasmenge durch Verschiebung der Ventilnadel im Ventilsitz dosierbar ist.
• Um eine exakte Abdichtung nach außen zu erzielen und dabei gleichzeitig eine gewisse Beweglich- keit der Anordnung zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß verschiedenartige Dichtungen, beispielsweise O-Ring-Dichtungen und Druckringe, verwendet und derart kombiniert sind, daß eine Drehung und eine axiale Verschiebung der Ventilspindel im Ventilgehäuse gleichzeitig und ohne Gefährdung der Dichtigkeit der Ultrahochvakuumapparatur möglich sind.
• Die Erfindung wird an einem an Hand der F i g. 1 bis 3, bei denen für die gleichen Gegenstände die gleichen Bezugszeichen gewählt sind, beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• In F i g. 1 ist die Ventilspindel 2 mit Ventilnadel 1 dargestellt. Die Ventilspindel 2 ist am vordersten Abschnitt mit einem Gewinde versehen und kann mittels des Betätigungsknopfes 3 in den Ventilsitz 12 eingeschraubt werden. Die Öffnung zwischen Ventilsitz und -nadel und damit die einströmende Gasmenge kann durch Drehung der Ventilspindel 2 einreguliert werden. Zum Durchleiten der durch die Bohrungen 5 eintretenden Gase ist die Ventilspindel 2 mit dem Gaskanal 4 ausgestaltet. Die O-Ring-Dichtungen 6 mit Druckring 7 und Distanzzylinder 8 sind zur Abdichtung innerhalb des Ventilgehäuses vorgesehen.
• In F i g. 2 sind der Ventilsitz 12 mit eingeschraubter Ventilspindel 2 sowie das in den Ventllsitz 12 eingelötete Gaszuführungsrohrll, welches am vorderen Ende zugelötet ist, dargestellt. Das Gaszuführungsrohr 11 ist in das im Ventilgehäuse 21 eingelötete Führungsrohr 13 derart eingeschoben, daß es im Führungsrohr 13 dicht gleitet. Die hierbei wirksame Spaltdichtung weist eine Undichtigkeit von 10-5 Torr 1 sec-l bei einem Druckgefälle von 10-5 bis 10-8 Torr auf.
• Das in Fig. 2 gezeigte Nadelventil ist, wie aus Fig. 3 zu ersehen, in das in eine in der Figur nur durch die Wandungen 10 und 20 angedeutete Ultrahochvakuumapparatur dicht eingesetzte Ventilgehäuse 21 eingeschoben und mittels der tlberwurfmutter 22 befestigt. Die Bohrung 14 des Gaszuführungsrohrs 11 kann durch Verschieben in axialer Richtung wahlweise mit den Bohrungen 15 und 16 des Führungsrohres 13 zur Deckung gebracht werden. Soll nun Gas eingelassen werden, so gelangen die durch die Gaseintrittsöffnung23 eintretenden Gase durch die Bohrungen 5, den Gaskanal 4 und den einregulierten Spalt zwischen Ventilsitz und -nadel in das Gaszuführungsrohr 11 und schließlich durch die Bohrungen 14 und 15 in das Ultrahochvakuum 24.
• Soll die Gaszufuhr beendet werden, so ist das Nadelventil zu schließen und zurückzuziehen, so daß etwa auftretende Leckgase durch die Bohrungen 14 und 16 in das Zwischenvakuum 25 abgeleitet werden.
• Um ein Verdrehen des Nadelventils und des Gaszuführungsrohrs beim Einschieben zu verhindern, sind an der Innenseite der Ventilgehäusewandung die Nuten 26 vorgesehen. Die O-Ring-Dichtungen 27 dienen zur Abdichtung des Ventilgehäuses. Der leicht verschiebbare Bolzen 28, der durch eine Arretiervorrichtung 29 zu Beginn des Auspumpens festgehalten wird, ist als Sicherungsvorrichtung vorgesehen, um bei plötzlich auftretenden Druckdifferenzen zwischen Ultrahochvakuum und Zwischenvakuum eine Zerstörung der aus dünnem Stahlblech bestehenden Wandung 10 des inneren Rezipienten zu verhindern.
• Der Bolzen 28 ist nach beiden Seiten verschiebbar und weist im äußeren Umfang eine in der Figur nicht dargestellte Vertiefung auf. In diese rastet eine als Arretierung 29 dienende Blattfeder ein, die den Bolzen28 zu Beginn des Abpumpens festhält. Bei Erreichen eines Druckausgleichs zu beiden Seiten der Wandung 10 wird die Arretierung 29 (Blattfeder) durch Betätigen von außen gelöst. Die Betätigungsvorrichtung zum Lösen der Arretierung kann verschiedenartig ausgestaltet sein und ist in der Figur nicht dargestellt.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Einlassen und Dosieren von Gasen für doppelwandige Ultrahochvakuumapparaturen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nadelventil mit einem mit dem Ventilsitz (12) dicht verbundenen, dünnwandigen, eine Bohrung (14) enthaltenden und an seinem vom Ventilsitz abgewandten Ende verschlossenen Gaszuführungsrohr (11) in einem zwei Bohrungen (15, 16) enthaltenden Führungsrohr (13) des in die Ultrahochvakuum apparatur dicht eingesetzten Ventilgehäuses (21) in axialer Richtung derart dicht gleitend verschiebbar angeordnet ist, daß in einer ersten Stellung der Eintritt von Gasen in das Ultrahochvakuum unterbunden ist und in einer zweiten Stellung eine genau dosierbare Gasmenge in das Ultrahochvakuum gelangt, und daß der sich zwischen der umgebenden Atmosphäre und dem Ultrahochvakuum befindliche, als Zwischenvakuum bezeichnete, vom Führungsrohr des Ven- tilgehäuses durchsetzte Raum einen um etwa drei Zehnerpotenzen höheren Druck als das Ultrahochvakuum aufweist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaszuführungsrohr des Nadelventils so weit in das Führungsrohr des Ventilgehäuses der Ultrahochvakuumapparatur eingeschoben ist, daß von außen eindringende Gase, insbesondere die Leckgase, nur bis in das Zwischenvakuum gelangen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaszuführungsrohr des Nadelventils so weit in das Führungsrohr des Ventilgehäuses eingeschoben ist, daß die eintretenden Gase in das Ultrahochvakuum gelangen und daß dabei die Gasmenge durch Verschiebung der Ventilnadel im Ventilsitz dosierbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedenartige Dichtungen, beispielsweise O-Ring-Dichtungen und Druckringe, vorgesehen und derart kombiniert sind, daß eine Drehung und eine axiale Verschiebung der Ventilspindel im Ventilgehäuse gleichzeitig und ohne Gefährdung der Dichtigkeit der Ultrahochvakuumapparatur möglich sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als Zwischenvakuum bezeichneten Raum ein Druck von ungefähr 10off Torr herrscht.