DE1414566A1 - Ionen-Getter-Pumpe - Google Patents

Description

Ionen-Getter-Pumpe

Prio rität: 27. Mai I960 und 30. Juni I960 US-Serial Ko. 32 219 und 40

Die Erfindung betrifft eine mit Glimmentladung arbeitende Torrieh tung und insbesondere ein Verfahren, die Pumpgeschwindigkeit für Edelgase dadurch zu vergrößern, daß die Ionen-Zerstäubung der Vorrichtung erhöht wird. Eine erhöhte Pumpgesehwindigkeit wird durch die verstärkte ionische Zerstäubung erreicht und dadurch wird der Wirkungsgrad solcher Entiadungsvorrichtungen, ins besondere ionischer Pumpenvorrichtungen, verbessert.

Es war bisher bei Vakuumpumpen, die mit einer Glimmentladung zwischen der Anode und der Kathode arbeiten, üblich, ein magnetisches ]?eld zu verwenden, welches die Anode durchsetzte. Positive Ionen, die durch die Glimmentladung erzeugt werden, werden dadurch gegen die plattenförmige Kathodenanordnung gerichtet. Die auftreffenden Ionen bewirken ein Zerstäuben des reaktiven Kathoderimateriales. Das zerstäubte-Material wird

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auf im Inneren der Pumpe vorgesehenen Flächen aufgefangen und dient dem Zwecke, Moleküle, die im gasförmigen Zustand in Berührung mit ihnen treten, zu binden. Auf diese Weise wird der Gasdruck in einem Entladungsgefäß, das eine Kathodenanordnung und eine Anodenanordnung hat, verringert.

Es ergeben sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten beim Pumpen von Edelgasen. So lche Gase, wie z.B. Argon, bilden keine chemischen Kombinationen mit den zerstäubten Materialien, wie dies andere Gase tun. Wenn ein Atom eines inerten Gases mit einem freien Elektron zusammentrifft, wird ein Ion des Edelgases in bekannter Weise gebildet und ein solches Edelgas-Ion wird in einer in der Pumpe vorgesehenen fläche eingegraben. Wenn nun andere Ionen später auf denselben Flächenteil auftreten, so ergibt es sich leicht, daß das Edelgas wieder freigegeben wird. Wenn die Menge des wieder freigegebenen Edelgases gleich der Menge der eingegrabenen Ionen ist, so ergibt sich der maximale Evakuierungsgrad der Pumpe.

Die Erfindung bezweckt eine auf Getterwirkung beruhende Vakuumpumpe, bei der ein besonders hoher Wirkungsgrad an Pumpen eines Edelgases erzielt wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der Anordnung einer dritten gitterförmigen Elektrode zwischen der Kathode und der Anode, zu dem Zwecke, das Binden von Edelgasen zu erhöhen.

Dabei bezweckt die Erfindung insbesondere j die Wiederabgabe, bzw. die Wiederzerstäubung der bereits gebundenen Gase zu verringern. --■■■■-"·

Die zusätzlich zur A nwendung gelangende dritte Elektrode erhält ein solches Potential, daß dadurch die Ionengeschwindigkeit verringert wird, so daß verhältnismäßig geringe Materialmengen vorder Elektrode zerstäubt werden. " ■

Insbesondere verwendet die Erfindung eine durchlässige Kathode Λ zwischen der Anode und einer Hilfselektrode beim Pumpen, von Edelgasen. .

Die Erfindung ν erwendet ferner eine durchlässige oder gitterförmige Anode, die für das Gas und für das zerstäubte Material einen besseren Zugang zu den Auffangelektroden ermöglicht.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß Hilfskathoden Anwendung finden, welche Ionen niedriger Energie auffangen und die von Material bedeckt werden, welches von den zerstäubenden Kathoden herrührt.

Zweckmäßigerweise befindet sich die zerstäubende Kathode in derselben Ebene wie d ie die Ionen sammelnde Kathode, wobei elektrisch cie zerstäubende Elektrode von. der die Ionen aufsammelnden Kathode getrennt ist, so daß sich ein Zerstäuben von den mittleren Partien uer Kathode bis zu den darum herumliegenden Kathodenflächen ergibt.

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H&O ORIGINAL

Durch die Anwendung einer zusätzlichen Elektrode, die als defokussierende Gitterelektrode angesehen werden kann und zwischen der Anode und der Kathode liegt, werden die Ionen defokussiert, so daß man eine beträchtlich hohe Lebensdauer der Pumpe erhält.

W eitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der erfindungsgemäßen Pumpe ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

Von den Figuren zeigen: ■

Fig. 1 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Pumpe;

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie 2-2 d er Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt, der eine Anodenzelle, die Gitteranordnung und die Kathode und die dazwischen befindliche Ionensäule wiedergibt;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine zweite defokussierende Gitterelektrode sowie die Ionensäule gezeigt ist;

Fig. 5 eine D raufsieht auf eine andere Ausführungsform der Erfindung in gebrochener Darstellungsweise;

Fig. 6 einen Schnitt der in Fig. 5 dargestellten Anordnung entsprechend der Schnittlinie 6-6;

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung von Fig. 6, wobei eine Kathodenstütze, eine durchlässige Anodenzelle und ein durchlässiges Gitter gezeigt sind;

Fig. 8 eine teilweise gebrochene Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

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Pig. 9 einen Querschnitt der in Hg, 8 dargestellten Anordnung entsprechend der Schnittlinie 9-9;

fig. 10 eine weitere Darstellung der im Inneren vorgesehenen Teile einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei die zusätzlichen Kathoden und die durchlässige Anode gezeigt ist;

Pig. 11 eine weitere Ausführungsform der die Anode und die Kathoden umfassenden Anordnung;

fig. 12 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der eine durchlässige Anode und entsprechende Kathoden Anwendung finden;

fig. 13 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer

weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei Teile der Kathode elektrisch von den übrigen Teilen der Kathode isoliert sind.

Bei der in den figuren 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist durch das Bezugszeichen 1 ein flacher rechteckiger einen flansch besitzender becherförmiger ^eil bezeichnet, der beispielsweise aus nichtrostendem Stahl bestehen kann und durch eine rechteckige Platte 3 an seinem oberen den flansch tragenden Ende abgeschlossen ist, wobei die Platte 3 an den flansch 3' des Te il.es 1 angeschweißt ist und dadurch ein im wesentlichen rechteckiges vakuumdichtes Gefäß.bildet.

Eine rechteckige zellenförmig aufgebaute Anode 4, die beispielsweise aus Titan bestehen kann, ist an einem Metallstab 5 befestigt, der beispielsweise aus nichtrostendem Stahl besteht und durch eine

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Öffnung in der kurzen Seitenwandflache des Teiles 1 herausgeführt ist. Der Stab 5 iat gegenüber dem Vakuumgefäß isoliert und wird durch einen Hing oder Rohrstutzen 6, der aus Aluminiumoxydkeramik bestehen kann, getragen. Das freie Ende des Stabes 5 bildet eine Klemme zur Zuführung der Anodenspannung, die in Bezug auf die beiden i m wesentlichen rechteckigen Kathodenplatten 7 positiv ist.

Die Kathodenplatten 7 bestehen aus reaktionsfähigem Material und sind mechanisch an der großen Wandfläche des becherförmigen Teiles 1 unter Anwendung von Distanzierungsplatten 8 befestigt. Die Platten 8 bestehen beispielsweise aus nichtrostendem Stahl und haben halbkreisförmige herausgebogene Vorsprünge 9, welche für den richtigen Abstand zwischen den Kathodenplatten 7 sorgen. Die Kathodenplatten kön nen aus irgendeinem reaktionsfähigen Material bestehen, beispielsweise aus Titan, Chrom, Zirkon, Gadolinium oder Eisen.

An einer anderen Seitenwandung des becherförmigen Teiles 1 ist der Pumpstutzen 10 ν orgesehen, welcher einen geeigneten Innendurchmesser hat, der der gewünschten Pumpgeschwindigkeit entspricht. Der Pumpstutzen 10 steht mit dem in der Figur nicht dargestellten auszupumpenden Apparat in Verbindung.

Zwis chen der Anode 4 und den Kathodenplatten 7 sind zwei rechteckige Gitterteile 12 angeordnet, die beispielsweise aus Titan bestehen können. Die rechteckigen Gitterelektroden sind an den Enden von Metallstäben 13 befestigt, die beispielsweise aus nichtrostendem Material bestehen und durch Öffnungen in einer schmalen Seitenwand des becherförmigen Pumpgehäuses 1 herausgeführt sind. Die

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Stäbe 13 sind gegenüber dem becherförmigen Pumpgehäuse isoliert und werden durch Isolierkörper 11, welche aus Äluminiumoxydkeramik bestehen, getragen. Die Enden der Stäbe 13dienen dem Zweck, eine mittlere positive Gitterspannung in JJezug auf die geerdeten Kathoden- , platten 7 und die positiven Anoden zuzuführen. Die Gritter plat ten haben eine Mehrzahl Löcher 15, wobei die Anzahl der Löcher 15 der Anzahl der Zellen der Anode 4 entsprechen und das Strömen des Gases zwischen den Kathoden 7 und der Anode 4 zulassen.

Es kann indessen auch die Gitterelektrode 12 aus einem Hetz aus

Titandraht bestehen, wobei das Netz so geflochten ist, daß rechteckige Netzmaschen aus Titandraht gebildet werden, die dieselbe Größe wie die Anodenzellen haben.

Ein Permanentmagnet 29 ist so in Bezug auf das Vakuumgefäß 3 angeordnet, daß das magnetische Feld der Magneten 29 durch die einzelnen Anodenzellen im wesentlichen parallel zur Längsachse derselben verläuft. Die Stärke des magnetischen Feldes hängt vom Durchmesser der einzelnen Anodenzellen ab.·

Im Betrieb erhält das Gitter 12 eine zwischen der Spannung der Ano de 4 und der Kathode 7 liegende positive Spannung. Wenn eine hohe positive Spannung an der Anode 4 und eine dazwischen liegende Spannung an der Gitterelektrode liegt, so werden Elektronen, die in dem Zwischenraum zwischen dem Gitter 12 und der Anode 4 auftreten, sich zu der stärker positiven Elektrode, nämlich der Anode bewegen. Das durch die Permanentmagneten 29 hervorgerufene magnetische Feld bewirkt eine spiralförmige Bewegung der Elektronen."

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Bei dieser Spiralbewegung stoßen die Elektronen mit den Gasatomen in d em Raum innerhalb der Anode 4 und um dieselbe herum und in dem Raum zwischen der Anode 4 und dem Gitter 12 zusammen. Durch · diese Zusammenstöße ergeben eich weitere freie Elektronen und ferner werden dadurch positive Ionen erzeugt. Die positiven Ionen werden durch das Magnetfeld nicht beeinflußt und von dem w eniger stark positiven Gitter 12 angezogen. Die meisten der mit I bezeichneten Ionen gehen durch die öffnungen in dem Gitter 12, wie Fig. 3 zeigt, hindurch und treffen auf die auf Erdpotential befindliche Kathode mit hoher Geschwindigkeit, wobei die Ionenenergie gleich dem Po tentiaiunt er schied zwischen der Anode und der Kathode ist. Die Ionen treffen auf die Kathode 7 mit hoher Geschwindigkeit auf und bewirken, daß eine große Menge reaktiven Kathodenmateriales zerstäubt. Ein Teil des zerstäubten Materialss wird an den Innenteilen der Pumpe aufgefangen, beispielsweise durch die Kathode 7 oder das Gitter 12, wo sie Moleküle einfangen, die in gasförmigen Zustand mit ihnen in Verbindung treten. Ein großer Teil des zerstäubten Materiales geht durch die öffnungen der Gitterelektrode _t in einer cosinus-artigen Verteilung zur Rückseite und werden an den gegenüberliegenden Gitterteilen aufgefangen. Dieses zerstäubte Material fängt gasförmigen Stoff auf, das dort aufgefangene Gas wird aber nicht so leicht wieder abgegeben wie an anderen Stellen der Pumpe.

Wenn beispielsweise die Anode eine positive Spannung von 9000 Volt hat und das Gitter 12 eine Spannung von 800 Volt hat, haben die freien Elektroden in der Nähe der Anode 4 und in der Nähe des Gitters 12 eine Geschwindigkeit von 1000 Volt. Die positiven

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Ionen, welche durch die Öffnungen des Gittera 12'hindurchtreten, "bombardieren die Kathode 7 mit einer Energie, die 9000 Ionen YoIt entspricht. Man erkennt, daß Elektronen, die eine nur verhältnismäßig niedrige En ergie haben, nämlich 1000 Elektronenvolt Ionen hervorrufen, die eine sehr hohe Energie haben, nämlich 9000 Ionen Volt. Man erkennt daher, daß die Ionen, welche nicht durch die Öffnungen in der Gitterelektrode 12 hindurchtreten, eine verhältnis mäßig niedrige Energie, nämlich 1000 Ionen Volt haben und daher nur im geringen Maße eine Zerstäubung der Gitterelektrode bewirken.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung^ erfolgt der Zerstäubungsvorgang im wesentlichen an der Kathode, während der größte Teil des Einschlusses von Gas an den Gittern und an der Anode erfolgt. Dementsprechend werden nur geringe Mengen eingeschlossenen Gases wieder abgegeben, so daß dadurch sich ein höherer Wirkungsgrad der Pumpe ergibt.

In Pig. 4 ist ein Hilfsgitter 22' zwischen der Kathode 27 und dem Gitter 22 vorgesehen. Das zusätzliche Gitter 22' dient dem Zwecke, eine Defokussierung der Ionen I¹, wie Pig. 4 zeigt, zu bewirken, so- d aß die Ionen eine größere Fläche der Kathode treffen und die für das Zerstäuben zur Verfugung stehende Kathodenfläche und die zum Einschließen gasförmigen Materiales zur Verfügung stehende Fläche sich über einen größeren Teil der Kathode ausdehnen, so daß sich eine bessere Zerstäubung und eine höhere Lebensdauer der Kathode ergibt. Dieser Defokussierungseffekt kann dadurch bewirkt werden, daß die Gitterelektrode 22' eine positive Spannung in Bezug auf die Kathode 7 erhält, so daß die lonensäulen überfokussiert werden; man kann auch ein negatives Potential in Bezug auf die Kathode 7 anwenden, so daß ^ίβ posi'hVet» |Ionen zerstreut werden.

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I η den Figuren 5» 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Ein flacher rechteckigem Flanschen aufweisender becherförmiger Teil 31, der aus nichtrostendem Stahl bestehen kann, ist dadurch an seiner den Plansch aufweisenden Fläche verschlossen, daß eine rechteckige Verschlußplatte 33 auf den Randflansch 33' aufgeschweißt ist, so daß sich ein im wesentlichen rechteckiges vakuumdichtes Gefäß ähnlich wie in Fig. 1 ergibt.

Eine durchlässige rechteckige aus Zellen gebildete Anode 34» die aus Titan bestehen kann, ist am Ende eines leitenden Stabes 35 angebracht, wobei der Stab aus nichtrostendem Stahl bestehen kann und eine Öffnung in der schmalen Seitenwand des becherförmigen Teiles 31 durchsetzt. Auch hier ist der Stab 35 gegenüber dem Vakuumgefäß durch die aus Isolationsmaterial bestehenden Zwischenringe bzw. Rohrstutzen 36 isoliert und befestigt. Das Ende des Stabes 35 dient als Anschlußklemme für die Anodenspannung die in Bezug auf die Kathodenstäbe 37 und Kathodenplatten 37' positiv ist.

Die Kathodenplatte 37' besteht aus reaktionsfähigem Material und ist mechanisch gegenüber der rechteckigen Deckelplatte 33 durch Distanzierplatten 38 festgelegt. Die Distanzierplatten 38 bestehen aus nichtrostendem Stahl und haben halbkreisförmige Vorsprünge 39, die den richtigen Abstand der Kathodenplatten 37' gegenüber der Anode 34 sicherstellen. Wie man in Fig. 7 erkennen kann, erstrecken sich Kathodenstäbe 37 von der Kathodenplatte 37' in die rechteckigen Anodenzellen 34 hinein. Die Kathodenstäbe 37 können so an

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der Kathodenplatte 37' befestigt sein» daß sie abgenommen werden können.

An einer anderen Seitenfläche des becherförmigen Gehäuses 31 ist der hohle Pumpstutzen 40 vorgesehen, der einen der Pumpgeschwindigkeit angepaßten Innendurchmesser hat. Der Rohrstutzen 40 steht mit dem zu evakuierenden Apparat in, Verbindung.

Wie in Pig. 7 zu erkennen ist, sind rechteckige Zellen bildende : Gitter 42, beispielsweise aus Titan bestehend, zwischen den Kathodenstäben 37 und den Anodenzellen 34 vorgesehen; die rechteckige Zellen bildenden Gitter 42 sind an einem Rahmen aus nichtrostendem Stahl 42' befestigt, der an den Enden eines Metallstabes 43 befestigt ist, welcher ebenfalls aus nichtrostendem Stahl besteht und durch Öffnungen in der schmalen Seitenfläche des Vakuumgefäßes herausgeführt ist. Der Metallstab 43 ist mittels des r ohrförmigen Isolators 41» der beispielsweise aus Aluminiumoxyd besteht, gegenüber dem Vakuumgefäß 33 isoliert und ist mittels der Klammer 45 mit dem das Gitter tragenden Rahmen 42' verbunden. Das Ende des Metallstabes 43 bildet die Anschlußklemme, durch die eine positive Zwischenspannung der Gitterelektrode zugeführt wird. Die Gitterplatten 42 bestehen aus verflochtenen Titanstreifen, so daß eine Gasentladung zwischen den Kathodenstäben 37 und den Anoden 34 möglich ist..

Ein Permanentmagnet 49 1st so in Bezug auf das rechteckige Vakuumgefäß 33 angeordnet, daß das magnetische Feld der Magneten 49 die einzelnen Anodenzellen im wesentlichen parallel zu ihrer

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längsachse durchsetzt. Die Stärke des magnetischen feldes hängt von dem Durchmesser der einzelnen Anodenzellen ab.

Die Wirkungsweise der in den Figuren 5, 6 und 7 beschriebenen Anordnung ist derart, daß das Gitter 42 ein zwischen dem positiven Po tential der Anode 34 und dem auf Erde befindlichen Potential der Kathodenstäbe 37 liegendes Potential erhält. Das wesentliche unterschiedliche Merkmal der hier erörterten AusfUhrungsform liegt darin, daß ein Magnetroneffekt sich ergibt, d.h. daß die Elektronen an der Außenfläche der Gitterelektrode und an der Anode aufgefangen werdenjim Unterschied zu der Penning-Entladung, die in den Figuren 1 bis 4 vorlag.

Wenn die Anode 34 ein Potential von 9000 Volt hat und die Gitterelektrode 42 ein positives Potential von 8000 Volt hat, haben die Elektronen an der Anode 34 und dem Gitter 42 eine Energie von· 1000 Elektronen Volt. Die positiven Ionen, die zwischen der Anode 34 und dem Gitter 42 gebildet werden, gehen durch die Öffnungen der Gitterelektrode 42 hindurch und treffen auf die Kathodenstäbe· " 37 mit 9000 Ionen Volt Energie auf. In Anbetracht der hohen Energie bewirken die Ionen ein Zerstäuben des reaktiven Materiales der Kathodenstäbe 37. Ein großer Teil des zerstäubten Materiales gelangt zurück durch die Gitterelektrode 42 in Anbetracht der Cosinus-Verteilung des zerstäubten Materiales und geht durch die gitterförmigen Anoden 34 hindurch und wird an der Oberfläche der Gitterelektrode der benachbarten Zellen aufgefangen.

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Ionen, welche nicht durch die Öffnungen des Gitters 42 gehen, tr-effen das Gitter mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit, nämlich mit etwa 1000 Ionen Volt und werden in der Elektrode eingegraben und "bewirken dabei nur eine sehr geringe Zerstäubung der Außenfläche d er Gitterelektrode. Der größte Teil des Zerstäubungsvorganges vollzieht sich daher an der Kathode, während der größte Teil des Eingräbvo-rganges der Ionen und das Überdecken derselben mit zerstäubtem Material an der Seite der Gitterelektrode sich vollzieht, welche den Kathodenstaben abgewendet ist. Unter diesen Umständen ergibt sich nur in sehr geringem Maße eine Wiederfreigabe vo η Gas.

Die Figuren 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Auch hier ist das flache rechteckige, einen Flansch besitzende becherförmige Gefäß 52, das zweckmäßigerweise aus nichtrostendem Stahl besteht, an der offenen Seite durch eine rechteckige Verschlußplatte 53 verschlossen, die auf den Plansch 54 aufgeschweißt ist, so daß sich ein im wesentlichen rechteckiges vakuumdichtes Gefäß 51 ähnlich wie in Pig. I ergibt.

Eine aus rechteckigen Zellen bestehende Anode 55, zweckmäßigerweise aus Titanmetall, ist am Ende eines Metallstabes 56 angebracht, der aus nichtrostendem Stahl besteht und durch eine Öffnung in einer kurzen Seitenfläche des becherförmigen Vakuumgefässes 52 he rausgeführt ist. Die zellenförmig aufgebaute Anode 55 weist eine Vielzahl kleiner Öffnungen in den Seitenwandungen auf, so daß für die Gasströmung die Anode durchlässig ist.

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Es kann indessen auch die Anode 55 aus einem Netzwerk, das aus T itanstreifen oder T itandraht hergestellt ist, bestehen. Eine Metallklammer 56' ist a η dem Stab und an der Anode 55 hart angelötet.

Der Metallstab 56 wird mittels eines aus Isoliermaterial bestehenden Rohrstutzens getragen. Das äußere Ende des Metallstabes 56 bildet eine Klemme, über die die in Bezug auf die durchlässige Kathode 49, die zu zerstäubende Kathode 60 und die Auffangkathode 61 positive Anodenspannung zugeführt wird. Mittels eines Isolators 58 ist ein weiterer Metallstab 60' an dem Vakuumgefäß 51 befestigt. Das freie Ende des Metallstabes 60' dient dem Zwecke, die Spannung der Sammelkathode 21 zuzuleiten, deren Potential zwischen dem Potential der Anode 55 und dem der geerdeten Kathoden 59 und 60 liegt.

Die drei Kathoden 59» 60 und 61 bestehen aus reaktionsfähigem Material und sind mechanisch an dem Gehäuse 51 des Yakuumgefäßes befestigt. Zur Befestigung der Zerstäubungskathode 60 und der Sammel-'kathode 61 an der großen Wandfläche des becherförmigen Vakuumgefäßes 52 dienen Distanzierplatten 62, welche beispielsweise aus nichtrostendem Stahl bestehen und mit halbkreisförmigen Vorsprüngen 63,bestehend aus Isoliermaterial, versehen sind, zu dem Zwecke die Kathoden 60 und 61 im richtigen Abstand voneinander zu halten und die Sammelkathode 61 zu isolieren. Die Sammelkathode 61 wird gegenüber dem Vakuumgefäß durch die Isolierteile 64 isoliert. Die Kathoden 59, 60 und 61 können aus einem der oben genannten reaktiven Kathodenmaterialien bestehen.

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Die für die Gasentladung durchlässige Kathode 59 ist mechanisch zwischen der Sammelkathode 61 und der Anode 65 mittels Klammern 65, die an den schmalen Seitenflächen des Vakuumgefäßes 51 vorgesehen sind, befestigt. Die durchlässige Kathode 59 hat eine große Zahl Bohrlöcher, so daß ohne Hemmung die Gasentladung zwischen der Sainmelkathode 61 und der Anode 55 stattfinden kann. Es kann auch die durchlässige Kathode 59 aus einem Drahtnetz aus "Titan bestehen.

Ei η Permanentmagnet 69 ist so in Bezug auf das Vakuumgefäß 51 angeordnet, daß das magnetische Feld des Magnoten 69 durch die einzelnen Anodenzellen 55 hindurch verläuft, und zwar im wesentlichen in Achsrichtung derselben.

An der anderen Seite des becherförmigen Vakuumgefäßes 52 ist eine öffnung für den Pumpstutzen 76 vorgesehen, dessen Innendurchmesser der gewünschten Pumpgeschwindigkeit entsprechend gewählt ist. Der Pumpstutzen 66 steht mit dem Apparat in Verbindung, der evakuiert werden soll. '

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 und 9 befinden sieh die Zerstäubungskathode 60 und die durchlässige Kathode 59 auf Erdpotential, während die Sammelkathode 61 sich auf einem positiven Zwischenpotential befindet; be ispielsweise kann die Anodenspannung zwischen 3 KV und 10 KV liegen und es kann die Sammelkathode eine Spannung haben» die zwischen 1/4 und 3/4 des Anodenpotentiales liegt. Positive Ionen bilden sich an der Anode 55 und um dieselbe herum und werden von den geerdeten Kathoden 59 und 60 angezogen. Die meisten Ionen werden in Richtung auf die durchlässige Kathode 59 ange-

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zogen und durchsetzen die Öffnungen dieser Elektrode und treffen auf die Sammelkathode 61 mit einer Energie, welche dem Spannungsunterschied zwischen der Anode und der Kathode 61 entspricht. Durch das positive Zwisohenpotantial an dieeer Elektrode werden die positiven Ionen verzögert, so daß sie. auf die Kollektorkathode 61 mit geringer Energie auftreffen, wodurch es sich ergibt, daß die Ionen in dieser Elektrode eingegraben werden und nur sehr wenig Zerstäubung an der S ammelkathode 61 auftritt.

Die Ionen, welche auf die Zerstaubungskathode 60 auftreffen, tun dies mit größerer E nergie und es ergibt sich eine wesentliche Zerstäubung an dieser Elektrode, da der Potentialunterschied derselben gegenüber der Anode groß ist. Das von der Zerstaubungskathode 60 herrührende zierstäubte Material wird von der Kathode 60 in Art einer cosinus-ähnlichen Verteilung abgelenkt und gelangt zurück durch die Anodenzellen 55» durch die Öffnungen in der durchlässigen Kathode.59 und überdecken die Ionen, welche die Koll'ektorkathode 61 getroffen heben. Dieses Überdecken bzw, (Eingraben des zerstäubten liateriales hat zur Folge, daß eine beträchtliche Menge Gas eingegraben wird, insbesondere in-ertes Gas, welches nicht ch emisch gebunden wird, da solches Gas keine Verbindungen mit anderen Elementen eingeht. -

Bei den AusfÜhrungsformen gemäß den figuren 10 bis 13 sind drei Elektroden vorgesehen, die drei verschiedene Potentiale führen; ■ es handelt sich dabei um e'in stark positives Anodenpotential, ein niedriges Potential der zerstäubenden Kathode, die üblicherweise

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geerdet wird und die Ionen mit großer Energie aufnimmt und an der d er Zerstäubungsvorgang erfolgt, und ein Zwischen potential an der Sammelelektrode, an der nützliche Ionenströme auftreten, wobei jedoch die Energie der die Sammelkathode treffenden Ionen so g ering ist, daß sich nur geringes Zerstäuben ergibt. Die das Zwischenpotential führenden Elektroden sind dem Material ausgesetzt, welches an der Kathode zerstäubt wird und es bildet sich ein solcher Materialbelag. In Fig. 10 befindet sich eine zellenförmige Anode 71 zwischen zwei zerstäubenden Kathodenplatten 72. Die ζ ellenförmige Anode 71 ähnelt der zellenförmigen Anode der Figuren 8 und 9, wobei jedoch nur die Wandungen 71' der äußeren An odenzellen durchlässig für das Gas sind. Weiterhin sind zwei ringförmige Sammelkathoden 73 in dem Raum zwischen jeder Zerstäubungskathodenplatte 72 und dem äußeren durchlässigen Teil der Anode 71 vorgesehen. D ie Anode 71» die Zerstäubungskathode 72 und die S ammelektrode 73 sind in dem Vakuumgehäuse 51, welches von der Art des in Fig. 8 gezeigten Gehäuses sein kann, in entsprechender Weise befestigt und es werden den Elektroden Potentiale der gleichen Größe zugeführt, wie den entsprechenden Elektroden der Figuren 8 und 9.

Es ergibt sich eine Ionisation an der Anode 71 und um dieselbe herum und die positiven Ionen werden von den Kathoden 72 angezogen und bewirken ein Zerstäuben, indem sie diese Elektroden mit hoher Energie treffen. Die Sammelkathoden 73 sammeln Ionen mit geringerer Energie, so daß an diesen Elektroden nur eine geringe Zerstäubung auftritt. Die Sammelkathoden 73 sind dem an den Zer-

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stäubungskathoden 72 verstäubten Material ausgesetzt, welches durch die durchlässigen Teile der Anode 71 zu der Kollektorelektrode gelangt .

Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß das magnetische Feld besser ausgenutzt werden kann, da eine größere Anode zwischen den Zerstäubungskathoden 72 liegt und die Sammelektroden in der gleichen Ebene wie die Anode angeordnet sind.

In Fig. 11 befindet sich die Anode 75 auf einem hohen positiven . Potential, während die Zerstäubungskathode 76 sich auf Erdpotential befindet und die Kollektorkathode 77 ein Zwischenpotential hat. Die meisten Ionen werden in der Anode 75 und an derselben in bekannter Weise gebildet und durch die auf Erdpotential befindliche Zerstäubungskathode 76 mit hoher Geschwindigkeit angezogen, während die Ionen, welche ν on der Sammelkathode 77' angezogen werden, auf dieselbe mit geringerer Energie auftreten, da die Elektrode nur ein ■positives Potential führt; es ergibt sich daher nur geringe Zerstäubung an derselben und stattdessen graben sich die Ionen in dem reaktiven Material der Elektrode ein. Um eine Wiederabgabe der eingegrabenen Ionen an der Elektrode 77' zu verhindern, deckt das ■ an der Zerstäubungselektrode 76 zerstäubte Material die eingegrabenen Ionen zu.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß aus festem Material bestehende Elektroden eine größere Lebensdauer _c:eben als durchlässige Elektroden oder netzförmige Elektroden.

Die in Fig. 12 dargestellte Anordnung arbeitet im wesentlichen nach dem gleichen Prinzip wie oie Anordnung gemäß F ng 11; die

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Anode 81 befindet sich auf hohem positiven Potential und die Zerstäubungskathode 82 auf Erdpotential und die Sammelkathode 82' auf einem Zwischenpotential, welches positiv ist; auf der Sammel-.kathode 82' werden die Ionen eingegraben und mit zerstäubten Mat erial tiberdeckt, welches an der Zerstäubungskathode 82 zerstäubt wird. Der Unterschied der Anordnung gemäß Pig« 12 liegt darin, daß die Anode kleine Öffnungen in ihren Seitenwandungen hat, so daß mehr Gas Zutritt in die Anodenanordnung hinein hat und auch das zerstäubte Material frei hindurchtreten kanrt.

3?ig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die zellenförmig aufgebaute Anode 91 besteht aus zylindrischen Zellen, die zwischen zwei Platten 92 liegen« Die Kathodenplatten 92 bestehen aus Zerstäubungskathoden 93» die in Bezug auf die Anodenzellen ausgerichtet liegen und Sammelkathoden 94 umgeben, welche isoliert von den Zerstäubungskathodensegmenten 93 unter Anwendung einer Isolierung 95 angeordnet sind»

Die Ausführungsform gemäß Pig. 13 arbeitet nach dem gleichen Prinzip, wie die übrigen Ausführungsformen« Die kleinen eingesetzten Zerstäubungskathoden 93befinden sich auf Erdpotential und ziehen die Ionen"mit größerer Energie an, als die sie umgebenden Kathode^ 92. Das reaktionsfähige Material wird von diesen kleinen Zer*- stäubungskathoden 93, die von den Ionen hoher Energie getroffen werden, zerstäubt und das Material gelangt zu den auf weniger stark negativem Potential, nämlich dem Zwischenpotential, liegenden Kollektor-Kathoden 92, wo die Ionen eingegraben und mit zerstäubten Material überdeckt werden.

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Man erkennt, daß bei der erörterten Anlage die Ionen die geerdete Elektrode mit so hoher Energie treffen, daß ein starkes Zerstäuben stattfindet, während die Ionen, welche die das Zwischenpotential führende Elektrode treffen, verhältnismäßig geringe Energie haben und dort eingegraben werden, wobei diese eingegrabenen Ionen von dem an den geerdeten Zerstäubungselektroden freigemachten Material überdeckt werden. Auf diese Weise werden die Edelgase an der das Zwischenpotential führenden Elektrode eingegraben und durch zer- * stäubtes Material zugedeckt, wodurch die Möglichkeit einer Wiederabgabe der eingegrabenen Ionen, an welchen die edlen Gase ange-Ia gert sind, verr ingert wird.

Im ν erstehenden wurde eine zellenförmig ausgebildete Anodenanordnung im Zusammenhang mit der Erfindung erörtert, es könnten jedoch auch andere Anodenanordnungen Anwendung finden. Beispielswe ise könnte die Anode aus einer Mehrzahl paralleler Platten bestehen, die eine Vielzahl Öffnungen aufweisen, wobei die Öffnungen so a usgerichtet sind, daß eine Vielzahl Glimmentladungswege mit Glimmsäulen sich ergeben, wobei die Glimmsäulen parallel zueinander verlaufen und in Richtung des magnetischen Feldes liegen, welches die Anoden, und zwar· senkrecht zu den Kathodenplatten durchsetzt. Die plattenförmigen Anoden können durch zwei übliche Stützen getragen werden, die an Metallklammern 56' wie vorstehend erörtert wurde, befestigt sind.

Patentansprüche;

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Claims (10)

- si- · Ί4Η5Β6 Patentansprüche

1. Mit ionischer Entladung arbeitende Vakuumpumpe, bei der eine auf hohem positiven Potential gehaltene Anode und eine auf Erdpotential gehaltene zur Zerstäubung gelangende Elektrode vorgesehen sind und eine Magnetenanordnung quer zur Anodenanordnung und zu der zu zerstäubenden Elektrode ein Magnetfeld erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf einem Zwischenpotential gehaltene Auffangelektrode vorgesehen ist und zwischen den genannten Elektroden im Betrieb eine Glimmentladung erzeugt wird.

2. A nordnung nach Anspruch 1, unter Anwendung einer zellenförmig aufgebauten Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenanordnung eine Vielzahl Öffnungen, die in einer Richtung quer zum magnetischen PeId verteilt sind, aufweist und daß Kathodenteile gegenüber den offenen Enden der Anodenzellen und im Abstand von denselben a ngeordnet sind und zwischen den genannten Kathodenteilen und der A nodenanordnung Gitterelektroden vorgesehen sind, wobei die Öffnungen der Anodenanordnung eine Vielzahl sich in d er gleichen Richtung wie das magnetische feld erstreckender getrennter G-limmentladungsstrecken bilden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische feld durch einen außerhalb des Pumpengenauses angeordneten Permanentmagneten erzeugt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der aus zerstäubendem Material

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bestehenden Kathodenanordnung eine weitere aus reaktivem Material bestehende Kathodenanordnung zum Sammeln der zerstäubenden Partikel vorgesehen ist, und daß durch das Bombardement der ersten Kathodenanordnung mit positiven Ionen hinreichender Geschwindigkeit Ionen auf die zweite Kathodenanordnung übergehen, wobei die die zweite Kathodenanordnunb treffenden Ionen eine so geringe Geschwindigkeit haben, daß keine wesentliche Zerstäubung der genannten Kathodenanordnung auftritt und Ionen, welche die zweite Kathodenanordnung treffen, auf derselben festgehalten werden.

5» Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchlässige Kathode, welche das gleiche Potential wie die erstgenannte Kathode führt, zwischen der Anode und der zweiten Kathode vorgesehen ist, zu dem Zwecke die Ionenströmung zu der zweiten Kathode zu vergrößern.

6. Anordnung η ach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anodenanordnung bildenden Flächen eine große Anzahl öffnungen aufweisen, zu dem Zwecke, den Zutritt zerstäubten Materiales zu erleichtern.

7·Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,mit einer aus einer Vielzahl rechteckiger Zellen bestehenden AnodenanorÄnung, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Außenseite der Anodenanordnung liegenden Zellen für das Gas durchlässige Öffnungen aufweisen und kürzer als die in der Mitte der Anodenanordnung liegenden Zellen sind, und daß zwei Kathoden an den beiden Seiten der Anodenanordnung und im Abstand von

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derselben angeordnet sind und zwei Auffangkathoden zwischen den genannten Kathoden und der Anode angeordnet sind und die Auffangkathode in derselben Ebene wie die inneren Anodenzellen liegen,und daß zwischen den Auffangkathoden und den erstgenannten Kathoden bei Anlegung der Betriebsspannung eine Glimmentladung erzeugt wird, wobei die erstgenannten Kathoden geerdet sind und die Auffangkathoden ein Zwischenpotential erhalten.

8. A nordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl zerstäubender Kathoden so angeordnet »ied, daß sie mit der Mittellinie eines jeden an der Anode sieh bildenden Entladungeweges ausgerichtet sind, und daß eine ein mittleres Potential führende Sammelelektrode die genannten zur Zerstäubung gelangenden Kathoden umschließt und von derselben isoliert ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkathode und die zur Zerstäubung gelangenden Kathoden in derselben Ebene liegen.

10. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Seite der durch Zellen mit durchbrochenen Seitenwandungen gebildeten Anode eine Kathode vorgesehen ist, uie sich iait stangenförmigen Fortsätzen in L ängsrichtung in die Zellen der Anode hinein erstreckt, und daß die stangenförmigen Fortsätze von einem Gitter umgeben sind, welches an einer an der anderen Seite der Anoden-

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