DE2311083A1 - Zerstaeubungsionenpumpe - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. HANS BEGRICH · DIPL-ING. ALFONS WASMEIER

REGENSBURG 3 · LESSINGSTRASSE 1 0

Patentanwälte Begrich · Wasmeier, 8400 Regensburg 3, Postfach 11 An das

Deutsche Patentamt 8 München 2

Telefon 09 41/21986 Bayer. Staatsbank, Regensburg 507 Postscheckkonto: München 89369 Telegramme: Begpatent Regensburg

Ihr Zeichen

Ihre Nachricht vom

In der Antwort bitte angeben Unser Zeichen

V/p 7601

^Ta<> 5· März 1973 W/He

VEECO INSTRUMENTS INC., Terminal Drive, Plainview, New York 11803,

USA

Zerstäubungsionenpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf Ionenpumpen und insbesondere auf Verbesserungen in elektronischen Vakuumpumpen mit KaItkathodenentladung, die auf dem Prinzip der Ionenzerstäubung arbeiten. Bei solchen Pumpen werden Gasmoleküle ionisiert und die Ionen unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes beschleunigt, um eine Zerstäubungselektrode aus reaktivem Material zu bombardieren. Die ionisierten Moleküle treffen auf die Elektrodenoberfläche auf und bewirken ein Ablösen oder Zerstäuben geringer Mengen an reaktivem Material, wobei das zerstäubte Material einen dünnen FiIm auf einer Getterfläche ausbildet, wodurch die Gasmoleküle eingegangen werden und damit der Pumpmechanismus entsteht. Detaillierte Erläuterungen dieser Erscheinung können der ausführlichen Literatur entnommen werden.

309837/0480

5.3.1973 W/He - 2 - V/p 7601

Allgemein gilt, daß die Leistung von Ionenpumpen von der Ionisationsgeschwindigkeit abhängt. Bei hohem Vakuum ist die Anzahl von für die Ionisierung zur Verfügung stehenden Molekülen verhältnismäßig gering, so daß die Pumpleistung begrenzt wird.

Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung der Niederdruckpump einrichtung von Zerstäubungsionenpumpen mit Entladung und wenigstens einer reaktiven Zerstäubungskathode vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Atomquelle hoher Ausbeute mit einem Material hohen Dampfdruckes aufgeheizt wird, damit Atome in der Dampfphase erzeugt werden, und daß die Atome in die Entladung eingeführt werden, damit eine Ionisierung unddamit ein Bombardement der Zerstätoungskathode erhalten wird, woraus sich eine wesentliche Zunahme der Zerstäubung ergibt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Zerstäubungsionenpumpe mit Entladung und wenigstens einer reaktiven Zerstäubungskathode vorgeschlagen, bei der eine weitere Elektrode aus einem Material mit einer Atomquelle hoher Ausbeute und hohen Dampfdruckes vorgesehen ist.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbildung mit der Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch und teilweise im Schnitt die Ansicht einer verbesserten Ionenpumpe gemäß vorliegender Erfindung.

Die Ionenpumpe besitzt ein Gehäuse 10 mit einem Einlaß 11 in eine Pumpkammer 13, in der die Pumpelemente untergebracht sind. Die Pumpelemente schließen in herkömmlicher Weise eine zellenförmige Anode 15» die aus einer Vielzahl von axial zueinander ausgerichteten Anodenzellen 14· bestehen, und eine Zerstäubungselektrode 16, die auf einer Seite der Anode 15 angeordnet ist, mit ein. Die Elektrode 16, die aus reaktivem Gettermaterial,

309837/0480

5.3.1973 W/He - 3 - V/p 7601

z.B. Titan, aufgebaut ist, ist in Form einer flachen Platte dargestellt, die sich etwa parallel zur größeren Ebene der Anode 15 erstreckt und eine senkrechte Oberfläche für die axialen Entladungen der einzelnen Anodenzellen 14 ergibt.

Eine Hochspannungsquelle 18 ist mit der Anode 15 über einen Isolator 21 verbunden, während der Zerstäubungselektrode 16 mit einem niedrigeren Potential, das als Erde dargestellt ist, über einen Isolator 22 verbunden ist. Zwei Magnetkernstücke und 20, die außerhalb des Gehäuses 10 einander gegenüberliegend angeordnet ist, bauen ein Magnetfeld B in der Kammer 13 auf, das axial zu den Anodenzellen 14 in der gezeigten Richtung verläuft.

Geht man davon aus, daß der Druck in der Kammer 13 auf 10 Torr oder darunter gebracht worden ist, ist der übliche Betrieb der Ionenpumpe wie folgt. Beim Aufbau eines genügend hohen Potentiales an der Anode 15 in bezug auf die Zerstäubungskathode 16 wird eine Entladung erzeugt, die bewirkt, daß Elektronen von der Kathode zur Anode gelangen. Das Magnetfeld verhindert jedoch, daß Elektronen auf die Anode auftreffen, bewirkt jedoch, daß sie vorwärts und rückwärts oszillieren. Bei dieser Bewegung kollidieren sie mit Molekülen des zu evakuierenden Gases, die in dem Raum zwischen den beiden Elektroden vorhanden sind, wodurch die Moleküle in positive Ionen umgewandelt werden, die von der negativ geladenen Zerstäubungselektrode 16 angez/iogen werden. Die ionisierten Partikel treffen auf die Zerstaubungselektrode auf, wodurch reaktives Material von der Kathodenoberfläche zerstäubt und als dünner Film hauptsächlich auf der Anodenfläche niedergeschlagen wird. Die Getterwirkung dieses dünnen reaktivem Filmes stellt den Hauptmechanismus dar, aufgrund dessen Gasmoleküle gepumpt werden. Es ist im Pumpbetrieb entscheidend, daß dieser dünne reaktive Film durch Zerstäuben fortlai fend erneuert wird.

3088 3 7/0 4 80

5.3.1973 W/He - 4- - V/p 7601

Bei niedrigen Drücken steien verhältnismäßig wenig Moleküle zur Ionisierung und Zerstäubung zur Verfügung.

Gemäß der Erfindung ist die Ionenpumpe mit einer getrennten Quelle hoher Ausbeute an Metallatomen in der Gasphase zur Ionisierung und Zerstäubung mit einem Metall mit verhältnismäßig hohem Dampfdruck, z.B. Magnesium oder Mangan versehen. Das Metall hohen Dampfdruckes wird aufgeheizt, damit es Atome in der Dampfphase erzeugt, die bei der Entladung zur Zerstäubung ionisiert werden. Eine örtliche Erhitzung wird zweckmäßigerweise durch die Pumpentladung erzielt.

In der Zeichnung ist die metallische Quelle hohen Dampfdruckes als zweite Elektrode 17 ausgebildet, die über den Isolator mit Erde verbunden ist. Die Elektrode 17 hohen Dampfdruckes ist in Form einer flachen Platte dargestellt, die parallel zu der Zerstäubungselektrode 16 auf der entgegengesetzten Seite der Anode 15 angeordnet ist.

Man hat festgestellt, daß die getrennte Atomquelle, die durch die Metallelektrode hohen Dampfdruckes vorgesehen ist, eine verbesserte Leistung über den gesamten Pumpbetriebbereich ergibt. Im Gegensatz zu dem zu erwartenden Ergebnis hat das Vorhandensein des Materiales hohen Dampfdruckes in der Vakuumkammer keinen beschränkenden Einfluss auf die erzielbaren Drücke.

309837/0480

Claims (1)

1. 5.3.1973 W/He - 5 - V/p 7601

   Patentansprüche:

   l.J Verfahren zur Verbesserung der Niederdruckpumpeinrichtung von Zerstäubungsionenpumpen mit Entladung und wenigstens einer reaktiven Zerstäubungskathode, dadurch gekennzeichnet, daß eine Atomquelle (17) hoher Ausbeute mit einem Material hohen Dampfdruckes aufgeheizt wird, damit Atome in der Dampfphase erzeugt werden, und daß diese Atome in die Entladung eingeführt werden, damit eine Ionisierung und damit ein Bombardement der reaktiven Zerstäubungskathode (16) erhalten wird, woraus sich eine wesentliche Zunahme der Zerstäubung ergibt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß MaHgnesium, das das Material hohen Dampfdruckes darstellt, aufgehazt wird, damit Dampfatome erzeugt werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mangan, das das Material hohen Dampfdruckes darstellt, aufgeheizt wird, damit Dampfatome erzeugt werden.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Material hohen Dampfdruckes durch die Pumpentladung aufgeheizt wird.

   5. Zerstäubungsionenpumpe mit Entladung und wenigstens einer reaktiven Zerstäubungskathode, gekennzeichnet durch eine weitere Elektrode (17) aus einem Material mit einer Atomquelle hoher Ausbeute und hohen Dampfdruckes.

   6. Zerstäubungsionenpumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (17) aus Magnesium besteht.

   7. Zerstäubungsinnenpumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (17) aus Mangan besteht.

   309837/0480

   5.3.1973 W/He - 6 - V/p 760

   8. Zerstäubungsionenpumpe nach. Anspruch 5> 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (17) elektrisch mit der Zerstäubungskathode verbunden ist.

   309837/0480