JP2005302377A - スパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で排気効率が高く、磁界シールド特性の向上したスパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置を提供する。
【解決手段】SIP50は、ポンプ容器51と、永久磁石54と、第1陰極55aと、第2陰極55bと、陽極56と、磁性体59と、を備えている。ポンプ容器51は、磁性の金属からなり、一端が閉塞された筒状に形成されている。永久磁石54は、ポンプ容器51内の閉塞された一端に設けられている。第1陰極55aは永久磁石54上に設けられ、第2陰極55bはこの第1陰極に間隔を置いて対向配置されている。陽極56は第1陰極55aと第2陰極55bとの間に設けられている。磁性体59は、第2陰極55bに対して第1陰極55aの反対側に対向して設けられているとともにポンプ容器51と一体に形成され、閉磁路を形成している。
【選択図】 図3
【解決手段】SIP50は、ポンプ容器51と、永久磁石54と、第1陰極55aと、第2陰極55bと、陽極56と、磁性体59と、を備えている。ポンプ容器51は、磁性の金属からなり、一端が閉塞された筒状に形成されている。永久磁石54は、ポンプ容器51内の閉塞された一端に設けられている。第1陰極55aは永久磁石54上に設けられ、第2陰極55bはこの第1陰極に間隔を置いて対向配置されている。陽極56は第1陰極55aと第2陰極55bとの間に設けられている。磁性体59は、第2陰極55bに対して第1陰極55aの反対側に対向して設けられているとともにポンプ容器51と一体に形成され、閉磁路を形成している。
【選択図】 図3
Description
この発明は、スパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置に関する。
近年、陰極線管(以下、CRTと称する)に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な平面型表示装置が開発されている。このような平面型表示装置には、液晶の配向を利用して光の強弱を制御する液晶ディスプレイ(以下、LCDと称する)、プラズマ放電の紫外線により蛍光体を発光させるプラズマディスプレイパネル(以下、PDPと称する)、電界放出型電子放出素子の電子ビームにより蛍光体を発光させるフィールドエミッションディスプレイ(以下、FEDと称する)、表面伝導型電子放出素子の電子ビームにより蛍光体を発光させる表面伝導電子放出ディスプレイ(以下、SEDと称する)などがある。
例えばFEDやSEDでは、一般に、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は真空の外囲器を構成している。前面基板には蛍光面が形成されているとともに、背面基板には、蛍光面を励起する電子源として複数の電子放出素子が設けられている。このようなFEDやSEDでは、表示装置の厚さを数mm程度にまで薄くすることができ、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されているCRTと比較して、軽量化、薄型化を達成することができるとともに、省電力化を達成することができる。
上記のような表示装置において、電子放出素子を安定して動作させるためには、外囲器内を10−7〜10−8Torr程度の極めて高い真空度に維持する必要がある。また、PDPにおいても一度真空にしてから放電ガスを充填する必要がある。そこで、真空外囲器内にゲッターを配置して高真空を維持する表示装置、更には、真空外囲器にスパッタイオンポンプ(以下、SIPと称する)を接続し長期間に渡って高真空度を維持する表示装置が提案されている(例えば、特許文献1)。
SIPの一例を挙げると、内部が真空に維持されているとともに表示装置に接続されたポンプ容器と、ポンプ容器の外側に設けられた永久磁石とを備えている。ポンプ容器内には、陰極と陽極とが対向して設けられている。陰極はチタン板等により形成され、陽極の両側に設けられている。また、永久磁石は陰極と直交する磁界を発生する。
磁石により磁界を印加した状態で陽極と陰極との間に3〜5kVの高電圧を印加すると、電子がガス分子に射突し放出ガスを電離させる。この電離により発生したガスプラスイオンがチタン板からなる陰極に射突し、そのエネルギによりチタンをスパッタさせる。これにより、陽極面に活性なチタン膜が形成される。そして、放出ガス中の中性分子や励起された分子がチタン膜に入射して吸着排気される。このようなSIPの排気動作により、表示装置の真空外囲器内を10−8以下の高真空度に維持することができる。
このように、SIPでは電子がガス分子に射突する確率を増やすため、ポンプ容器の外部に設置された永久磁石によって磁界を形成し、電子の自由工程軌道を長くする方法がとられている。磁界の強さは、ポンプの排気速度に影響し、磁界が強いほど排気速度が大きくなる。ここで、同じ特性の永久磁石を使用する場合、磁石の開口距離が短いほど電極内での磁界は強くなる。
特開平5−121012号公報
上記SIPにおいて、ポンプ容器が非金属で形成されている場合、ポンプ容器の壁厚分だけ陰極と永久磁石との間に隙間ができ、その分、永久磁石の開口距離が長くなって排気効率の低下を招く。また、上記SIPは磁気的にシールドされておらず、漏洩磁界が発生する。そのため、上記SIPは、漏洩磁界を嫌う装置との組合せに不向きとなる。さらに、永久磁石が大型となり、ポンプ取り付け時の作業性、安全性等に難があるとともに、表示装置全体の小型化の妨げとなる。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、小型で排気効率が高く、磁界シールド特性の向上したスパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の態様に係るスパッタイオンポンプは、磁性の金属からなり、一端が閉塞された筒状のポンプ容器と、前記ポンプ容器内で前記一端に設けられた永久磁石と、前記永久磁石上に設けられた第1陰極およびこの第1陰極に間隔を置いて対向配置された第2陰極と、前記第1陰極と第2陰極との間に設けられた陽極と、前記第2陰極に対して前記第1陰極の反対側に対向して設けられているとともに前記ポンプ容器と一体に形成され、前記ポンプ容器とともに閉磁路を形成した磁性体と、を備えていることを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係るスパッタイオンポンプは、ガラスで形成されたポンプ容器と、前記ポンプ容器内に配置された陰極および陽極と、前記ポンプ容器内でポンプ容器と前記陰極との間に設けられた永久磁石と、前記ポンプ容器内に、前記陰極、陽極、および永久磁石を囲んで設けられ、閉磁路を形成するヨークと、を備えていることを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係るスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置は、蛍光面を有した前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともに前記蛍光面を励起する複数の電子放出素子が設けられた背面基板と、を有し、内部が真空に維持された真空外囲器と、前記真空外囲器に取付けられ、この真空外囲器内部を排気するスパッタイオンポンプと、を備え、前記スパッタイオンポンプは、磁性の金属からなり、一端が閉塞された筒状のポンプ容器と、前記ポンプ容器内で前記一端に設けられた永久磁石と、前記永久磁石上に設けられた第1陰極およびこの第1陰極に間隔を置いて対向配置された第2陰極と、前記第1陰極と第2陰極との間に設けられた陽極と、前記第2陰極に対して前記第1陰極の反対側に対向して設けられているとともに前記ポンプ容器と一体に形成され、前記ポンプ容器とともに閉磁路を形成した磁性体と、を有していることを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係るスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置は、蛍光面を有した前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともに前記蛍光面を励起する複数の電子放出素子が設けられた背面基板と、を有し、内部が真空に維持された真空外囲器と、前記真空外囲器に取付けられ、この真空外囲器内部を排気するスパッタイオンポンプと、を備え、前記スパッタイオンポンプは、ガラスで形成されたポンプ容器と、前記ポンプ容器内に配置された陰極および陽極と、前記ポンプ容器内でポンプ容器と前記陰極との間に設けられた永久磁石と、前記ポンプ容器内に、前記陰極、陽極、および永久磁石を囲んで設けられ、閉磁路を形成するヨークと、を有していることを特徴としている。
この発明によれば、小型で排気効率が高く、磁界シールド特性の向上したスパッタイオンポンプおよびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係るSIPを備えたFEDについて詳細に説明する。
図1および図2に示すように、FEDは、それぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板11、および背面基板12を備え、これらの基板は1〜2mmの隙間を置いて対向配置されている。背面基板12は前面基板11よりも大きな寸法に形成されている。そして、前面基板11および背面基板12は、矩形枠状の側壁18を介して周縁部同士が接合され、内部が真空状態に維持された扁平な矩形状の真空外囲器10を構成している。
図1および図2に示すように、FEDは、それぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板11、および背面基板12を備え、これらの基板は1〜2mmの隙間を置いて対向配置されている。背面基板12は前面基板11よりも大きな寸法に形成されている。そして、前面基板11および背面基板12は、矩形枠状の側壁18を介して周縁部同士が接合され、内部が真空状態に維持された扁平な矩形状の真空外囲器10を構成している。
真空外囲器10の内部には、前面基板11および背面基板12に加わる大気圧荷重を支えるため、複数の板状の支持部材14が設けられている。これらの支持部材14は、真空外囲器10の一辺と平行な方向にそれぞれ延在しているとともに、上記一辺と直交する方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。なお、支持部材14は板状に限らず、柱状のものを用いてもよい。
前面基板11の内面には、蛍光面として機能する蛍光体スクリーン16が形成されている。この蛍光体スクリーン16は、赤、緑、青の蛍光体層、およびこれらの蛍光体層間に位置した光吸収層を並べて構成されている。蛍光体スクリーン16上にはメタルバック層17が形成されている。
背面基板12の内面上には、蛍光体スクリーン16の蛍光体層を励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電子放出素子22が設けられている。背面基板12の内面上には、導電性カソード層24が形成され、この導電性カソード層上には多数のキャビティ25を有した二酸化シリコン膜26が形成されている。二酸化シリコン膜26上にはゲート電極28が形成されている。各キャビティ25内にはコーン状の電子放出素子22が設けられている。また、背面基板12の内面には、多数本の配線23がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器10の周縁部に引出されている。
背面基板12と側壁18との間は、低融点ガラス19によって封着されている。前面基板11と側壁18との間は封着層21によって封着されている。
図2および図3に示すように、真空外囲器10の背面基板12には、真空外囲器内部の放出ガスを排気するSIP50が設けられている。SIP50は、磁性の金属からなるポンプ容器51を有している。ポンプ容器51は一端が閉塞された筒状に形成されている。ポンプ容器51は、ガラスからなる背面基板12にフリットガラス40で接着され、その内部は真空外囲器10の内部に連通し真空に維持されている。ポンプ容器51の側面には開口部52が形成されている。この開口部52にはポンプ容器51内を気密に閉塞する絶縁体53が設けられている。絶縁体53は、一端が閉塞された筒状に形成され、セラミックス等の絶縁材料で形成されている。
ポンプ容器51内には、永久磁石54、第1陰極55a、第2陰極55b、および陽極56が設けられている。永久磁石54はポンプ容器51の閉塞された一端に設けられている。この永久磁石54はポンプ容器51と一体に形成されている。第1陰極55aは永久磁石54上に固定されている。この実施の形態において、第1陰極55aは永久磁石54の略全面に接触した状態で永久磁石に固定されている。第2陰極55bは第1陰極に所定の間隔を置いて対向配置されている。陽極56はステンレス等の金属により筒状に形成され、第1陰極55aおよび第2陰極55bの間に設けられている。より詳しくは、陽極56は、軸方向両端を第1陰極55aおよび第2陰極55bにそれぞれ対向して配設されている。
絶縁体53は給電端子57aおよび端子57bを支持している。給電端子57aは開口部52を通して陽極56に接続されている。給電端子57aは、ポンプ容器51の開口以外の面に絶縁体53を介して固定されている。図示しないが、端子57bは開口部52を通して第2陰極55bに接続されている。真空外囲器10の外部に設けられた電源58から給電端子57aおよび端子57bを介して、第2陰極55bには相対的に負の電圧が印加され、陽極には、相対的に正の電圧が印加される。
また、ポンプ容器51内には、例えば板状の磁性体59が設けられている。磁性体59は第2陰極55bに固定され、この第2陰極に対して第1陰極55aの反対側に対向して設けられている。また、磁性体59はポンプ容器51と一体に形成されている。この磁性体59は、永久磁石54、第1陰極55a、第2陰極55b、およびポンプ容器51とともに閉磁路を形成している。磁性体59および第2陰極55bには、これらの一部を貫通して延びた通気孔61が設けられている。
上記のように構成されたSIPによれば、動作時、第1陰極55aおよび第2陰極55bと直交する方向に磁界を印加した状態で、電源58から第2陰極55bと陽極56との間に3〜5kVの高電圧を印加する。すると、ポンプ容器51内において、電子がガス分子に射突し放出ガスを電離させる。この電離により発生したガスプラスイオンが例えばチタン板からなる第1陰極55aに射突し、そのエネルギによってチタンをスパッタさせる。これにより、陽極56の表面に活性なチタン膜が形成される。そして、放出ガス中の中性分子や励起された分子がチタン膜に入射して吸着し排気される。このようなSIP50の排気動作によって真空外囲器10内の放出ガスを排気し、真空外囲器内を10−8以下の高真空度に維持する。
なお、図3に示すように、永久磁石54、第1陰極55a、第2陰極55b、磁性体59、およびポンプ容器51により閉磁路71が形成され、永久磁石54の発生磁界は閉磁路を通る。このため、永久磁石54の発生磁界の外部への漏洩を抑制することができる。
以上のように構成されたSIPによれば、永久磁石54はポンプ容器51内に設けられ、第1陰極55aに隣接して配置されている。そのため、永久磁石をポンプ容器51の外側に設けた場合と比較して、永久磁石57と第1陰極55aとの距離を短くすることができる。従って、SIP50の排気速度を大きくでき、排気効率を最大にすることが可能となる。また、永久磁石54をポンプ容器51の外部に設ける必要がなく、ポンプの小型化、組立作業性の向上を図ることができる。
ポンプ容器51および磁性体59は磁性材料で形成されていることから、永久磁石54、第1陰極55a、第2陰極55b、磁性体59、およびポンプ容器51によって磁気的閉回路を形成し、漏洩磁界をシールドすることができる。そのため、漏洩磁気を嫌う装置と組み合せてSIPを使用する場合、大きな効果を発揮する。
給電端子57aはポンプ容器51の開口部52を通り絶縁体53に支持されているため、陽極56に高圧の電圧を良好に印加することができる。
上記FEDによれば、SIP50により真空外囲器10内を高い真空度に維持することができ、長期間に渡って安定した表示品位を維持することが可能となる。
上記FEDによれば、SIP50により真空外囲器10内を高い真空度に維持することができ、長期間に渡って安定した表示品位を維持することが可能となる。
更に、上記FEDによれば、SIP50は永久磁石54を有しているが、図4に示すように、SIPは、永久磁石54と、磁性体59および第2陰極55bの間に設けられた他の永久磁石60と、を有していても良い。これにより、第1陰極55aおよび第2陰極55bと直交する方向の磁界をより強化でき、SIP50の排気速度をより大きくできる。
次に、この発明の他の実施の形態に係るSIPを備えたFEDについて詳細に説明する。この実施の形態において、FEDを構成する真空外囲器は上述した真空外囲器10と同様に構成されているため、以下、SIPについて詳細に説明する。
図5に示すように、SIP50は、ガラスにより形成されたポンプ容器51を有している。ポンプ容器51は閉塞した一端と開口した他の一端とを有した筒状に形成されている。ポンプ容器51は、ガラスからなる背面基板12にフリットガラス40で接着され、その内部は真空外囲器10の内部に連通し真空に維持されている。ポンプ容器51内には、磁性の金属として、例えば、鉄からなるヨーク62が設けられている。
ヨーク62はポンプ容器51と接合されている。ヨーク62は閉塞されたポンプ容器51の一端に対向して設けられた第1板部62aと、この第1板部に所定の間隔を置いて対向配置されているとともにポンプ容器の開口を塞ぐように設けられた第2板部62bと、を有している。第1板部62aおよび第2板部62bは一体に形成されて構成されている。ヨーク62には開口部63が形成されている。
ポンプ容器51内には、第1板部62a上に永久磁石54が設けられている。より詳しくは、永久磁石54はポンプ容器51と第1陰極55aとの間に設けられている。また、ポンプ容器51内には、第1陰極55a、第2陰極55b、および陽極56が設けられている。第2板部62bは第2陰極55bに固定され、この第2陰極に対して第1陰極55aの反対側に設けられている。ここで、ヨーク62は、永久磁石54、第1陰極55a、第2陰極55b、および陽極56を囲んで設けられ、永久磁石54、第1陰極55a、および第2陰極55bとともに閉磁路71を形成している。
開口部63と対向したポンプ容器51は、給電端子57aを支持している。給電端子57aは、開口部63を通して陽極56に接続されている。第2板部62bおよび第2陰極55bには、これらの一部を貫通して延びた通気孔64が設けられている。ここで、通気孔64はヨーク62の内部と外部とを連通して設けられていることは言うまでもない。
以上のように構成されたSIPによれば、永久磁石54はポンプ容器51内に設けられ、第1陰極55aに隣接して配置されている。そのため、永久磁石をポンプ容器51の外側に設けた場合と比較して、永久磁石57と第1陰極55aとの距離を短くすることができる。従って、SIP50の排気速度を大きくでき、排気効率を最大にすることが可能となる。また、永久磁石54をポンプ容器51の外部に設ける必要がなく、ポンプの小型化、組立作業性の向上を図ることができる。
SIP50を背面基板12に接着する場合、ガラスからなるポンプ容器51は背面基板12に容易に接着することができる。背面基板12にはヨーク62を直接接着させる必要はないため、ヨークを形成する材料の選択幅を広げることができる。
ヨーク62は磁性の金属で形成されていることから、永久磁石54、第1陰極55a、第2陰極55b、およびヨーク62によって磁気的閉回路を形成し、漏洩磁界をシールドすることができる。そのため、漏洩磁気を嫌う装置と組み合せてSIPを使用する場合、大きな効果を発揮する。
給電端子57aはヨーク62の開口部63を通りポンプ容器51に支持されているため、陽極56に高圧の電圧を良好に印加することができる。
更に、上記FEDによれば、SIP50は永久磁石54を有しているが、SIPは、永久磁石54と、第2板部62bおよび第2陰極55bの間に設けられた他の永久磁石と、を有していても良い。これにより、第1陰極55aおよび第2陰極55bと直交する方向の磁界をより強化でき、SIP50の排気速度をより大きくできる。
更に、上記FEDによれば、SIP50は永久磁石54を有しているが、SIPは、永久磁石54と、第2板部62bおよび第2陰極55bの間に設けられた他の永久磁石と、を有していても良い。これにより、第1陰極55aおよび第2陰極55bと直交する方向の磁界をより強化でき、SIP50の排気速度をより大きくできる。
この実施の形態において、他の構成は上述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略した。
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、ポンプ容器51内には、予め磁界を発生させる永久磁石54を配設したが、これに限らず、磁性体を配設した後、この磁性体を着磁して永久磁石を構成しても良い。
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、ポンプ容器51内には、予め磁界を発生させる永久磁石54を配設したが、これに限らず、磁性体を配設した後、この磁性体を着磁して永久磁石を構成しても良い。
SIP50の各構成要素の形状、材質等は上述した実施の形態に限らず、必要に応じて種々選択可能である。電子放出素子22は、電界放出型の電子放出素子に限らず、pn型の冷陰極素子あるいは表面伝導型の電子放出素子等の他の電子放出素子を用いても良い。
この発明は、FEDに限定されることなく、SED等の他の画像表示装置にも適用することができる。
この発明は、FEDに限定されることなく、SED等の他の画像表示装置にも適用することができる。
10…真空外囲器、11…前面基板、12…背面基板、16…蛍光体スクリーン、22…電子放出素子、50…SIP、51…ポンプ容器、52,63…開口部、53…絶縁体、54…永久磁石、55a…第1陰極、55b…第2陰極、56…陽極、57…給電端子、59…磁性体、60…他の永久磁石、61,64…通気孔、62…ヨーク、62a…第1板部、62b…第2板部。
Claims (10)
- 磁性の金属からなり、一端が閉塞された筒状のポンプ容器と、
前記ポンプ容器内で前記一端に設けられた永久磁石と、
前記永久磁石上に設けられた第1陰極およびこの第1陰極に間隔を置いて対向配置された第2陰極と、
前記第1陰極と第2陰極との間に設けられた陽極と、
前記第2陰極に対して前記第1陰極の反対側に対向して設けられているとともに前記ポンプ容器と一体に形成され、前記ポンプ容器とともに閉磁路を形成した磁性体と、
を備えたスパッタイオンポンプ。 - 前記ポンプ容器の開口以外の面に絶縁体を介して固定された給電端子を有している請求項1に記載のスパッタイオンポンプ。
- 前記磁性体と第2陰極との間には他の永久磁石が設けられている請求項1または2に記載のスパッタイオンポンプ。
- 前記磁性体および第2陰極を貫通して延びた通気孔を備えている請求項1または2に記載のスパッタイオンポンプ。
- 前記磁性体、他の永久磁石、および第2陰極を貫通して延びた通気孔を備えている請求項3に記載のスパッタイオンポンプ。
- ガラスで形成されたポンプ容器と、
前記ポンプ容器内に配置された陰極および陽極と、
前記ポンプ容器内でポンプ容器と前記陰極との間に設けられた永久磁石と、
前記ポンプ容器内に、前記陰極、陽極、および永久磁石を囲んで設けられ、閉磁路を形成するヨークと、
を備えたスパッタイオンポンプ。 - 前記ポンプ容器は、閉塞した一端と開口した他の一端とを有した筒状に形成され、
前記ヨークは、前記ポンプ容器の前記一端に対向して設けられた第1板部と、この第1板部に間隔を置いて対向配置されているとともに前記ポンプ容器の開口を塞ぐように設けられた第2板部と、を有し、
前記第2板部には、前記ヨークの内部と外部とを連通した通気孔が設けられている請求項6に記載のスパッタイオンポンプ。 - 前記陰極は前記永久磁石上に設けられた第1陰極およびこの第1陰極に間隔を置いて対向配置された第2陰極を有し、
前記陽極は筒状に形成され、軸方向両端を前記第1陰極および第2陰極にそれぞれ対向させて配設されている請求項6または7に記載のスパッタイオンポンプ。 - 前記ヨークに形成された開口部と、前記開口部を通して前記陽極に接続された給電端子と、を有し、前記給電端子は、前記開口部と対向したポンプ容器に支持されている請求項6ないし8のいずれか1項に記載のスパッタイオンポンプ。
- 蛍光面を有した前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともに前記蛍光面を励起する複数の電子放出素子が設けられた背面基板と、を有し、内部が真空に維持された真空外囲器と、
前記真空外囲器に取付けられ接続され、この真空外囲器内部を排気する請求項1ないし9のいずれか1項に記載のスパッタイオンポンプと、
を備えた画像表示装置。
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---|---|---|---|---|
JP2009238648A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Toshiba Corp | スパッタイオンポンプ |
WO2023128438A1 (ko) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 포항공과대학교 산학협력단 | 이온 펌프 |
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2004
- 2004-04-07 JP JP2004113318A patent/JP2005302377A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009238648A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Toshiba Corp | スパッタイオンポンプ |
WO2023128438A1 (ko) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 포항공과대학교 산학협력단 | 이온 펌프 |
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