JPH075061A - 真空計 - Google Patents

真空計

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JPH075061A
JPH075061A JP16530192A JP16530192A JPH075061A JP H075061 A JPH075061 A JP H075061A JP 16530192 A JP16530192 A JP 16530192A JP 16530192 A JP16530192 A JP 16530192A JP H075061 A JPH075061 A JP H075061A
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vacuum
cathode
space
magnetic field
current
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JP16530192A
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English (en)
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Tatsuo Asamaki
立男 麻蒔
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Abstract

(57)【要約】 【目 的】 直交する電界と磁界のある空間を用い
て、高感度で真空を測定する際、前記空間の電位分布を
測定し、空間の電荷、ひいては回転電流を測定すること
により、高信頼化された、高感度真空計を得る。 【構 成】 陽極21の近くに直交する電界25と磁
界54を設定し、探針61により電位分布を測定して空
間電荷ひいては空間に存在する電流を測定し、これとイ
オンコレクター71に流入する電流により真空度を測定
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は,真空計に関し,特に
極高真空など,極めて高度な真空を測定したり,放電を
用いた各種処理装置の処理空間での圧力測定を行う場合
に適用して特に効果がある。
【0002】
【従来の技術】真空計で最も信頼度の高いのは,B−A
ゲージなどに代表される電離真空計である,しかし,こ
れには感度が低い欠点がある。一方ペニング真空計など
に代表される,電界と磁界が直交する空間の放電を利用
した真空計(以下単にマグネトロン真空計),例えばペ
ニング真空計やマグネトロン真空計などがある。これら
は感度は高いが信頼度が低いといった欠点がある。さら
に,マグネトロン真空計の放電空間にある回転電流を測
定してマグネトロン真空計の信頼度を向上させた真空計
(例えば,特願開平−2−218933及び特願平3−
91801)があるが,これは,回転電流から電力を取
り出したりするため,放電を乱すなどの欠点があった。
【0003】
【この発明の課題と目的】この発明の課題と目的はマグ
ネトロン真空計の信頼度を向上して,高感度・高信頼度
真空計を提供することにある。また,きわめて簡契な構
造により,ガス放出の少ない真空計の提供にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】電離真空計の信頼度が高
いのは,真空度を示すイオン電流の原因となる電子電流
を測定して(原因を知って)真空を測定(結果を知る)
しているからである。マグネトロン真空計ではイオン電
流の原因となる陽極の周囲を回転する回転電流の測定が
困難なため測定していないからである。四転電流の変化
を,真空度の測定に反映出来ないことにある。しかる
に,四転電流は,マグネトロン放電空間に存在する空間
電荷(この場合,電子を中心とする負空間電荷)に起因
する。空間電荷密度分布ρと空間の電位Vは,空間の誘
電率をε0 とするとポアソンの方程式で与えられる。即
ち, ▽2V=div gradV=(−1/ε0)ρ これから明らかなことは,空間の電位分布を測定すれ
ば,電荷密度ρの分布したがって回転電流を知ることが
出来る。こうして信頼度の向上を行うことが出来る。真
空度の補正には,いろいろな方法があるが,上述の方法
が原点である。最も簡契な方法は,空間の特定の点の電
位VS を一定に保ち,これによりほぼρあるいは回転電
流を一定に保ち(電離真空計の電子電流を一定に保つよ
うに),この原因から生ずる結果,即ちイオン電流を測
定し真空度を算出するようにすると,高信頼度・高感度
真空計を実現できる。特定の点の空間電位VS は,陰極
の電子放射量(即ち陰極温度),磁界あるいは電界の1
つあるいは2つあるいは3つとも変化させることにより
行うことが出来る。また,電位分布の変化から回転電流
の変化を測定,真空度(例えばイオン電流から測定し
た)を補正してもよい。電位分布の測定にはいろいろな
方法がある。例えば下記の論文にも詳しく述べられてい
る。 ペニング放電場内電位分布のプローブによる直接測定;
麻蒔,応用物理38巻(1969)338頁 さらに,電位分布は,イオンコレクターに流入する電流
の分布によっても知ることが出来る。イオンコレクター
を分割しておき,これに流入する電流比を測定し,電位
分布を知り,前述のように回転電流を測定して,真空度
を信頼度高く測定することが出来る。この方法は,電場
や磁場を殆ど乱さないので,極めて望ましい方法の一つ
でもある。この電流比は,前述の比の他に(両者の差)
/(両者の和)などいろいろな方法がある。電位分布を
与えるものであればなんでもよい。
【0005】
【実施例】次にこの発明を図面を用いて詳しく説明す
る。第1図から第4図に示すこの発明の実施例において
10は真空容器,11は接続管,12は外筒,13は端
子板である。20は陽極機構で,21は陽極,22は陽
極リード線,23は必要により取り付ける陽極端板であ
る。30は陰極機構で,31は熱陰極でタングステン線
あるいは酸化物陰極などが用いられる。32は陰極端
板,33は端板取付金具,35及び36は陰極リード
線,37は補護金具で,陰極で発生する正イオンがイオ
ンコレクター71に流入するのを防いでいる。38は,
この真空計を冷陰極で運転する場合の陰極を示す,34
は陰極電源,39は陰極電源変圧器である。50は磁界
設定機構で,51はヨーク,52,53は永久磁石,5
4は磁界調節コイルである。60は電位分布測定機構で
61は探針,62は探針リード線,63は探針の先端の
み露出する絶縁カバー,64は陰極端板32に設けられ
た窓である。さらに他の点の電位も知りたい場合には,
他の点に探針を設けるとよい,その例が611探針,6
31絶縁カバー,641窓である。探針61と611で
さらに精度の高い電位分布を得ることが出来る。探針の
位置をかえながら測定をするとよい。70はイオン電流
測定機構で,直交する電界(矢印25)と磁界(矢印5
4)の空間で生成したイオンによる電流を測定する。7
1はイオンコレクタ,72はリード線である。80は電
気系で制御と測定を行う。81は熱陰極制御装置で,探
針61の示す空間電位が所定の電位より高い場合には回
路83,84を通して,熱陰極電圧が上昇し熱電子の放
射を増加する。その結果空間には,負電荷が増加し空間
電位VS は低下して元の値に戻るように働く。また,こ
の信号は回路85を通して磁界制御装置82に送られ,
磁界調整コイル54の電流を増加して,電子の空間に閉
じ込められる量を増大して,やはりVS を低下させ,元
の値に戻すように働く。さらにこの信号は,四路86を
通して陽極電源24に送られ陽極電圧を低下させるよう
に働く。電位VS が低下し過ぎる場合は,この逆に働
く。これらは,別々でも同時でも,あるいは3つの中か
ら2つ選んでもよい。望ましくは,まず第一に電子の放
射量を増加するのがよい。それは空間に電子が不足した
のであるから,それを補充するのが空間の電子状態を一
定に保つのに最適だからである。次に磁界の調節であ
る。電子を閉じ込める作用であるので電子状態をそんな
に大きく乱すことはない。陽極電圧の調節は空間の電子
状態を大きく変化させるので適度に行うのがよい。この
場合(陽極電位)n/(VS)n(nは実験的に定め0.
5〜5くらいである)として計算するのもよい。25は
陽極電流計,73はイオンコレクタ電流計である。
【0006】次にこの真空計の運転について説明する。
運転法は前述のごとく沢山あるが,その主なものについ
て説明する。陽極直径28mm,陽極の軸方向の長さ36
mm,陽極電圧3KV,磁束密度0.1テスラで運転し,
探針に直径0.035mmのタングステン線を用い,第2
図のdを5mm,第1図のLを7mmとした場合,VS ≒1
000V(陰極に対して正)であった。圧力を低下する
(真空度を上げる)につれて,VS は上昇し陽極電圧の
方に近づいた。これは空間から電子が不足するためで,
熱陰極電圧を増大し電子の量を増加してVS を1000
Vに保つようにして運転する,他の真空計を較正しつ
つ,運転すると,広い圧力範囲においてイオン電流計7
3の値は圧力に比例し所期の結果を得た。これはイオン
電流の原因となる回転電流を,空間電荷密度を一定にす
ることにより一定に制御出来たことにある。こうして高
い信頼度のマグネトロン真空計を提供できた。イオン電
流も7×10-7Torrで,18μAを得ることが出来た。
これは,通常の電離真空計,即ち感度計数10A/Torr
と比較すると1800倍の感度である(但し電離真空計
の電子電流を1mAとした場合である)。こうして,高
信頼度・高感度マグネトロン真空計を提供出来た。この
測定が最も簡契な方法である。さらに圧力を低下する
と,熱陰極電圧の増加だけでVS を一定に制御出来なく
なることがある。その場合磁束密度を増加し,最後に陽
極電圧を調節するのがよい。
【0007】この真空計は,空間電位VS を一定にする
ためには,熱陰極電圧を変化させる必要がある。その変
化量から真空度を求めることも出来る。こう云う運転法
もある。同様に陽極電圧と熱陰極電圧を一定に保ち,V
S を一定に保つための磁界調節コイル54の電流変化か
ら真空度を測定してもよい。また,熱陰極電圧を変化さ
せなくとも,空間電位Vの変化からρの変化を求め(理
論的にでも実験的にでもよい),ρ即ち回転電流の減少
分(或は増大分)だけ,Ii の減少(或は増大)を補正
して真空度を測定してもよい。探針の電位測定は,放電
空間を乱すおそれがかなりある。その場合,第4図に示
すように,周期T毎に探針のポテンシャルを空間のポテ
ンシャルVS からVb だけ(Vb は正でも負でもよい)
偏らせてもよい。なお,この実施例を逆 マグネトロン
(熱陰極31の位置に棒状の陽極をおき,陽極21を陰
極電位で使う)で運転する場合,311の位置にコイル
あるいは線状の熱陰極をおくとよい。熱陰極は従来から
よく知られているように,ヘアピン形,長いコイル形な
ど各種の形状を用いることが出来る。
【0008】第5図には,イオンコレクタ71と陰極3
1との関係の別の実施例を示してある。この実施例で
は,イオンコレクタ71に突起711を設けると共に,
陰極リード線を曲げてある。熱陰極の温度の高い部分か
ら発生する負イオンのイオンコレクタへの流入を避ける
ためである。
【0009】第6図には,磁界設定機構の別の実施例を
示してある。ポールピース55を用いて陽極21の軸方
向の磁界を発生している。
【0010】第7図には,ペニング形にこの発明を適用
した実施例を示してある。
【0011】第8図には,マグネトロン形にこの発明を
適用した別の実施例を示してある。この実施例では,探
針612を陰極端板の背部に設けてある。この実施例で
は,探針612の放電空間の電位分布への影響を無視で
き,望ましい実施例である。なお探針は612のように
板状あるいは線状(図示してない)にしてよいことは云
うまでもない。また,複数カ所に設けたり,同心円状に
複数のリングを設け(例えば,612は1つの中心探
針,その外にドーナツあるいはリング状の電極,さらに
その外に・・・と云った具合に)各電極に流入する電流
の値,それらの比,差などから電位分布を測定すること
が出来る。探針の電位は,第9図に示すように,その電
位Vを変化(正を陽極電位方向にとってある)させると
電流は図のiに示すように変化する。測定は,左方の平
坦なところAの部分が望ましいが本質的にはどこでもよ
い。
【0012】第10図には,イオンコレクタ71を多数
に分割(711〜713のように)し,これに流入する
電流の分布を測定する実施例を示してある。各イオンコ
レクタの電位は,実験的に最適に設定するのが望ましい
が,同電位でもよい。さらにその背部に,714,71
5のように別のイオンコレクタを設けてもよい。
【0013】以上は何ら限定的な意味を持つものではな
く,更に多数の変形が可能であることは云うまでもな
い。各実施例は相互に各実施例に含まれた要素を互いに
交換することが出来る。例えば,第8図の実施例の探針
は,第7図や第1図の実施にも適用出来ると云うよう
に。さらに,ペニング放電とその応用であるペニング真
空計やペニング形スパッタ,正逆マグネトロンや熱陰極
マグネトロンに関する各種の論文や著書が発明の実施に
当たり大いに役立つことも云う迄もない。また,X線効
果が問題になるような場合には,下記文献の1.2.2
気体の電離現象を利用する全圧計(161頁)に示され
たエキストラクター真空計などが大いに参考になる。 実用真空技術総覧:塙輝雄編,(株)産業技術サービス
センター1990年11月26日発行 同様に次の文献364頁(3)エクストラクターゲージ
とヘルマーゲージ以降の文書も大いに参考になる。 真空技術ハンドブック:金持徹編,日刊工業新聞社19
90年3月31日発行
【0014】
【発明の効果】以上説明したように,この発明の真空計
によれば,真空度を,高感度で且つ高信頼度で測定する
ことが出来る。
【0015】
【図面の簡単な説明】
図1、図2、図3および図4はこの発明の実施例を示す
図で、図1は立面図、図2は図1の2−2´断面を示す
図、図3は回路図、図4は探針の電位の運転の一例を示
す図、図5は別の実施例を示す図、図6は磁界設定機構
の別の実施例を示す図、図7はペニング形の実施例を示
す図、図8はマグネトロン形の実施例を示す図、図9は
探針の電位の変化の例を示す図、図10は別の実施例を
示す図、図11は図10の3−3´断面を示す図であ
る。
【符号の説明】
10 真空容器 20 陽極機構 21 陽極 30 陰極機構 31 熱陰極 50 磁界設定機構 60 電位分布測定機構 70 イオン電流測定機構 80 電気系
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年11月24日
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図1】
【図2】
【図3】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部を真空に出来る真空容器,前記真空
    容器の内部に設けられた陰極機構,前記陰極機構内に設
    けられた陰極の表面の少なくとも一部に並行な磁界を設
    定する磁界設定機構,前記陰極の表面の少なくとも一部
    に垂直な電界を発生する電源,前記陰極と陽極との間の
    電位分布を測定する電位分布測定機構,前記電位分布測
    定機構の測定結果を予め定められた標準値と比較し,真
    空度を測定する真空計。
  2. 【請求項2】 電位分布測定機構の測定結果と予め定め
    られた標準値と比較し,陰極の電子放射量,磁界及び電
    界の3つの量のうち少なくとも一つを変更し真空度を測
    定することを特徴とする請求項1記載の真空計
  3. 【請求項3】 陰極の電子放射量及び磁界のうち少なく
    とも一つを変更し,電位分布をほぼ一定に保ち,イオン
    電流測定機構によりイオン電流を測定して真空度を測定
    する請求項2記載の真空計
JP16530192A 1992-06-01 1992-06-01 真空計 Pending JPH075061A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0711687A1 (en) 1994-11-08 1996-05-15 Kabushiki Kaisha Tokai-Rika-Denki-Seisakusho Preloader apparatus
JP2009128276A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Shinku Jikkenshitsu:Kk 電離真空装置
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