溅射离子泵的结构及其抽气机理

2022/03/21

溅射离子泵又称潘宁泵，它是靠潘宁放电维持抽气的一种无油清洁超高真空泵。是目前抽惰性气体较好的真空获得设备。

一、溅射离子泵的结构

　　溅射离子泵主要由阳极、阴极、磁场和电源四大部分组成。根据阴极、阳极和电位的不同，可以有好几种不同结构，这里仅介绍最简单的二极型溅射离子泵。

　如图1所示，阳极由多个不锈钢圆筒(或四方格、六方格)组成，放于两块由钛板组成的阴极之间，磁场方向与阴极板垂直，当阳极加上适当高压(对阴极为正电位)时，在阳极小室内产生放电，这种放电在压强低于1Pa时发生，放电可维持到很低的压强。

二、溅射离子泵的抽气机理

　　如图2所示，在每个阳极筒内发生的物理过程，可分解成六个步骤展开说明。

　1、图中A表示在低压下，当阴极和阳极间加上高压时，引起场致发射。

　　2、图中B表示在电、磁场作用下电子作螺旋运动。

　　3、图中C表示电子与气体分子碰撞产生正离子和二次电子，引起雪崩效应。

　　4、图中D表示正离子轰击钛阴极，溅散出钛原子落在阳极筒上，形成新鲜钛膜，也有的落在阴板外围区(β区)。

　　5、图中E表示活性气体与新鲜钛膜反应形成化合物，化学吸附在阳极筒内壁。隋性气体被电离，离子在电场作用下轰击阴极过程中被排出。其排除方式为：(1)离子直接打入阴极表面内或β区(如图中a);斜射的离子切入阴极表面，离子和钛一起被掀掉，埋葬在β区(图中b);(2)离子没打入阴极内，从阴极得一电子恢复为中性原子或分子，反射到阳极内表面被埋掉(图中c)，这叫“荷能中性粒子反射”。

　　6、图中F表示对于氢，由于其质量小，氢离子轰击钛板的溅射产额甚低，氢离子 H2+ 或 H+ 打到钛板上与电子复合变成H原子，然后扩散入钛的晶格内，形成TiH固溶体而被排出。

　　常温下这种固溶体中H2的浓度为0.05%，当温度高于250oC以上时，便又开始分解放出氢。钛大量吸氢后。由于放热反应钛板温度上升，达到250oC以后，除重新释放氢之外并导致钛板晶格膨胀造成龟裂。

　　通常需加大钛板的散热能力来改善溅射离子泵对氢的排除能力。要提高对氢的抽速，需保持钛板表面清洁，选用晶格常数较大的β-Ti或钛合金作为阴极板，或引入与氢可比拟的氩含量。因氩的溅散产额高，可提高对氢的抽速。