真空物理與技術第5章真空獲得（俘獲泵）俘獲泵俘獲機理

將氣體分子吸附到一個表面足夠長的時間溫度表面化學鍵表面有效表面--Capacity!!暴露表面增加面積化學選擇--selectivepumping幾乎所有的材料都可以吸附某種氣體效率：有效表面吸附特種氣體吸附材料大比表面積活性炭沸石(鋁硅酸鹽材料)(Linde5A,Linde13X)原子尺度的孔納米介孔材料分子篩800squaremeters“effectivearea”percc.吸附泵沸石Squaremilesofsurfacearea冷卻到液氮溫度低溫吸附和毛細吸附共同作用吸附泵吸附泵的再生吸附的氣體去哪里了??容量~10立方米吸附泵抽氣特性篩溫降低，可吸附分子增多吸附NeHe程度低于N2分子篩暴露空氣中，氮分壓大大低于氖和氦分壓可被吸附的氣體量和殘余氣體壓強關系吸附泵抽氣特性商品吸附泵工作在10-3-10-1升（工作室容積）/克（吸附劑）范圍極限壓強取決與室溫下被吸附的氮數量抽除氧、氬、二氧化碳特別有效大氣抽除以后的平衡壓強空氣成分吸附泵的使用吸附泵通常需要兩個共同使用一個從大氣開始抽氣-粗真空一個可以達到高真空吸附泵小結優點干凈無噪音沒有氣流沒有電流缺點需要液氮選擇性吸附飽和通常用在UHV系統中低溫泵低溫泵概述俘獲泵低溫抽氣20K以下，絕大多數氣體蒸汽壓可以忽略不計HeH2一個極冷的冰柜20K液He極限壓強最低、抽速最大蒸汽特性抽氣原理

蒸汽特性要達到10-8Torr以下壓強，必須使用LH2或LHe冷卻LH2可以有效凝聚除He,Ne以及本身以外的一切氣體但LH2用途不廣，爆炸LN2可有效冷卻H2O，CO2，但對Ar,O2無能為力LHe成本限制了其使用，但是溫度最低的冷劑300元/L低溫泵結構低溫抽氣陣列室溫下，低溫表面不能直接暴露氣源輻射熱負荷>冷凝熱負荷低溫表面需要不透光具有中間溫度的擋板冷表面二級冷表面H2O蒸汽60KHe和H2抽除困難10K(difficult)He/H2吸附量有限注意保護第二級冷表面遠離容易飽和氣體遠離熱負載無油冷卻液He純度（UltraPure)壓縮機SimilartoarefrigeratorcyclebutdifferentCapacity抽氣能力低溫泵到底能吸附多少氣體？取決于氣體種類和泵的機械結構9000Torr.LH2---alotbutnotinfinite106Torr.LAr空氣/水汽抽速與泵口分子入射率相關取決于吸附與脫附的平衡抽速Ablackholeforwatervapor氣體吸氣表面入射率逃逸率凈抽速單位水蒸汽1級表面15015L/sec.cm2N22級表面上11.98.93L/sec.cm2H22級表面內部45396L/sec.cm2統計數據10’’法蘭盤低溫泵10,000liter/secondH2O1700liters/secondAr4700literspersecondH22000literspersecondN2抽速和分子入射率、氣體分子種類密切相關分類LHe貯槽式12LLHeS(H2)=4500L/s，200Day12LLHeS(H2)=27000L/s，200Day流程式封閉循環（體積龐大，多用于空間模擬）GHe閉環式He壓縮機低溫泵小結優點干凈無油不因突然漏氣而損壞抽速大HV，UHV10－9Torr接近無限大的吸氣能力(除了He,H2)缺點存儲了大量的氣體熱敏感和部分氣體反應壓縮機低溫泵和渦輪分子泵比較干凈無油高真空泵現代半導體工業中廣泛應用低溫泵 中等尺寸與氣體反應貯存氣體渦輪分子泵尺寸小與氣體不反應抽除氣體TypicallyineachapplicationsTypicallyinfilmdepositionapplications典型的低溫泵系統升華泵化學清除p=nkT，壓強正比于氣體分子濃度化學清除蒸發化學活性金屬與容器內氣體發生化學反應，生成化合物收氣劑（消氣劑）蒸散式：依靠高溫蒸散到別的元件上非蒸散式：適當溫度下工作（少量蒸發）蒸散式收氣劑小型電子管抽空到某一真空度后，除氣玻璃除氣溫度(400-500C)下蒸汽壓<1Pa高溫，蒸散到管壁很快蒸發，避免長時間高溫烘烤電子元器件常溫下自動收氣飽和蒸汽壓低于10-5Pa與氣體化合能力強形成的化合物不易分解或被取代常見收氣金屬Mg,Ca,Ba,Al,La系金屬主要用Ba或Ba合金（不會氧化中毒，也不會重新釋氣）非蒸散式收氣劑某些場合不能用蒸散式收氣劑高壓：漏電大功率電子管：溫度高，收氣劑再蒸發微波電子管：增加了極見電容持續抽速->大的蒸發率：Ba,Ma層剝落常見非蒸散式收氣劑鋯價格貴，可能引起爆炸用鋯鋁合金代替鈦升華泵Ti持續蒸發到冷壁上，構成相當抽氣速率的泵鈦絲蒸發器高溫Ti機械強度太差鈦絲、鉬絲纏繞，通電加熱空心鈦鉬合金球，內部白熾鎢絲加熱比抽速O2N2CO10L/cm2活性表面H240L/cm2活性表面不能抽除惰性氣體升華泵可提高真空度約2個數量級離子泵電清除電清除

A＋在電場作用下被驅逐到負極被中和新形成的氣體分子被金屬吸附而不再離開電極實際上降低了空間分子濃度離子泵離子泵基本結構能吸附離子的表面：清潔的，冷的負電表面電子源（W熱陰極）加速電子的陽極離子泵偏壓離子泵的限制超高真空設備對活性氣體和惰性氣體同時起作用表面足夠大，沒有漏氣放氣，極限壓強很低實際很快飽和（擴散的速率低于吸附的速率）抽速慢，1L/s操作擴散泵將離子泵抽至10-5Pa泵體，電極烘烤除氣離子泵工作離子蒸發泵離子泵的限制清潔表面：放電過程不斷補充新的活性表面對惰性氣體抽除能力不強：吸附，沒有反應離子蒸發泵利用離子泵抽氣利用收氣金屬不斷蒸發形成新的表面收氣劑對離子作用遠大于對分子作用新鮮粒狀表面，增強氣體分子向內能徙動結構蒸發器直熱、電子束加熱、陰極濺射電離器二極管、三極管、冷陰極磁放電、熱陰極磁放電蒸發金屬Ti（鈦泵）----不同與鈦升華泵冷鈦泵（濺射離子泵）結構陽極:不銹鋼圓筒陰極:鈦板磁場:平行與陽極筒,0.1-0.2T工作電壓:3-7kV,潘寧放電過程預抽氣到1Pa正離子濺射陰極TiTi在陽極沉積抽氣與Ti反應（化學）擴散到Ti電極內（物理）埋葬（物理）抽氣單元增加層積面積單室抽氣速率1-3L/s50單元極限真空10-9Pa抽速選擇性抽氣壓強高:放電電流大,陽極電壓降低;空間電荷壓強低:繁流初始電子太少磁場氬不穩定惰性氣體抽除能力不強？(物理吸附）有效抽除He（離子埋葬）