一种溅射离子泵制造技术

一种新型溅射离子泵结构，属于真空电子设备领域。其包括：一真空容器，该真空容器里加正电位的阳极(例如金属圆筒)壁上至少有一个孔。被抽真空的气体分子可穿过孔，避免从部件间隔绕行，快速直接地进入阳极筒体，提高与筒内的高速自由电子碰撞几率和速度，弹入阴极被掩埋，缩短了抽真空时间。这种结构呈现出比无孔阳极的溅射离子泵具有更高的抽气速率和抽真空效率。

【技术实现步骤摘要】
一种溅射离子泵
本专利技术涉及一种溅射离子泵，尤其涉及一种具有新型阳极结构的溅射离子泵。
技术介绍
溅射离子泵是一种真空泵。传统的溅射离子泵是在真空容器内设置阳极、阴极，两外侧夹有永磁铁，产生高强度磁场。阳极(常以圆筒形状)上加数千伏高的正电位，阴极材料常制成金属钛(Ti)板，两块平行钛板接地。气体分子进入泵中，与在强大的电场和磁场作用下高速螺旋转动运动着的电子碰撞而被离子化。气体分子被电离后形成的正离子加速向两端阴极板运动，被阴极捕捉，被掩埋入阴极，同时也产生溅射，被溅射出的金属(钛)原子埋到阳极的表面上。由于磁场的存在，阴极放电可维持在极低的压强下。大量的钛原子被轰击出来，沉积在阳极筒壁上和阴极板上。电子在空间与气体分子碰撞产生正离子和二次电子，产生的电子继续与气体分子碰撞产生新的正离子和电子。由此使容器内气体浓度降低，达到排气抽真空的目的。溅射离子泵内，磁场中高速运动的电子碰撞容器中气体分子使其离子化，而弹向接地阴极，被埋入极片，是抽真空的本质。所以，气体分子能否快速进入容器内碰撞作用区域，与高速螺旋运动的电子相撞，与抽真空的速度密切相关。传统的溅射离子泵的阳极通常采用数排圆筒联壁构成。由于阳极圆筒壁的阻挡，气体分子需要绕过阳极壁，沿着阳极和和阴极之间的间隙，进入阳极圆筒口内，才能撞上高速电子发生离子化。由此，无缝的圆筒侧壁降低了气体分子与高速电子碰撞的几率，延长了抽真空的时间，也就降低了抽真空的效率。因而，传统的溅射离子泵抽到高真空度所需要的时间较长，效率需要提高，提供一种具有新型阳极结构的高效溅射离子泵，是很有必要的。溅射离子泵的应用领域包括电子扫描显微镜、高能物理、质谱分析、半导体领域等。
技术实现思路
现研制出一种溅射离子泵的新型阳极结构，能够有效地缩短抽真空时间，提高抽速，降低成本，改善稳定性。这种新型结构工艺简单可行，具有工业实用价值，易于推广，而且对于正在生产中的溅射离子泵也可进行改造升级。该专利技术采用新型阳极结构，在阳极侧面壁上增加数排孔，可让空气直接进入阳极筒内，缩短了进入碰撞区域的路径，使得电子在高能量区域与气体分子碰撞的几率大大增加，缩短了抽真空的时间。阳极壁上增加孔，不改变电场和磁场的强度和分布，也就不影响容器内高速旋转运动的电子与气体分子碰撞产生气体离子的机理，不改变抽真空的本质。阳极除了常用的圆筒状结构，在圆筒壁上开有数排孔；也可以采用平板状结构，平板上有数排孔，数片平板联结成一构件；阳极也可以采用波纹片状结构，在波纹片壁上有数排孔；阳极也可以采用网状结构，在网壁上有数排孔。设阳极电压为7KV，阴极接地为0V。于阳极部件上加有正高位，靠近阳极中间部位的电子速度高，动能大，快速以螺旋旋转方式往两端靠近接地的阴极方向运动，行程中与气体分子碰撞发生气体分子电离。气体离子则分别弹向两侧接地的阴极，被掩埋入阴极。气体被碰撞而离子化的概率越高，埋入极板的离子越多，真空就抽的越快。阳极壁上开有孔，正是提高了气体分子从进气口进入容器的速度，也就加快了抽真空的速度。从而，在阳极壁上加开孔改变了泵的结构，而溅射离子泵的抽真空本质没有根本性改变，却因为气体分子长驱直入与电子碰撞的区域，与飞速旋转的电子碰撞，加大了离子化机会，缩短了抽真空的时间，提高了效率。对于三极(Triodeelement)溅射离子泵，阳极接地，阴极加负电位。阳极壁上开孔，也有着加快抽气的作用。【附图说明】图1是传统25升/秒溅射离子泵气体绕行进入一个无孔阳极圆筒轨迹示意图图2是溅射离子泵气体直接进入一个有孔阳极圆筒轨迹示意图图3是溅射离子泵气体直入有孔阳极离子化轨迹示意图图4是溅射离子泵开孔圆筒展开布局孔径尺寸示意图图5是溅射离子泵气体进入有孔阳极缩短钛板间距效果示意图图6是溅射离子泵气体进入有孔阳极圆筒缩小尺寸效果示意图图7是溅射离子泵气体进入有孔阳极平板缩小尺寸效果示意图图8是溅射离子泵有孔阳极圆筒整体结构示意图图9是溅射离子泵有孔阳极圆筒结构示意图图10是溅射离子泵有孔阳极平板结构示意图图11是三极型溅射离子泵结构改型和原理示意图【具体实施方式】下面将结合示意图详细举例说明
技术实现思路
及其带来的效果。图1是传统25升/秒溅射离子泵内部示意图。该真空容器内数个阳极为直径20mm、高度1英寸(25.4mm)的金属圆筒，圆筒壁上没有孔。设阳极为5排圆筒，分别具有87878个园筒错位联结。两块阴极钛板之间距离为56mm。空气需要在阳极和阴极之间绕行再进入到容器内。如图所示，有的气体分子几经曲折才进入与电子的碰撞区域，有的气体分子可能被圆筒碰壁反弹回来。气体分子被离子化的过程受到曲折会有所加长，影响了抽真空的速度。图2是溅射离子泵气体直接进入一个有孔阳极圆筒轨迹示意图。与图1进行比较，由于圆筒壁上加了孔，气体分子从进气口进来大多直接穿过孔进入容器，避免了绕行，从而缩短了气体分子进入与电子相遇的时间，加大了与电子碰撞的几率，快速被离子化和埋入阴极的过程。图3是溅射离子泵气体直入有孔阳极离子化轨迹示意图。电子在电场和磁场作用下高速螺旋转动前进，气体分子与电子碰撞后被离子化，弹向两侧接地的阴极极板。由于空气直接穿过孔进入容器，避免了绕行，所以加大了气体分子与电子碰撞的机会，加速了气体分子的离子化进程。图3中，该真空容器内阳极由5排以87878个圆筒错位联结，圆筒直径20mm、高度1英寸(25.4mm)。每个圆筒壁上有5排直径3mm间隔2mm的孔。阴极钛板之间距离为56mm。气体分子直接穿过孔进入容器，大大加快了与电子碰撞的速度，缩短了抽真空的时间。图4是溅射离子泵开孔阳极圆筒展开布局孔径尺寸示意图。阳极圆筒为直径20mm、高度1英寸(25.4mm)的金属圆筒。圆筒壁面展开后长62.83mm，宽25.4mm。每个圆筒壁上有3排直径3.5mm间隔1mm的孔洞。阳极圆筒壁上总共排列65个孔，占空比达39.4％。大多空气可以不受阻碍直接穿过孔进入容器，于是提高了抽气效率。图5是溅射离子泵气体进入有孔阳极缩短钛板间距效果示意图。在该图中，阴极钛板的尺寸为160x80mm，两块钛板之间距离由传统的56mm缩短为36mm。由于阳极壁上开孔，气体的进入途径加大，阳极圆筒与钛板之间距离可适当缩短，整个泵的体积也相应减小，成本也会下降。图6是溅射离子泵气体进入有孔阳极圆筒缩小尺寸效果示意图。溅射离子泵的真空容器内阳极为直径16mm、高度20mm的金属圆筒，每个圆筒有直径为2mm的圆孔，6排孔排列，共5排圆筒错位平行排列。阳极圆筒上加电压+7KV。钛板尺寸160x80mm，电位为0V，两块平行的钛板之间距离36mm。阳极圆筒口距离钛板8mm。气体抽气口直径38mm，抽气法兰直径70mm。空气入口处连接成喇叭口弧状渐变过渡结构，增大空气平滑进入容器的口径。此例中，圆筒高度20mm，直径16mm。孔直径2mm，间隔1mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溅射离子泵，其包括：一真空容器，该真空容器内进一步设置包括带有至少一个孔或开有缺口于阳极壁上；其特征在于，进一步包括带高正电位的阳极壁上开有孔，不限于孔的形状、大小、数量、排列方式，它起到利于空气直接进入真空容器的作用。/n

【技术特征摘要】
1.一种溅射离子泵，其包括：一真空容器，该真空容器内进一步设置包括带有至少一个孔或开有缺口于阳极壁上；其特征在于，进一步包括带高正电位的阳极壁上开有孔，不限于孔的形状、大小、数量、排列方式，它起到利于空气直接进入真空容器的作用。


2.根据权利要求1所述的溅射离子泵，其特征是，真空容器内采用的阳极为圆筒状、平板状、波纹状、栅网状、蜂窝状结构形状，由数个相同或不同的部件构成。


3.根据权利要求1所述的溅射离子泵，其特征是，阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：费宗莲，
申请(专利权)人：费宗莲，
类型：新型
国别省市：北京;11