本发明专利技术公开了一种微型溅射离子泵等离子体诊断装置。本发明专利技术通过设置一个密闭空间，引用朗缪尔探针，配合采用固定流导法，实现了对微型溅射离子泵正常工作时的内部空间电子温度和电子数密度进行检测。同时，利用电机、丝杠、滑块、朗缪尔探针之间的配合，实现了朗缪尔探针在容纳泵腔体内上下移动，进而实现了测量泵内部不同位置的电子温度和电子数密度。此外，通过引入气体微流量计，实现对容纳泵腔体及测试罩内部的压力调节，实现获得不同压力下的电子温度和电子数密度。的电子温度和电子数密度。的电子温度和电子数密度。
【技术实现步骤摘要】
一种微型溅射离子泵等离子体诊断装置及诊断方法
[0001]本专利技术涉及一种微型溅射离子泵等离子体诊断装置及诊断方法，属于真空测量前沿
技术介绍
[0002]随着科技的发展，溅射离子泵的应用在航天产品、电子器件、科学仪器领域应用越来越广泛，并朝着小型化微型化的方向发展。如质谱计、原子钟及高精度静电悬浮加速度计中均需微型溅射离子泵提供高真空来维持工作。这也对微型建设离子泵的设计和研究提出了更严格的要求。而微型溅射离子泵结构很小也增加了测量的难度。
[0003]溅射离子泵的优点是结构简单、操作维护容易、无油污染、高真空时耗电量小及便于安装。微型溅射离子泵的结构是单个阳极桶，配合阴极板，两端放置永磁体，工作时阳极筒加高压，正常工作时内部气体电离就形成了等离子体。
[0004]等离子体诊断方法分为接触法和非接触法两大类。接触法包括郎缪尔探针法、阻抗测量法等，一般用来对大范围、均匀分布等离子体参数进行诊断；非接触法有微波透射法、光谱法、激光诊断法、质谱法、顺磁共振法、电荷收集器法、Thomso散射法等，一般用来对小范围或非均匀等离子体进行精确诊断。
[0005]目前已经展开了很多对微型溅射离子泵的研究与抽速测量工作，但对其内部等离子体真正的分布与变化尚未有一个准确的测量结果，微型溅射离子泵结构很小也增加了测量的难度，而该测量对微型溅射离子泵结构与性能的改进是有帮助的。因此有必要设计一种可以准确测量微型溅射离子泵内部等离子体的分布与变化的装置。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术的目的是提供了一种微型溅射离子泵等离子体诊断装置及诊断方法。可以通过朗缪尔探针对微型溅射离子泵正常工作时的内部空间电子电流与离子电流进行检测。朗缪尔探针可前后上下移动，测量泵内部不同位置的电子电流与离子电流。通过流量计改变测试罩内压力，测量不同工作状态下微型溅射离子泵的电子电流与离子电流。
[0007]一种微型溅射离子泵等离子体诊断装置，包括：角阀、分子泵、机械泵、等离子体诊断器和容纳泵腔体；
[0008]其中，角阀的一端顺次连接分子泵和机械泵，角阀的另一端与容纳泵腔体连接；容纳泵腔体上设有磁悬浮转子计和第一阀门；第一阀门通过供气管路与气体微流量计连接；容纳泵腔体与等离子体诊断器中的法兰盖的底部固定；
[0009]等离子体诊断器包括电机、上部支架、滑块、光杆、底部支架、法兰盖和朗缪尔探针；其中，法兰盖通过螺栓与容纳泵腔体固定连接，法兰盖上均匀分布多根接线柱，微型溅射离子泵通过接线柱悬挂在容纳泵腔体中，并得到供电；底部支架为轴心带通孔的圆柱体结构，且部分圆柱体穿过法兰盖上设置的通孔，处于容纳泵腔体内；底部支架未处于容纳泵腔体内圆柱体的端面向外侧延伸形成平台；光杆为两个L型光滑圆柱杆，光杆长边的端部与
所述底部支架的平台固定，短边的端部与位于法兰盖上方的电机固定；电机底部接有丝杠，丝杠与上部支架通过螺纹连接；上部支架与滑块固定，滑块卡在光杆上；波纹管的一端与滑块连接，另一端与底部支架密封连接；朗缪尔探针的一端固定在滑块的底部，另一端通过波纹管、底部支架通孔伸入微型溅射离子泵侧边空隙中。
[0010]较佳地，还包括测试罩，测试罩位于角阀和容纳泵腔体之间，且与角阀和容纳泵腔体连通；容纳泵腔体上的磁悬浮转子计、第一阀门和第二阀门均设在测试罩上。
[0011]较佳地，所述测试罩上还设有第二阀门，第二阀门与电离真空计连接，用于测量测试罩内压力。
[0012]较佳地，所述容纳泵腔体上还设有第二阀门，第二阀门与电离真空计连接，用于测量容纳泵腔体内压力。
[0013]较佳地，所述朗缪尔探针为钨丝材质，探针前端直径0.175毫米。
[0014]较佳地，所述底部支架上焊有垫片，垫片的另一端焊接波纹管。
[0015]本专利技术还提供一种采用上述诊断装置的诊断方法，
[0016]步骤一、采用机械泵与分子泵对容纳泵腔体进行抽气，测试前需要先进行烘烤，同时接通微型溅射离子泵电源，对泵进行除气；
[0017]步骤二、烘烤结束后，待温度降至室温，关闭角阀，使微型溅射离子泵独自工作，对容纳泵腔流导法体抽气；微型溅射离子泵工作稳定后，采用固定流导法测量微型溅射离子泵抽速S；
[0018]步骤三、根据获得微型溅射离子泵抽速S，式中I是微型溅射离子泵工作时的电流；P是被抽气体压力；
[0019]步骤四、调节好压力后，接通朗缪尔探针与电机，电机工作，通过丝杠的旋转调节朗缪尔探针深入到微型溅射离子泵内部空间的一点上；
[0020]步骤五、朗缪尔探针收集微型溅射离子泵内部空间的电子电流与离子电流；得到伏安特性曲线；通过薄鞘层理论或者柴尔德鞘层理论，计算得到电子温度和电子数密度；其中，电子温度：
[0021][0022]式中V
p1
、V
p2
是在电压为P1和P2时的空间电位；I
p1
、I
p2
是在电压为P1和P2时的离子电流；kT
e
是等离子体的电子温度，e是电子电量，为已知量；
[0023]电子数密度：
[0024][0025]式中n
e0
为电子数密度；I
e0
电子电流；A
p
为探针的表面积。
[0026]较佳地，通过调节电机，实现朗缪尔探针的上下移动，利用所述诊断方法，获得不同位置的电子温度和电子数密度。
[0027]较佳地，通过调节气体微流量计，改变微型溅射离子泵抽速S，获得不同压力下的电子温度和电子数密度。
[0028]有益效果：
[0029]1、本专利技术通过设置一个密闭空间，引用朗缪尔探针，配合采用固定流导法，实现了对微型溅射离子泵正常工作时的内部空间电子温度和电子数密度进行检测。同时，利用电机、丝杠、滑块、朗缪尔探针之间的配合，实现了朗缪尔探针在容纳泵腔体内上下移动，进而实现了测量泵内部不同位置的电子温度和电子数密度。此外，通过引入气体微流量计，实现对容纳泵腔体及测试罩内部的压力调节，实现获得不同压力下的电子温度和电子数密度。
[0030]2、为了能够普适性，本专利技术还引入了测试罩，避免因为溅射离子泵体积过大而导致空间不够的情况出现。
[0031]3、由于磁悬浮转子计量程有限，本专利技术引入了电离真空计，当磁悬浮转子计超量程后，则可使用电离真空计测量测试罩内压力，在不使用时，可以通过第二阀门将电离真空计隔离。
附图说明
[0032]图1是本专利技术微型溅射离子泵等离子体诊断装置结构示意图。
[0033]图2a是本专利技术中与测试罩连接的等离子诊断器内部示意图。
[0034]图2b是本专利技术中与角阀连接的等离子诊断器内部示意图
[0035]图3是本专利技术采用普通溅射离子泵等离子体诊断装置结构示意图。
[0036]其中，1—角阀，2—分子泵，3—机械泵，4—等离子体诊断器，5—容纳泵腔体，6—测试罩，7—气体微流量计，8—本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微型溅射离子泵等离子体诊断装置，其特征在于，包括：角阀(1)、分子泵(2)、机械泵(3)、等离子体诊断器(4)和容纳泵腔体(5)；其中，角阀(1)的一端顺次连接分子泵(2)和机械泵(3)，角阀(1)的另一端与容纳泵腔体(5)连接；容纳泵腔体(5)上设有磁悬浮转子计(9)和第一阀门(10)；第一阀门(10)通过供气管路(8)与气体微流量计(7)连接；容纳泵腔体(5)与等离子体诊断器(4)中的法兰盖(22)的底部固定；等离子体诊断器(4)包括电机(13)、上部支架(15)、滑块(16)、光杆(18)、底部支架(20)、法兰盖(22)和朗缪尔探针(23)；其中，法兰盖(22)通过螺栓与容纳泵腔体(5)固定连接，法兰盖(22)上均匀分布多根接线柱(21)，微型溅射离子泵(24)通过接线柱(21)悬挂在容纳泵腔体(5)中，并得到供电；底部支架(20)为轴心带通孔的圆柱体结构，且部分圆柱体穿过法兰盖(22)上设置的通孔，处于容纳泵腔体(5)内；底部支架(20)未处于容纳泵腔体(5)内圆柱体的端面向外侧延伸形成平台；光杆(18)为两个L型光滑圆柱杆，光杆(18)长边的端部与所述底部支架(20)的平台固定，短边的端部与位于法兰盖(22)上方的电机(13)固定；电机(13)底部接有丝杠(14)，丝杠(14)与上部支架(15)通过螺纹连接；上部支架(15)与滑块(16)固定，滑块(16)卡在光杆(18)上；波纹管(17)的一端与滑块(16)连接，另一端与底部支架(20)密封连接；朗缪尔探针(23)的一端固定在滑块(16)的底部，另一端通过波纹管(17)、底部支架(20)通孔伸入微型溅射离子泵(24)侧边空隙中。2.如权利要求1所述的微型溅射离子泵等离子体诊断装置，其特征在于，还包括测试罩(6)，测试罩(6)位于角阀(1)和容纳泵腔体(5)之间，且与角阀(1)和容纳泵腔体(5)连通；容纳泵腔体(5)上的磁悬浮转子计(9)、第一阀门(10)和第二阀门(11)均设在测试罩(6)上。3.如权利要求2所述的微型溅射离子泵等离子体诊断装置，其特征在于，所述测试罩(6)上还设有第二阀门(11)，第二阀门(11)与电离真空计(12)连接，用于测量测试罩(6)内压力。4.如权利要求1所述的微型溅射离子泵等离子体诊断装置，其特征在于，所述容纳泵腔...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭美如，成永军，孙雯君，耿健，李亚丽，王晓冬，习振华，任正宜，吴成耀，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。