Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell 복합 펌프(측면 장착 크라이오패널 및 티타늄 승화 펌프(TSP) 포함)
Agilent Varian 부품 번호 9192640. 이러한 Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell 복합 펌프에는 티타늄 승화 펌프(TSP) 카트리지와 120V 히터가 장착된 측면 장착형 크라이오패널이 있고, 음전압 전위에서 작동하며, 8인치 Conflat 흡기 플랜지가 있고 720l/s의 펌핑 속도를 갖습니다. 질소. 티타늄 승화는 CO, CO2, H2, N2, O2와 같은 매우 높은 게터링 가능 가스, 펌핑 속도를 생성하는 반면 이온 펌핑 메커니즘은 아르곤 및 메탄과 같은 게터링 불가능한 가스를 처리합니다. Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell 복합 펌프에 대한 전체 기술 데이터 및 응용 브로셔(PDF 형식)를 아래에서 다운로드할 수 있습니다. 이 펌프에는 Agilent Varian 부품 번호 9192640이 있습니다.
| 일반적으로 진공 펌프는 펌핑하는 환경에 존재하는 가스 밀도보다 낮은 가스 밀도를 유지하는 방식으로 작동합니다. 이는 분자 흐름 조건에서 분자의 무작위 움직임으로 인해 펌프로 순 가스 이동을 초래합니다. 펌프에 들어가면 탈출하는 사람이 거의 없으며 펌프 유형에 따라 이동되거나 포획됩니다. 실제로 가스 분자를 대기 중으로 이동시키는 변위 펌프가 아닌 이온 펌프는 가스 분자를 포착하여 저장합니다. 결과적으로 특정 시점에 펌프를 수리하거나 교체해야 합니다. 이는 일반적으로 수년간 사용한 후에만 필요합니다.
|
|
|
일반적인 이름인 스퍼터 이온 펌프(또는 이온 게터 펌프)는 일부 가스 분자가 이온화되어 스퍼터링제의 스퍼터링을 유발한다는 사실에서 유래되었습니다. 이 물질은 활성 가스와 화학적으로 반응하여 펌프 내부 벽에 침전되는 안정적인 화합물을 형성합니다. 일반적으로 티타늄으로 구성된 게터는 해당 재료의 판이나 전극으로 제공되며, 이는 고전압의 영향으로 형성된 가스 이온에 의해 스퍼터링되고 침식됩니다. 이러한 전위는 일반적으로 3,000~7,000VDC 범위에 있습니다. 외부 영구 자기 회로는 양극 셀 축과 평행하게 일반적으로 800~2,000G 범위의 자기장을 생성합니다. 양극 셀 구조의 기능은 자기장에 의해 제한되는 고에너지 전자의 "구름"을 포함하는 것입니다. 대부분의 이온화 장치는 동일한 방식으로 작동합니다. 충돌이 발생할 때 가스 분자는 고에너지 전자에 의해 충격을 받습니다. 분자는 자신의 전자 중 하나 이상을 잃어 양전하를 띤 이온으로 남을 수 있습니다. 강한 전기장의 영향으로 이온은 티타늄 음극으로 가속됩니다. 이 충돌의 힘은 원자가 음극에서 방출되어 펌프의 인접한 벽으로 "스퍼터링"되도록 하는 데 충분합니다. 갓 스퍼터링된 티타늄은 반응성이 매우 높으며 활성 가스와 화학적으로 반응합니다. 생성된 화합물은 펌프 요소의 표면과 펌프 벽에 축적됩니다. 활성 가스는 산소, 질소, CO, CO 2 및 물과 같은 가스이며, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논과 같은 비반응성 가스는 반대입니다. 후자는 "이온 매장"에 의해 펌핑됩니다(이온 매장은 스퍼터링된 게터 원자에 의해 불활성 가스 원자를 "회반죽으로 덮는 것"입니다).
이온 펌프를 사용하여 압력을 읽을 수 있는 능력은 펌프 전류와 작동 압력 사이의 정비례에 기인합니다. 매우 낮은 압력에서 압력 판독값의 신뢰성은 누설 전류에 의해 제한되며, 전계 방출로 인한 누설 전류는 펌프에 적용되는 전압에 크게 좌우됩니다. 모든 VacIon Plus 펌프와 함께 사용하도록 설계된 듀얼 컨트롤러는 작동 압력에 따라 전압을 조정할 수 있는 고유한 기능을 제공합니다. 이렇게 하면 낮은 압력에서 누출 전류가 최소화되어 10 -10mbar 범위까지 신뢰할 수 있는 압력 판독값을 제공합니다.
VacIon Plus 제품군
이온 펌프는 청결성, 다양한 가스 펌핑 능력, 유지 관리가 필요 없고 진동이 없는 작동으로 인해 초고진공(UHV)을 생성하는 데 일반적으로 사용됩니다. 긴 작동 수명과 압력 판독 능력은 이온 펌프의 또 다른 중요한 특징입니다. VacIon Plus 제품군은 이러한 모든 특성을 향상시키도록 설계되어 모든 이온 펌핑 요구 사항에 맞는 가장 진보되고 가치 있는 솔루션을 제공합니다.
일반적으로 모든 이온 펌프는 모든 가스를 어느 정도 펌핑할 수 있습니다. 최고의 성능과 기본 압력을 얻기 위해 다양한 압력 범위와 다양한 가스에서 최적화된 성능을 갖춘 다양한 유형의 이온 펌프가 개발되었습니다. Agilent Varian의 VacIon Plus는 다이오드, 노블 다이오드, StarCell의 세 가지 요소 중에서 선택할 수 있는 완전한 제품군입니다. 어떤 응용 분야에든 이를 위해 설계된 VacIon Plus 펌프가 있습니다.
다이오드백신 플러스
VacIon Plus 펌프의 다이오드 버전은 산소(O 2 ), 질소(N 2 ), 이산화탄소(CO 2 ), 일산화탄소(CO) 및 기타 수집 가능한 가스에 대한 모든 이온 펌프 중에서 가장 높은 펌핑 속도를 갖습니다. 이는 수소(H 2 )에 대해서도 최고의 펌핑 속도와 용량을 제공합니다. 단순한 기계적 구조 덕분에 매우 낮은 압력에서도 신뢰할 수 있는 전류/압력 판독이 가능하고 진동이 전혀 없는 작동이 가능합니다. 기하학적이고 전기적인 구성으로 인해 전자 탐지기나 유사한 장치 근처에서 사용할 수 있습니다. 따라서 Diode VacIon Plus 펌프는 일반 용도의 UHV 시스템, 전자 장치 배기 및 가장 민감한 전자 현미경에서 광범위하고 성공적으로 사용됩니다. 그러나 아르곤(Ar), 헬륨(He) 및 메탄(CH 4 )과 같은 비활성 가스를 펌핑하는 응용 분야에는 다이오드가 권장되지 않습니다.
노블 다이오드 VacIon Plus
Noble Diode VacIon Plus 요소는 티타늄 음극 대신 탄탈륨 음극이 대체된 다이오드 요소의 버전입니다. 이러한 대체를 통해 비활성 가스(주로 아르곤 및 헬륨) 펌핑에 대한 더 높은 펌핑 속도와 안정성이 가능해졌습니다. 그 외에는 이 요소는 Diode VacIon Plus와 동일합니다. Noble Diode VacIon Plus 펌프는 희가스 펌핑이 중요한 특성인 모든 응용 분야에 사용됩니다. 다이오드 구성과 마찬가지로 노블 다이오드는 매우 낮은 압력에서 모든 가스에 대해 일관된 펌핑 속도를 유지합니다. 그러나 H 2 및 수집 가능한 가스의 펌핑 속도는 해당 다이오드 펌프보다 낮습니다. Noble Diode VacIon Plus는 일반적으로 가스 혼합물이 펌핑되고 압력이 매우 일정한(즉, 갑작스러운 가스 폭발이나 체계적인 고압 사이클링이 없는) UHV 응용 분야에 사용됩니다. 매우 낮은 압력에서도 거의 모든 가스에 대해 일관된 속도를 제공하는 특성으로 인해 이온 펌프만 사용하여 UHV 압력을 얻을 때마다 이상적입니다. 이는 입자 가속기나 싱크로트론 링뿐만 아니라 표면 분석 응용 분야에서도 자주 발생합니다. 다른 VacIon Plus 버전은 더 높은 압력으로의 사이클링, 대량의 H 2 펌핑이 필요한 경우 또는 이온 펌프가 티타늄 승화 펌프 또는 비증발성 게터와 같은 다른 UHV 펌프와 결합되는 경우 제안됩니다.
스타셀 백팩 플러스
StarCell VacIon Plus 요소는 Triode 구성의 최신 변형입니다. 특허 받은 디자인으로 인해 이 이온 펌프는 다량의 비활성 가스(노블 다이오드보다 우수)와 수소(다이오드와 유사)를 처리할 수 있는 유일한 펌프입니다. 또한 이 펌프는 메탄, 아르곤, 헬륨에 대해 최고 속도와 용량을 제공합니다. 상대적으로 더 높은 압력에서 매우 우수한 속도 성능과 함께 모든 다양한 가스에 대한 높은 총 용량으로 인해 StarCell VacIon Plus는 10 -8 mbar 이상에서 지속적인 작동이 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 여기에는 일반적으로 전자현미경과 질량분석기가 포함됩니다.
아르곤, 헬륨 및 메탄에 대한 높은 펌핑 속도(모든 압력에서 모든 이온 펌프 중 가장 높음)로 인해 StarCell은 이온 펌프가 TSP(티타늄 승화 펌프) 또는 비증발성 게터와 함께 사용되는 모든 응용 분야의 표준이 되었습니다. (NEG) 펌프는 펌핑 성능이 향상되었습니다. StarCell VacIon Plus와 TSP/NEG 펌프의 조합은 이러한 조합의 최적화된 특성 덕분에 도달 가능한 최저 압력을 얻었습니다. 대부분의 기존 입자 가속기 및 싱크로트론 소스, 빔 라인, 전송 라인 및 유사한 장치는 모든 가스 종에 대한 최대 속도를 얻기 위해 이러한 조합을 사용해 왔으며 성공적으로 사용하고 있습니다.
| 펌핑 속도
주어진 부피에서 분자를 제거하는 펌프의 능력을 표현하는 데 사용되는 가장 일반적인 매개변수는 펌핑 속도입니다. 이는 일반적으로 초당 리터로 측정되며, 시간 단위당 제거된 가스의 양(주어진 압력에서)을 나타냅니다. 이온 펌프에서 순 펌핑 효과는 다양한 현상의 합으로 인해 발생합니다. |
|
|
• 이온 충격에 의한 음극 물질의 스퍼터링에 의해 생성된 게터 필름의 펌핑 작용.
• 음극으로의 이온 주입 및 확산으로 인한 펌핑 작용.
• 양극과 펌프 벽에 가스를 묻습니다.
• 음극 가열 및 침식으로 인해 음극에서 가스가 재방출됩니다.
일생
이온 펌프가 새 것이거나 베이킹 등을 통해 재생된 경우 음극의 표면층은 깨끗하고 음극에서 가스 재방출은 무시할 수 있습니다. 이 조건에서 이온 펌프를 "불포화"라고 하며 펌핑 효과는 개터링 효과와 이온 주입 및 확산으로 인해 발생합니다. 음극에 주입된 가스 분자의 수가 증가함에 따라 이온 충격으로 인한 재방출도 증가합니다. 결과적으로, 이온 주입과 가스 재방출 사이의 평형 상태에 도달할 때까지 순 펌핑 속도는 감소합니다. 이 조건에서 이온 펌프는 "포화"되고 음극에서 스퍼터링된 물질의 게터링 작용으로 인해 순 펌핑 속도는 불포화 펌프 펌핑 속도의 약 절반입니다. 포화 효과는 음극에 주입된 가스 분자의 양에 따라 달라지므로 이온 펌프를 포화시키는 데 필요한 시간은 펌프가 작동하는 압력에 반비례합니다. 따라서 압력이 낮을수록 펌프 포화가 발생하기까지의 시간이 길어집니다.
적절한 베이크아웃 절차(및 그에 따른 펌프 재생)를 갖춘 이온 펌핑 UHV 시스템에서는 10 -11mbar 범위의 압력이 가능합니다. 이 압력에서 이온 펌프는 포화되기 전에 몇 년 동안 더 높은(불포화) 펌핑 속도 값에서 작동합니다.
활성 가스(N 2 , 0 2 , CO, CO 2 ...)
이러한 가스의 특징은 대부분의 금속과 쉽게 반응하여 안정한 화합물을 형성하는 능력입니다. 이온 펌프에서 이러한 활성 가스 분자는 음극 재료의 스퍼터링으로 생성된 새로운 티타늄 필름과 반응합니다. 이러한 활성 가스 분자는 음극에서 깊게 확산되지 않습니다. 음극 표면에 갇힌 분자의 재방출로 인한 포화 효과는 매우 강력합니다. 다이오드 및 노블 다이오드 요소는 낮은 압력에서 더 높은 펌핑 속도를 보이는 반면 StarCell 요소는 더 높은 압력에서 더 나은 성능을 발휘합니다.
수소
수소는 활성 가스이지만 질량이 매우 작기 때문에 스퍼터링 속도가 매우 낮습니다. 이러한 사실에도 불구하고 H 2 의 펌핑 속도는 재방출이 거의 없이 음극으로 빠르게 확산되기 때문에 매우 높습니다. H 2 를 펌핑할 때 이온 펌프는 항상 불포화 상태에서 작동합니다. 결과적으로 H 2 의 공칭 속도는 질소에 해당하는 값의 약 두 배입니다. 더욱이, 일부 무거운 가스의 흔적이 존재하는 경우 스퍼터링 속도가 증가하면 수소 펌핑 속도가 더욱 빨라집니다. 다이오드 소자는 탄탈륨 음극의 H 2 용해도가 티타늄 음극보다 낮기 때문에 노블 다이오드보다 더 높은 펌핑 속도를 나타냅니다. StarCell 요소는 더 높은 압력에서 우수한 성능과 향상된 H 2 용량을 결합합니다.
희가스(He, Ne, Ar, Kr 및 Xe)
희가스는 티타늄에 묻혀 펌핑됩니다. 희가스 이온은 에너지 손실 없이 음극에서 중화되고 흩어질 수 있습니다. 이러한 중성 원자는 스퍼터링된 티타늄에 묻혀 영구적으로 펌핑되는 양극 및 펌프 벽에 이식되거나 달라붙을 수 있을 만큼 충분한 에너지를 유지합니다. 다이오드 구성에서는 중화 및 후방 산란 확률이 매우 작으므로 비활성 가스의 펌핑 속도는 N 2 펌핑 속도의 작은 비율에 불과합니다. 더욱이, 상대적으로 높은 아르곤 부분 압력(즉, 10-8mbar 초과)에서 작동할 때, 음극에 일시적으로 주입된 아르곤의 재방출로 인한 갑작스러운 압력 폭발이 관찰됩니다. 이 문제가 발생하면 소스가 중지될 때까지 다이오드 펌프가 더 많은 아르곤을 펌핑할 수 없습니다. 이 현상을 "아르곤 불안정성"이라고 합니다.
노블 다이오드 소자에서는 하나의 티타늄 음극이 하나의 탄탈륨 음극으로 대체됩니다. 탄탈륨의 높은 핵 질량은 후방 산란 가능성을 증가시키고 결과적으로 비활성 기체의 펌핑 속도를 증가시킵니다. StarCell 소자의 일반적인 개방형 음극 구조를 사용하면 희가스의 펌핑 속도 측면에서 최상의 결과를 얻을 수 있습니다. 이러한 구성에서는 평평한 음극 구조가 이온과의 충돌을 허용하는 구조로 대체되었습니다. 이들은 중화되고 평평한 음극의 경우보다 훨씬 더 높은 확률로 펌프 벽이나 양극을 향해 앞으로 흩어집니다. 그 결과 N 2 의 최대 60%까지 비활성 기체에 대한 펌핑 속도가 달성됩니다. 또한 사용 가능한 모든 티타늄을 최적으로 사용할 수 있는 독특한 설계로 인해 StarCell 펌프의 작동 수명은 다른 모든 펌프보다 약 50% 더 깁니다.
메탄
메탄은 비활성 가스는 아니지만 게터 물질과 반응하지 않습니다. 이는 진공 시스템 벽에 존재하는 수소와 탄소의 반응 생성물로서 UHV 시스템에 항상 어느 정도 존재합니다. 메탄은 전자 가속기에서 빔 붕괴의 주요 원인이 되는 특별한 문제입니다. 이온 펌프의 페닝 방전으로 인해 메탄 분자(및 기타 탄화수소 분자)가 분해되어 더 작은 "게터링된" 화합물(C, CH 3 , ... H)로 변환됩니다. 결과적으로 메탄과 경질 탄화수소의 펌핑 속도는 항상 N 2 의 속도보다 높습니다.
| 청결
시스템에서 매우 낮은 압력(예: 10 -11mbar )에 도달하려면 챔버와 펌프의 가스 방출이 모두 최소화되어야 합니다. 제대로 청소하지 않으면 이온 펌프 자체가 UHV에서 가스 공급원이 될 수 있습니다. 청결을 보장하기 위해 VacIon Plus 펌프는 본체와 모든 내부 구성 요소의 철저한 가스 방출을 위해 초청정 진공의 고온에서 공장에서 처리됩니다. 지속적인 음극 충격으로 인해 이온 펌프 요소의 청결도는 더욱 중요합니다. 표면이나 음극의 대부분에 갇혀 있는 모든 가스는 결국 방출됩니다. |
|
|
이온 펌프 탈기체
이온 펌프 탈기체 시스템은 펌프 본체의 열 공정으로, 완전히 컴퓨터로 제어되며 달성된 펌프 사양에 대한 자동 최종 테스트를 제공할 수 있습니다. 펌프의 베이크아웃은 외부 펌프 본체가 산화되지 않도록 보호하기 위해 질소로 제어되는 분위기에서 수행됩니다.
이 시스템은 본질적인 가스 방출 제어를 통해 이온 펌프 내부 표면의 열 가스 방출 원리를 기반으로 합니다. 따라서 시간이 아닌 압력이 전체 프로세스의 원동력입니다. 베이크아웃 시간은 펌프 구성 요소의 내부 청소에 따라 달라지며, 이러한 방식으로 모든 펌프는 동일한 최종 가스 방출 속도와 기본 압력을 갖게 됩니다.
열 공정이 끝나고 실온에 도달하면 RGA가 수행됩니다. 진공 시스템에 배치된 가스 분석기는 펌프에 의해 탈기된 다양한 가스의 스펙트럼을 제공합니다. 잘 구워진 진공 시스템에 일반적으로 존재하는 H 2 및 기타 피크가 허용 수준을 초과하면 펌프가 다시 구워집니다. 그렇지 않으면 핀치를 잡아서 기본 압력을 모니터링합니다. 기본 압력은 이온 전류 판독을 통해 평가됩니다. 전류 감소는 컴퓨터로 모니터링되며, 기본 전류에 도달한 후에만 펌프를 배송할 수 있습니다.
긴 작동 수명
모든 VacIon Plus 펌프는 1x10 -6 mbar의 압력에서 수천 시간이 넘는 정격 수명을 가지고 있습니다(다이오드 펌프의 경우 50,000시간, StarCell의 경우 80,000시간). 많은 이온 펌프의 경우 절연체의 금속화 또는 펌핑 요소 왜곡으로 인해 정격 수명이 끝나기 훨씬 전에 유지 관리가 필요할 수 있습니다. 모든 VacIon Plus 요소는 음극 왜곡을 최소화하도록 설계되었으며(반복적인 베이크 아웃 및 고압에서 시작한 후에도), 절연체는 이중 요각 설계 및 캡 실드를 사용하여 스퍼터링된 티타늄으로부터 보호됩니다.
){kind=link}
){kind=link}