Agilent Varian VacIon 300 StarCell-Ionenpumpe mit installierten 120-VAC-Heizgeräten, 240 l/s Pumpgeschwindigkeit, installierten Magneten und 8-Zoll-CF-Einlass.
Agilent Varian-Teilenummer 9191641. Die Ionenpumpen der Agilent Varian VacIon Plus-Serie sind aufgrund ihrer hohen Leistung bei der Erzeugung von Ultrahochvakuum (UHV), ihrer Sauberkeit, ihrer Fähigkeit, verschiedene Gase zu pumpen, ihrer langen Lebensdauer, ihrer Fähigkeit, den Vakuumdruck abzulesen, und ihres wartungs- und vibrationsfreien Betriebs Spitzenprodukte. Hier bieten wir die Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell-Ionenpumpe mit 8-Zoll-Conflat-Ansaugflansch und von Agilent installierten 120-VAC-Heizungen an. Die VacIon Plus 300 StarCell hat einen Enddruck von unter 10 -11 Torr, eine maximale Backtemperatur von bis zu 250 Grad C und eine Pumpgeschwindigkeit von 240 l/s. Eine vollständige technische Daten- und Anwendungsbroschüre für die Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell-Hochvakuum-Ionenpumpe können Sie unten im PDF-Format herunterladen. Diese Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell-Ionenpumpe mit installierten Magneten und 120 VAC-Heizgeräten hat die Agilent Varian-Teilenummer 9191641.
Betrieb von Ionenpumpen Vakuumpumpen arbeiten im Allgemeinen auf der Grundlage, dass sie in sich selbst eine geringere Gasdichte aufrechterhalten als in der Umgebung, in der sie pumpen. Dies führt aufgrund der zufälligen Bewegung der Moleküle unter molekularen Strömungsbedingungen zu einer Nettogasmigration in die Pumpe. Sobald sie in den Pumpen sind, entweichen nur wenige Moleküle und werden je nach Pumpentyp entweder verdrängt oder eingefangen. Anstatt eine Verdrängungspumpe zu sein, die tatsächlich Gasmoleküle durch sie hindurch in die Atmosphäre befördert, fängt die Ionenpumpe sie ein und speichert sie. Daher muss die Pumpe irgendwann überholt oder ersetzt werden. Dies ist im Allgemeinen nur nach vielen Jahren des Gebrauchs erforderlich.
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Der allgemeine Name Sputter-Ionenpumpe (oder Ionengetterpumpe) kommt von der Tatsache, dass einige der Gasmoleküle ionisiert werden und das Sputtermittel zerstäuben. Dieses Material reagiert chemisch mit den aktiven Gasen und bildet stabile Verbindungen, die sich an den Innenwänden der Pumpe ablagern. Der Getter, normalerweise Titan, wird durch eine Platte oder Elektrode aus diesem Material bereitgestellt, die wiederum durch unter dem Einfluss der Hochspannung gebildete Gasionen zerstäubt und erodiert wird. Diese elektrischen Potentiale liegen normalerweise im Bereich von 3.000 bis 7.000 VDC. Ein externer permanenter Magnetkreis erzeugt ein Magnetfeld, das normalerweise zwischen 800 und 2.000 G liegt und parallel zur Anodenzellenachse verläuft. Die Funktion der Anodenzellenstruktur besteht darin, eine „Wolke“ hochenergetischer Elektronen zu enthalten, die durch das Magnetfeld begrenzt werden. Die meisten Ionisierungsgeräte funktionieren auf die gleiche Weise. Gasmoleküle werden bei einer Kollision von hochenergetischen Elektronen bombardiert. Ein Molekül kann ein oder mehrere seiner eigenen Elektronen verlieren und bleibt dadurch als positiv geladenes Ion zurück. Unter dem Einfluss eines starken elektrischen Felds wird das Ion in die Titankathode beschleunigt. Die Kraft dieses Zusammenstoßes reicht aus, um Atome aus der Kathode herauszustoßen und auf die angrenzenden Wände der Pumpe zu „zerstäuben“. Frisch gesputtertes Titan ist extrem reaktiv und reagiert chemisch mit aktiven Gasen. Die entstehenden Verbindungen sammeln sich auf den Oberflächen der Pumpenelemente und Pumpenwände. Aktive Gase sind solche wie Sauerstoff, Stickstoff, CO, CO 2 und Wasser, im Gegensatz zu den Edelgasen wie Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, die nicht reaktiv sind. Letztere werden durch „Ioneneinbettung“ gepumpt (Ioneneinbettung ist das „Überputzen“ von Inertgasatomen durch die gesputterten Getteratome).
Die Möglichkeit, mit einer Ionenpumpe Drücke abzulesen, beruht auf der direkten Proportionalität zwischen Pumpenstrom und Betriebsdruck. Die Zuverlässigkeit von Druckmessungen bei sehr niedrigem Druck wird durch Leckströme begrenzt, und der Leckstrom aus der Feldemission hängt stark von der an die Pumpe angelegten Spannung ab. Der Dual-Controller, der für die Verwendung mit jeder VacIon Plus-Pumpe entwickelt wurde, bietet die einzigartige Möglichkeit, die Spannung entsprechend dem Betriebsdruck anzupassen. Dadurch wird der Leckstrom bei niedrigem Druck minimiert und eine zuverlässige Druckmessung bis in den Bereich von 10 -10 mbar ermöglicht.
Die VacIon Plus-Familie
Ionenpumpen werden häufig zur Erzeugung von Ultrahochvakuum (UHV) eingesetzt, da sie sauber sind, verschiedene Gase pumpen können und wartungs- und vibrationsfrei arbeiten. Eine lange Lebensdauer und die Möglichkeit, den Druck abzulesen, sind weitere wichtige Merkmale von Ionenpumpen. Die VacIon Plus-Familie wurde entwickelt, um all diese Eigenschaften zu verbessern und bietet somit die fortschrittlichste und wertvollste Lösung für alle Ionenpumpenanforderungen.
Im Allgemeinen können alle Ionenpumpen alle Gase bis zu einem gewissen Grad pumpen. Um die beste Leistung und den besten Basisdruck zu erzielen, wurden verschiedene Arten von Ionenpumpen mit optimierter Leistung in verschiedenen Druckbereichen und mit verschiedenen Gasen entwickelt. Agilent Varians VacIon Plus ist eine komplette Produktfamilie, die die Wahl zwischen drei verschiedenen Elementen bietet: Diode, Noble Diode und StarCell. Für jede Anwendung gibt es eine VacIon Plus-Pumpe, die dafür entwickelt wurde.
Diode VacIon Plus
Die Diodenversion der VacIon Plus-Pumpe hat die höchste Pumpgeschwindigkeit aller Ionenpumpen für Sauerstoff (O 2 ), Stickstoff (N 2 ), Kohlendioxid (CO 2 ), Kohlenmonoxid (CO) und jedes andere sammelbare Gas. Sie bietet auch die höchste Pumpgeschwindigkeit und Kapazität für Wasserstoff (H 2 ). Ihre einfache mechanische Struktur ermöglicht eine zuverlässige Strom-/Druckmessung bis hinunter zu sehr niedrigen Drücken sowie einen absolut vibrationsfreien Betrieb. Ihre geometrische und elektrische Konfiguration ermöglicht den Einsatz in der Nähe von Elektronendetektoren oder ähnlichen Geräten. Dioden-VacIon-Plus-Pumpen werden daher häufig und erfolgreich in allgemeinen UHV-Systemen, zum Evakuieren von Elektronengeräten und in den empfindlichsten Elektronenmikroskopen eingesetzt. Dioden werden jedoch nicht für Anwendungen empfohlen, bei denen Edelgase wie Argon (Ar), Helium (He) und Methan (CH 4 ) gepumpt werden sollen.
Noble Diode VacIon Plus
Das Noble Diode VacIon Plus-Element ist eine Version des Diodenelements, bei dem eine Titankathode durch eine Tantalkathode ersetzt wird. Dieser Ersatz ermöglicht eine höhere Pumpgeschwindigkeit und Stabilität beim Pumpen von Edelgasen (hauptsächlich Argon und Helium). Das Element ist ansonsten mit dem Diode VacIon Plus gleichwertig. Noble Diode VacIon Plus-Pumpen werden in allen Anwendungen eingesetzt, bei denen das Pumpen von Edelgasen eine wichtige Eigenschaft ist. Wie bei der Diodenkonfiguration behält die Noble Diode eine konstante Pumpgeschwindigkeit für alle Gase bei sehr niedrigem Druck bei. Die Pumpgeschwindigkeit für H 2 und sammelbare Gase ist jedoch niedriger als bei den entsprechenden Diodenpumpen. Das Noble Diode VacIon Plus wird typischerweise in UHV-Anwendungen eingesetzt, bei denen ein Gasgemisch gepumpt werden soll und der Druck ziemlich konstant ist (d. h. kein plötzlicher Gasausbruch oder systematischer Hochdruckzyklus). Seine Eigenschaften einer konstanten Geschwindigkeit für fast jedes Gas, selbst bei sehr niedrigem Druck, machen es ideal, wenn die Ionenpumpe allein verwendet wird, um UHV-Drücke zu erreichen. Dies ist häufig bei Teilchenbeschleunigern oder Synchrotronringen sowie bei Anwendungen zur Oberflächenanalyse der Fall. Andere VacIon Plus-Versionen werden empfohlen, wenn die Anwendung das Erhöhen des Drucks oder das Pumpen großer Mengen H 2 erfordert oder wenn die Ionenpumpe mit anderen UHV-Pumpen wie Titansublimationspumpen oder nicht verdampfbaren Gettern kombiniert wird.
StarCell VacIon Plus
Das StarCell VacIon Plus-Element ist die neueste Variante der Triodenkonfiguration. Dank ihres patentierten Designs ist diese Ionenpumpe die einzige, die eine große Menge an Edelgasen (besser als die Noble Diode) und Wasserstoff (vergleichbar mit der Diode) verarbeiten kann. Darüber hinaus bietet diese Pumpe die höchste Geschwindigkeit und Kapazität für Methan, Argon und Helium. Ihre hohe Gesamtkapazität für alle verschiedenen Gase sowie ihre sehr gute Geschwindigkeitsleistung bei relativ höheren Drücken machen die StarCell VacIon Plus ideal für Anwendungen, die einen konstanten Betrieb bei 10 -8 mbar oder mehr erfordern. Dazu gehören typischerweise Elektronenmikroskope und Massenspektrometer.
Seine hohe Pumpgeschwindigkeit für Argon, Helium und Methan (die höchste aller Ionenpumpen bei jedem Druck) hat StarCell zum Standard für alle Anwendungen gemacht, bei denen die Ionenpumpe in Kombination mit Titansublimationspumpen (TSP) oder nicht verdampfbaren Getterpumpen (NEG) verwendet wird, wodurch seine Pumpleistung verbessert wird. Der niedrigste erreichbare Druck wurde mit Kombinationen aus StarCell VacIon Plus und TSP/NEG-Pumpen erreicht, dank der optimierten Eigenschaften dieser Kombinationen. Die meisten vorhandenen Teilchenbeschleuniger und Synchrotronquellen, Strahllinien, Transferlinien und ähnliche Geräte haben diese Kombinationen erfolgreich verwendet und verwenden sie erfolgreich, um die maximale Geschwindigkeit für alle Gasarten zu erreichen.
| Pumpgeschwindigkeit
Der am häufigsten verwendete Parameter, um die Fähigkeit einer Pumpe auszudrücken, Moleküle aus einem bestimmten Volumen zu entfernen, ist die Pumpgeschwindigkeit. Sie wird normalerweise in Litern pro Sekunde gemessen und drückt das Gasvolumen (bei einem bestimmten Druck) aus, das pro Zeiteinheit entfernt wird. Bei einer Ionenpumpe ergibt sich der Nettopumpeffekt aus der Summe verschiedener Phänomene: |
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• Die Pumpwirkung des Getterfilms wird durch das Zerstäuben von Kathodenmaterial mittels Ionenbeschuss erzeugt.
• Die Pumpwirkung aufgrund der Ionenimplantation und -diffusion in die Kathode.
• Gasvergrabung an den Anoden und Pumpenwänden.
• Die erneute Gasemission aus der Kathode aufgrund der Erhitzung und Erosion der Kathode.
Lebensdauer
Wenn eine Ionenpumpe neu ist oder beispielsweise durch Backen regeneriert wurde, ist die Oberflächenschicht der Kathode sauber und die Gasrückemission von ihr ist vernachlässigbar. In diesem Zustand wird die Ionenpumpe als „ungesättigt“ bezeichnet und die Pumpwirkung ist sowohl auf den Gettereffekt als auch auf Ionenimplantation und -diffusion zurückzuführen. Mit zunehmender Anzahl der in die Kathode implantierten Gasmoleküle nimmt deren Rückemission infolge des Ionenbombardements zu. Infolgedessen sinkt die Nettopumpgeschwindigkeit, bis ein Gleichgewichtszustand zwischen Ionenimplantation und Gasrückemission erreicht ist. In diesem Zustand ist die Ionenpumpe „gesättigt“ und die Nettopumpgeschwindigkeit, die nur auf die Getterwirkung des von der Kathode abgesputterten Materials zurückzuführen ist, beträgt etwa die Hälfte der Pumpgeschwindigkeit der ungesättigten Pumpe. Da der Sättigungseffekt von der Menge der in die Kathode implantierten Gasmoleküle abhängt, ist die zur Sättigung einer Ionenpumpe erforderliche Zeit umgekehrt proportional zum Druck, bei dem die Pumpe betrieben wird. Je niedriger der Druck ist, desto länger dauert es also, bis die Pumpensättigung eintritt.
In einem ionengepumpten UHV-System mit einem geeigneten Ausheizverfahren (und einer daraus folgenden Pumpenregeneration) ist ein Druck im Bereich von 10 -11 mbar möglich. Bei diesem Druck arbeitet die Ionenpumpe einige Jahre lang bei den höheren (ungesättigten) Pumpgeschwindigkeitswerten, bevor sie gesättigt ist.
Aktive Gase (N 2 , O 2 , CO, CO 2 ...)
Eine Eigenschaft dieser Gase ist ihre Fähigkeit, leicht mit den meisten Metallen zu reagieren und stabile Verbindungen zu bilden. In einer Ionenpumpe reagieren diese aktiven Gasmoleküle mit dem frischen Titanfilm, der durch das Zerstäuben des Kathodenmaterials entsteht. Diese aktiven Gasmoleküle diffundieren nicht tief in die Kathode. Der Sättigungseffekt aufgrund der Wiederemission dieser auf der Kathodenoberfläche gefangenen Moleküle ist sehr stark. Dioden- und Noble-Dioden-Elemente weisen bei niedrigem Druck eine höhere Pumpgeschwindigkeit auf, während StarCell-Elemente bei höherem Druck eine bessere Leistung erbringen.
Wasserstoff
Wasserstoff ist ein aktives Gas, aber aufgrund seiner sehr geringen Masse ist die Sputterrate sehr niedrig. Trotzdem ist die Pumpgeschwindigkeit für H 2 sehr hoch, da es schnell in die Kathode diffundiert und kaum wieder emittiert wird. Beim Pumpen von H 2 arbeitet die Ionenpumpe immer im ungesättigten Zustand. Daher ist die Nenngeschwindigkeit für H 2 etwa doppelt so hoch wie der entsprechende Wert für Stickstoff. Wenn außerdem Spuren schwererer Gase vorhanden sind, erzeugt die erhöhte Sputterrate eine noch höhere Pumpgeschwindigkeit für Wasserstoff. Das Diodenelement weist eine höhere Pumpgeschwindigkeit auf als die Noble Diode, da die H 2 -Löslichkeit in der Tantalkathode geringer ist als in einer Titankathode. StarCell-Elemente kombinieren gute Leistung bei höheren Drücken mit verbesserter Kapazität für H 2 .
Edelgase (He, Ne, Ar, Kr und Xe)
Edelgase werden gepumpt, indem sie von Titan umschlossen werden. Edelgasionen können von der Kathode neutralisiert und gestreut werden, ohne ihre Energie zu verlieren. Diese neutralen Atome behalten genügend Energie, um sich an der Anode und den Pumpenwänden zu implantieren oder daran zu haften, wo sie von gesputtertem Titan umschlossen und somit dauerhaft gepumpt werden. In der Diodenkonfiguration ist die Wahrscheinlichkeit der Neutralisierung und Rückstreuung sehr gering, daher beträgt die Pumpgeschwindigkeit für Edelgase nur einen kleinen Prozentsatz der N2- Pumpgeschwindigkeit. Darüber hinaus werden bei einem relativ hohen Argonpartialdruck (d. h. höher als 10 -8 mbar) plötzliche Druckstöße aufgrund der Wiederemission von vorübergehend in die Kathode implantiertem Argon beobachtet. Danach kann eine Diodenpumpe kein weiteres Argon mehr pumpen, bis ihre Quelle gestoppt wird. Dieses Phänomen ist als „Argoninstabilität“ bekannt.
Beim Noble Diode-Element wird eine Titankathode durch eine Tantalkathode ersetzt. Die hohe Kernmasse von Tantal erhöht die Rückstreuwahrscheinlichkeit und somit die Pumpgeschwindigkeit für Edelgase. Die besten Ergebnisse in Bezug auf die Pumpgeschwindigkeit von Edelgasen werden mit der für StarCell-Elemente typischen offenen Kathodenstruktur erzielt. In diesen Konfigurationen wurde die flache Kathodenstruktur durch eine Struktur ersetzt, die Streifkollisionen mit Ionen zulässt. Diese werden neutralisiert und dann mit einer viel höheren Wahrscheinlichkeit als im Fall der flachen Kathode vorwärts in Richtung der Pumpenwand oder der Anode gestreut. Das Ergebnis ist eine Pumpgeschwindigkeit für Edelgase von bis zu 60 % von N2 . Darüber hinaus ist die Lebensdauer einer StarCell-Pumpe aufgrund des einzigartigen Designs, das eine optimale Nutzung des gesamten verfügbaren Titans ermöglicht, etwa 50 % länger als bei allen anderen Pumpen.
Methan
Obwohl Methan kein Edelgas ist, reagiert es mit keinem Gettermaterial. Es ist in UHV-Systemen immer in gewissem Maße als Reaktionsprodukt von Wasserstoff und Kohlenstoff in den Wänden des Vakuumsystems vorhanden. Methan ist insbesondere in Elektronenbeschleunigern ein Problem, da es die Hauptursache für den Strahlzerfall ist. Durch die Penning-Entladung in Ionenpumpen wird das Methanmolekül (ebenso wie andere Kohlenwasserstoffmoleküle) gespalten und in kleinere „getterte“ Verbindungen (C, CH3 , ... H) umgewandelt. Dies führt dazu, dass die Pumpgeschwindigkeit für Methan und leichte Kohlenwasserstoffe immer höher ist als die Geschwindigkeit für N2 .
- Agilent Varian Qualitätsfertigung
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| Sauberkeit
Um in einem System sehr niedrige Drücke (z. B. 10 -11 mbar) zu erreichen, muss die Entgasung sowohl der Kammer als auch der Pumpe minimiert werden. Wenn die Ionenpumpe nicht richtig gereinigt wird, kann sie selbst eine Gasquelle bei UHV sein. Um die Sauberkeit zu gewährleisten, werden VacIon Plus-Pumpen im Werk bei hohen Temperaturen in ultrareinem Vakuum verarbeitet, um eine gründliche Entgasung des Gehäuses und aller internen Komponenten zu gewährleisten. Die Sauberkeit des Ionenpumpenelements ist aufgrund des kontinuierlichen Kathodenbeschusses noch wichtiger. Jegliches Gas, das auf der Oberfläche oder im Inneren der Kathode eingeschlossen ist, wird schließlich freigesetzt. |
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Ausgasung der Ionenpumpe
Das Entgasungssystem der Ionenpumpe ist ein thermischer Prozess des Pumpenkörpers, der vollständig computergesteuert ist und einen automatischen Endtest der erreichten Pumpenspezifikationen ermöglicht. Das Ausheizen der Pumpe erfolgt in einer stickstoffkontrollierten Atmosphäre, um den äußeren Pumpenkörper vor Oxidation zu schützen.
Das System basiert auf dem Prinzip der thermischen Entgasung der Innenflächen der Ionenpumpe durch Kontrolle ihrer intrinsischen Entgasung. Daher ist der Druck und nicht die Zeit der treibende Faktor des Gesamtprozesses. Die Ausheizzeit hängt von der Innenreinigung der Pumpenkomponenten ab und alle Pumpen haben auf diese Weise die gleiche endgültige Entgasungsrate und den gleichen Basisdruck.
Am Ende des thermischen Prozesses wird, sobald Raumtemperatur erreicht ist, eine RGA durchgeführt. Der Gasanalysator, der auf dem Vakuumsystem angebracht ist, liefert das Spektrum der verschiedenen Gase, die von der Pumpe entgast werden. Wenn H 2 und die anderen normalerweise in einem gut ausgeheizten Vakuumsystem vorhandenen Spitzen die zulässigen Werte überschreiten, wird die Pumpe erneut ausgeheizt. Andernfalls wird sie abgeklemmt und ihr Basisdruck überwacht. Der Basisdruck wird durch die Ionenstrommessung ausgewertet. Der Stromabfall wird computerüberwacht und die Pumpe ist erst versandbereit, wenn der Basisstrom erreicht ist.
Lange Lebensdauer
Alle VacIon Plus-Pumpen haben eine Lebensdauer von mehreren Tausend Stunden bei einem Druck von 1x10 -6 mbar (50.000 Stunden für die Diodenpumpe und 80.000 Stunden für die StarCell). Bei vielen Ionenpumpen kann aufgrund der Metallisierung der Isolatoren oder der Verformung des Pumpelements eine Wartung deutlich vor Ablauf der Lebensdauer erforderlich sein. Alle VacIon Plus-Elemente sind so konzipiert, dass die Kathodenverzerrung (auch nach wiederholtem Ausheizen und Starten bei hohem Druck) minimiert wird. Die Isolatoren sind durch eine doppelte, einspringende Konstruktion und eine Kappenabschirmung vor gesputtertem Titan geschützt.
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