Pompe ionique Agilent Varian VacIon 300 StarCell avec éléments chauffants 120 VCA installés, vitesse de pompage de 240 l/s, aimants installés et admission CF de 8 po.
Numéro de pièce Agilent Varian 9191641. Les pompes ioniques de la série Agilent Varian VacIon Plus sont haut de gamme en raison de leurs performances élevées dans la création d'un vide ultra-élevé (UHV), de leur propreté, de leur capacité à pomper différents gaz, de leur longue durée de vie, de leur capacité à lire la pression du vide et de leur fonctionnement sans entretien ni vibration. Nous proposons ici la pompe ionique Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell avec bride d'admission conflat de 8 pouces et éléments chauffants 120 VCA installés par Agilent. La VacIon Plus 300 StarCell a une pression ultime inférieure à 10 -11 Torr, une température de cuisson maximale allant jusqu'à 250 degrés C et une vitesse de pompage de 240 l/s. Une brochure complète des données techniques et des applications de la pompe ionique à vide élevé Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell peut être téléchargée au format PDF ci-dessous. Cette pompe à ions Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell avec aimants et éléments chauffants 120 VCA installés porte le numéro de pièce Agilent Varian 9191641.
Fonctionnement des pompes ioniques Les pompes à vide fonctionnent généralement sur la base du maintien d'une densité de gaz inférieure à celle qui existe dans l'environnement qu'elles pompent. Cela entraîne une migration nette de gaz dans la pompe en raison du mouvement aléatoire des molécules dans des conditions de flux moléculaire. Une fois dans les pompes, peu de gaz s'échappent et sont soit déplacés, soit capturés, selon le type de pompe. Plutôt que d'être une pompe à déplacement qui déplace réellement les molécules de gaz à travers elle vers l'atmosphère, la pompe ionique les capture et les stocke. Par conséquent, à un moment donné, la pompe doit être reconditionnée ou remplacée. Cela n'est généralement nécessaire qu'après de nombreuses années d'utilisation.
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Le nom générique de pompe à ions à pulvérisation cathodique (ou pompe à getter ionique) vient du fait que certaines molécules de gaz subissent une ionisation et provoquent la pulvérisation cathodique de l'agent de pulvérisation. Ce matériau réagit chimiquement avec les gaz actifs pour former des composés stables qui se déposent sur les parois internes de la pompe. Le getter, généralement en titane, est fourni par une plaque ou une électrode de ce matériau, qui est à son tour pulvérisée et érodée par les ions gazeux formés sous l'influence de la haute tension. Ces potentiels électriques sont généralement compris entre 3 000 et 7 000 VCC. Un circuit magnétique permanent externe génère un champ magnétique, généralement compris entre 800 et 2 000 G, parallèle à l'axe de la cellule anodique. La fonction de la structure de la cellule anodique est de contenir un « nuage » d'électrons à haute énergie qui sont contraints par le champ magnétique. La plupart des dispositifs d'ionisation fonctionnent de la même manière. Les molécules de gaz sont bombardées par des électrons à haute énergie lorsqu'une collision se produit. Une molécule peut perdre un ou plusieurs de ses propres électrons et se retrouve ainsi sous forme d'ion chargé positivement. Sous l'influence d'un champ électrique puissant, l'ion est accéléré dans la cathode en titane. La force de cette collision est suffisante pour provoquer l'éjection des atomes de la cathode et leur « projection » sur les parois adjacentes de la pompe. Le titane fraîchement projeté est extrêmement réactif et réagit chimiquement avec les gaz actifs. Les composés résultants s'accumulent sur les surfaces des éléments de la pompe et sur les parois de la pompe. Les gaz actifs sont ceux tels que l'oxygène, l'azote, le CO, le CO2 et l'eau, par opposition aux gaz nobles tels que l'hélium, le néon, l'argon, le krypton et le xénon, qui ne sont pas réactifs. Ces derniers sont pompés par « enfouissement ionique » (l'enfouissement ionique est le « plâtrage » des atomes de gaz inertes par les atomes getter pulvérisés).
La capacité de lecture des pressions à l'aide d'une pompe ionique est due à la proportionnalité directe entre le courant de la pompe et la pression de fonctionnement. La fiabilité des mesures de pression à très basse pression est limitée par le courant de fuite, et le courant de fuite dû à l'émission de champ dépend fortement de la tension appliquée à la pompe. Le contrôleur Dual, conçu pour être utilisé avec n'importe quelle pompe VacIon Plus, offre la capacité unique d'ajuster la tension en fonction de la pression de fonctionnement. Ce faisant, le courant de fuite est minimisé à basse pression, ce qui permet une mesure de pression fiable jusqu'à la plage de 10 à 10 mbar.
La famille VacIon Plus
Les pompes ioniques sont couramment utilisées pour créer un vide ultra-élevé (UHV), en raison de leur propreté, de leur capacité à pomper différents gaz, ainsi que de leur fonctionnement sans entretien et sans vibrations. Une longue durée de vie et la capacité de lecture de la pression sont d'autres caractéristiques importantes des pompes ioniques. La famille VacIon Plus a été conçue pour améliorer toutes ces caractéristiques et offre ainsi la solution la plus avancée et la plus précieuse à toute exigence de pompage ionique.
En général, toutes les pompes ioniques peuvent pomper tous les gaz dans une certaine mesure. Pour obtenir les meilleures performances et pressions de base, différents types de pompes ioniques ont été développés avec des performances optimisées dans différentes plages de pression et avec différents gaz. La pompe VacIon Plus d'Agilent Varian est une gamme complète de produits qui offre le choix entre trois éléments différents : diode, diode noble et StarCell. Quelle que soit l'application, il existe une pompe VacIon Plus conçue pour elle.
Diode VacIon Plus
La version à diode de la pompe VacIon Plus possède la vitesse de pompage la plus élevée parmi toutes les pompes ioniques pour l'oxygène ( O2 ), l'azote ( N2 ), le dioxyde de carbone ( CO2 ), le monoxyde de carbone (CO) et tout autre gaz récupérable. Elle offre également la vitesse et la capacité de pompage les plus élevées pour l'hydrogène ( H2 ). Sa structure mécanique simple permet une lecture fiable du courant/de la pression jusqu'à de très basses pressions, ainsi qu'un fonctionnement absolument sans vibrations. Sa configuration géométrique et électrique permet de l'utiliser à proximité de détecteurs d'électrons ou d'appareils similaires. Les pompes à diode VacIon Plus sont donc largement et avec succès utilisées dans les systèmes UHV à usage général, pour l'évacuation des appareils électroniques et dans les microscopes électroniques les plus sensibles. Cependant, les diodes ne sont pas recommandées pour les applications où des gaz nobles tels que l'argon (Ar), l'hélium (He) et le méthane ( CH4 ) doivent être pompés.
Diode Noble VacIon Plus
L'élément Noble Diode VacIon Plus est une version de l'élément diode, dans lequel une cathode en tantale est substituée à une cathode en titane. Cette substitution permet une vitesse de pompage et une stabilité plus élevées pour le pompage de gaz nobles (principalement l'argon et l'hélium). L'élément est par ailleurs équivalent à la Diode VacIon Plus. Les pompes Noble Diode VacIon Plus sont utilisées dans toute application où le pompage de gaz nobles est une caractéristique importante. Comme avec la configuration à diode, la Noble Diode conserve une vitesse de pompage constante pour tous les gaz à très basse pression. Cependant, la vitesse de pompage pour H2 et les gaz récupérables est inférieure à celle des pompes à diode correspondantes. La Noble Diode VacIon Plus est généralement utilisée dans les applications UHV où un mélange de gaz doit être pompé et où la pression est assez constante (c'est-à-dire sans explosion soudaine de gaz ou cycle systématique à haute pression). Ses caractéristiques de vitesse constante pour presque tous les gaz, même à très basse pression, la rendent idéale chaque fois que la pompe ionique seule est utilisée pour obtenir des pressions UHV. C'est souvent le cas dans les accélérateurs de particules ou les anneaux synchrotron, ainsi que dans les applications d'analyse de surface. D'autres versions de VacIon Plus sont suggérées chaque fois que l'application nécessite des cycles à des pressions plus élevées, le pompage de grandes quantités de H2 ou lorsque la pompe ionique est combinée à d'autres pompes UHV telles que les pompes à sublimation en titane ou les getters non évaporables.
StarCell VacIon Plus
L'élément StarCell VacIon Plus est la dernière variante de la configuration Triode. Sa conception brevetée fait de cette pompe ionique la seule capable de gérer une grande quantité de gaz nobles (meilleure que la diode noble) et d'hydrogène (comparable à la diode). De plus, cette pompe offre la vitesse et la capacité les plus élevées pour le méthane, l'argon et l'hélium. Sa capacité totale élevée pour tous les différents gaz, ainsi que ses très bonnes performances de vitesse à des pressions relativement élevées, font de la StarCell VacIon Plus la solution idéale pour les applications nécessitant un fonctionnement constant à 10 -8 mbar ou plus. Cela inclut généralement les microscopes électroniques et les spectromètres de masse.
Sa vitesse de pompage élevée pour l'argon, l'hélium et le méthane (la plus élevée de toutes les pompes ioniques à n'importe quelle pression) a fait de StarCell la norme pour toute application où la pompe ionique est utilisée en combinaison avec des pompes à sublimation en titane (TSP) ou des pompes à getters non évaporables (NEG), où ses performances de pompage sont améliorées. La pression la plus basse atteignable a été obtenue avec des combinaisons de pompes StarCell VacIon Plus et TSP/NEG, grâce aux caractéristiques optimisées de ces combinaisons. La plupart des accélérateurs de particules et des sources synchrotron, des lignes de faisceau, des lignes de transfert et des dispositifs similaires existants ont utilisé et utilisent avec succès ces combinaisons pour obtenir la vitesse maximale pour toutes les espèces de gaz.
- Présentation de VacIon Plus
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| Vitesse de pompage
Le paramètre le plus couramment utilisé pour exprimer la capacité d'une pompe à extraire des molécules d'un volume donné est la vitesse de pompage. Elle est généralement mesurée en litres par seconde et exprime le volume de gaz (à une pression donnée) éliminé par unité de temps. Dans une pompe ionique, l'effet de pompage net résulte de la somme de différents phénomènes : |
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• L’action de pompage du film getter produite par la pulvérisation du matériau de la cathode par bombardement ionique.
• L’action de pompage due à l’implantation et à la diffusion des ions dans la cathode.
• Enfouissement du gaz sur les anodes et les parois de la pompe.
• La réémission de gaz de la cathode due au chauffage et à l’érosion de la cathode.
Durée de vie
Lorsqu'une pompe ionique est neuve ou a été régénérée, par exemple par cuisson, la couche superficielle de la cathode est propre et la réémission de gaz de celle-ci est négligeable. Dans cet état, la pompe ionique est dite « insaturée » et l'effet de pompage est dû à la fois à l'effet de grattage et à l'implantation et à la diffusion ioniques. Lorsque le nombre de molécules de gaz implantées dans la cathode augmente, leur réémission due au bombardement ionique augmente. En conséquence, la vitesse nette de pompage diminue jusqu'à ce qu'une condition d'équilibre entre l'implantation ionique et la réémission de gaz soit atteinte. Dans cet état, la pompe ionique est « saturée » et la vitesse nette de pompage, due uniquement à l'action de piégeage du matériau pulvérisé par la cathode, est environ la moitié de la vitesse de pompage de la pompe insaturée. Comme l'effet de saturation dépend de la quantité de molécules de gaz implantées dans la cathode, le temps nécessaire pour saturer une pompe ionique est inversement proportionnel à la pression à laquelle la pompe fonctionne. Ainsi, plus la pression est faible, plus le temps avant que la saturation de la pompe ne se produise est long.
Dans un système UHV à pompage ionique avec une procédure de cuisson appropriée (et une régénération de pompe conséquente), une pression de l'ordre de 10 à 11 mbar est possible. À cette pression, la pompe ionique fonctionnera à des valeurs de vitesse de pompage plus élevées (non saturées) pendant quelques années avant d'être saturée.
Gaz actifs (N 2 , 0 2 , CO, CO 2 ...)
Une caractéristique de ces gaz est leur capacité à réagir facilement avec la plupart des métaux pour former des composés stables. Dans une pompe ionique, ces molécules de gaz actives réagissent avec le film de titane frais produit par la pulvérisation cathodique. Ces molécules de gaz actives ne diffusent pas profondément dans la cathode. L'effet de saturation, dû à la réémission de ces molécules piégées à la surface de la cathode, est très fort. Les éléments Diode et Noble Diode présentent une vitesse de pompage plus élevée à basse pression tandis que les éléments StarCell fonctionnent mieux à haute pression.
Hydrogène
L'hydrogène est un gaz actif mais, en raison de sa très faible masse, la vitesse de pulvérisation est très faible. Malgré cela, la vitesse de pompage de H 2 est très élevée car il diffuse rapidement dans la cathode avec une réémission négligeable. Lors du pompage de H 2 , la pompe ionique fonctionne toujours dans l'état insaturé. En conséquence, la vitesse nominale de H 2 est environ deux fois la valeur correspondante pour l'azote. De plus, si des traces de gaz plus lourds sont présentes, la vitesse de pulvérisation accrue produit une vitesse de pompage de l'hydrogène encore plus élevée. L'élément Diode présente une vitesse de pompage plus élevée que la diode Noble car la solubilité de H 2 dans la cathode en tantale est plus faible que dans une cathode en titane. Les éléments StarCell combinent de bonnes performances à des pressions plus élevées avec une capacité améliorée pour H 2 .
Gaz nobles (He, Ne, Ar, Kr et Xe)
Les gaz nobles sont pompés en étant enterrés par le titane. Les ions de gaz nobles peuvent être neutralisés et diffusés depuis la cathode sans perdre leur énergie. Ces atomes neutres conservent suffisamment d'énergie pour s'implanter ou se coller sur l'anode et sur les parois de la pompe où ils seront enterrés par le titane pulvérisé et ainsi pompés en permanence. Dans la configuration à diode, la probabilité de neutralisation et de rétrodiffusion est très faible, ainsi la vitesse de pompage des gaz nobles n'est qu'un faible pourcentage de la vitesse de pompage du N2 . De plus, lors d'un fonctionnement à une pression partielle d'argon relativement élevée (c'est-à-dire supérieure à 10 -8 mbar), des poussées soudaines de pression dues à la réémission d'argon temporairement implanté dans la cathode sont observées. Après cela, une pompe à diode n'est pas en mesure de pomper plus d'argon jusqu'à ce que sa source soit arrêtée. Ce phénomène est connu sous le nom d'« instabilité de l'argon ».
Dans l'élément Noble Diode, une cathode en titane est remplacée par une cathode en tantale. La masse nucléaire élevée du tantale augmente la probabilité de rétrodiffusion et par conséquent la vitesse de pompage des gaz nobles. Les meilleurs résultats en termes de vitesse de pompage des gaz nobles sont obtenus en utilisant la structure cathodique ouverte typique des éléments StarCell. Dans ces configurations, la structure cathodique plate a été remplacée par une structure qui permet des collisions rasantes avec des ions. Ceux-ci sont neutralisés puis diffusés vers l'avant vers la paroi de la pompe ou l'anode avec une probabilité beaucoup plus élevée que dans le cas de la cathode plate. Le résultat est une vitesse de pompage des gaz nobles allant jusqu'à 60 % de N 2 . De plus, en raison de la conception unique qui permet une utilisation optimale de tout le titane disponible, la durée de vie d'une pompe StarCell est environ 50 % plus longue que toutes les autres pompes.
Méthane
Bien que le méthane ne soit pas un gaz noble, il ne réagit avec aucun matériau getter. Il est toujours présent à un certain degré dans les systèmes UHV en tant que produit de réaction de l'hydrogène et du carbone présents dans les parois du système sous vide. Le méthane pose un problème particulier dans les accélérateurs d'électrons où il est la principale cause de la désintégration du faisceau. En raison de la décharge de Penning dans les pompes ioniques, la molécule de méthane (ainsi que d'autres molécules d'hydrocarbures) est craquée et transformée en composés « getterés » plus petits (C, CH 3 , ... H). Le résultat est que la vitesse de pompage du méthane et des hydrocarbures légers est toujours supérieure à la vitesse de pompage du N 2 .
- Fabrication de qualité Agilent Varian
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| Propreté
Pour atteindre des pressions très basses (c'est-à-dire 10-11 mbar) dans n'importe quel système, le dégazage de la chambre et de la pompe doit être minimisé. Si elle n'est pas nettoyée correctement, la pompe ionique elle-même peut être une source de gaz à UHV. Afin de garantir la propreté, les pompes VacIon Plus sont traitées en usine à haute température sous vide ultra-propre pour un dégazage complet du corps et de tous les composants internes. La propreté de l'élément de la pompe ionique est encore plus critique, en raison du bombardement continu de la cathode. Tout gaz emprisonné à la surface ou dans la masse de la cathode finira par être libéré. |
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Dégazage par pompe ionique
Le système de dégazage de la pompe ionique est un processus thermique du corps de pompe, entièrement contrôlé par ordinateur et capable de fournir un test final automatique des spécifications de pompe atteintes. La cuisson de la pompe est effectuée dans une atmosphère contrôlée par l'azote pour protéger le corps de pompe externe de l'oxydation.
Le système est basé sur le principe de dégazage thermique des surfaces internes de la pompe ionique par le contrôle de leur dégazage intrinsèque. Par conséquent, c'est la pression, et non le temps, qui est le facteur déterminant du processus global. Le temps de cuisson dépend du nettoyage interne des composants de la pompe et toutes les pompes auront ainsi le même taux de dégazage final et la même pression de base.
A la fin du processus thermique, une fois la température ambiante atteinte, un RGA est effectué. L'analyseur de gaz, placé sur le système de vide, fournit le spectre des différents gaz dégazés par la pompe. Si H2 et les autres pics normalement présents dans un système de vide bien cuit dépassent les niveaux d'acceptation, la pompe est à nouveau cuite. Sinon, elle est pincée et sa pression de base surveillée. La pression de base est évaluée par la lecture du courant ionique. La diminution du courant est surveillée par ordinateur et la pompe n'est prête à être expédiée qu'une fois le courant de base atteint.
Longue durée de vie opérationnelle
Toutes les pompes VacIon Plus ont une durée de vie nominale supérieure à plusieurs milliers d'heures à une pression de 1 x 10 -6 mbar (50 000 heures pour la pompe à diode et 80 000 heures pour la pompe StarCell). Avec de nombreuses pompes ioniques, une maintenance peut être nécessaire bien avant la durée de vie nominale, en raison de la métallisation des isolants ou de la déformation de l'élément de pompage. Tous les éléments VacIon Plus sont conçus pour minimiser la distorsion de la cathode (même après des cuissons répétées et un démarrage à haute pression), et les isolants sont protégés du titane pulvérisé à l'aide d'une conception à double réentrée et d'un bouclier de protection.
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