Pompa ionica Agilent Varian VacIon 300 StarCell con riscaldatori da 120 V CA installati, velocità di pompaggio di 240 l/s, magneti installati e aspirazione CF da 8 pollici.
Numero di parte Agilent Varian 9191641. La serie di pompe ioniche Agilent Varian VacIon Plus è al top della gamma grazie alle sue elevate prestazioni nella creazione di Ultra High Vacuum (UHV), alla sua pulizia, alla capacità di pompare gas diversi, alla lunga durata operativa, alla capacità di leggere la pressione del vuoto e al funzionamento senza manutenzione e vibrazioni. Qui offriamo la pompa ionica Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell con flangia di aspirazione conflat da 8 pollici e riscaldatori da 120 VAC installati da Agilent. La VacIon Plus 300 StarCell ha una pressione finale inferiore a 10-11 Torr, una temperatura di cottura massima fino a 250 gradi C e una velocità di pompaggio di 240 l/s. Una brochure completa con dati tecnici e applicazioni per la pompa ionica ad alto vuoto Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell può essere scaricata in formato PDF di seguito. Questa pompa ionica Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell con magneti e riscaldatori da 120 V CA installati ha il codice Agilent Varian 9191641.
Funzionamento delle pompe ioniche Le pompe a vuoto in genere funzionano sulla base del mantenimento di una densità di gas inferiore al loro interno rispetto a quella esistente nell'ambiente in cui stanno pompando. Ciò si traduce in una migrazione netta di gas nella pompa dovuta al movimento casuale delle molecole in condizioni di flusso molecolare. Una volta nelle pompe, poche fuoriescono e vengono spostate o catturate, a seconda del tipo di pompa. Invece di essere una pompa di spostamento che sposta effettivamente le molecole di gas attraverso di essa verso l'atmosfera, la pompa ionica le cattura e le immagazzina. Di conseguenza, a un certo punto la pompa deve essere ricondizionata o sostituita. Ciò è generalmente richiesto solo dopo molti anni di utilizzo.
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Il nome generico Sputter Ion Pump (o Ion Getter Pump) deriva dal fatto che alcune delle molecole di gas subiscono ionizzazione e causano lo sputtering dell'agente di sputtering. Questo materiale reagisce chimicamente con i gas attivi per formare composti stabili che vengono depositati sulle pareti interne della pompa. Il getter, solitamente titanio, è fornito da una piastra o elettrodo di quel materiale, che a sua volta viene spruzzato ed eroso dagli ioni di gas formati sotto l'influenza dell'alta tensione. Questi potenziali elettrici sono solitamente nell'intervallo da 3.000 a 7.000 VDC. Un circuito magnetico permanente esterno genera un campo magnetico, solitamente compreso tra 800 e 2.000 G, parallelo all'asse della cella anodica. La funzione della struttura della cella anodica è quella di contenere una "nuvola" di elettroni ad alta energia che sono vincolati dal campo magnetico. La maggior parte dei dispositivi di ionizzazione funziona allo stesso modo. Le molecole di gas vengono bombardate da elettroni ad alta energia quando si verifica una collisione. Una molecola può perdere uno o più dei suoi elettroni e quindi essere lasciata come uno ione caricato positivamente. Sotto l'influenza di un forte campo elettrico, lo ione viene accelerato nel catodo di titanio. La forza di questa collisione è sufficiente a causare l'espulsione di atomi dal catodo e lo "spruzzamento" sulle pareti adiacenti della pompa. Il titanio appena spruzzato è estremamente reattivo e reagirà chimicamente con i gas attivi. I composti risultanti si accumulano sulle superfici degli elementi della pompa e sulle pareti della pompa. I gas attivi sono quelli come ossigeno, azoto, CO, CO 2 e acqua, al contrario dei gas nobili come elio, neon, argon, kripton e xeno, che sono non reattivi. Questi ultimi vengono pompati tramite "sepoltura ionica" (la sepoltura ionica è la "ricopertura" di atomi di gas inerte da parte degli atomi getter spruzzati).
La capacità di leggere le pressioni utilizzando una pompa ionica è dovuta alla proporzionalità diretta tra la corrente della pompa e la pressione di esercizio. L'affidabilità delle letture della pressione a bassissima pressione è limitata dalla corrente di dispersione e la corrente di dispersione dall'emissione di campo dipende fortemente dalla tensione applicata alla pompa. Il controller Dual, progettato per l'uso con qualsiasi pompa VacIon Plus, offre la capacità unica di regolare la tensione in base alla pressione di esercizio. In questo modo, la corrente di dispersione viene ridotta al minimo a bassa pressione, fornendo una lettura della pressione affidabile fino all'intervallo 10-10 mbar.
La famiglia VacIon Plus
Le pompe ioniche sono comunemente utilizzate per creare Ultra High Vacuum (UHV), grazie alla loro pulizia, alla capacità di pompare diversi gas, insieme al funzionamento senza manutenzione e vibrazioni. La lunga durata operativa e la capacità di leggere la pressione sono altre caratteristiche importanti delle pompe ioniche. La famiglia VacIon Plus è stata progettata per migliorare tutte queste caratteristiche e quindi offre la soluzione più avanzata e preziosa per qualsiasi requisito di pompaggio ionico.
In generale, tutte le pompe ioniche possono pompare tutti i gas in una certa misura. Per ottenere le migliori prestazioni e la migliore pressione di base, sono stati sviluppati diversi tipi di pompe ioniche con prestazioni ottimizzate in diversi intervalli di pressione e con diversi gas. VacIon Plus di Agilent Varian è una famiglia di prodotti completa che offre la scelta tra tre diversi elementi: Diodo, Diodo Nobile e StarCell. Qualunque sia l'applicazione, esiste una pompa VacIon Plus progettata per essa.
Diodo VacIon Plus
La versione a diodo della pompa VacIon Plus ha la più alta velocità di pompaggio tra tutte le pompe ioniche per ossigeno (O 2 ), azoto (N 2 ), anidride carbonica (CO 2 ), monossido di carbonio (CO) e qualsiasi altro gas raccoglibile. Fornisce anche la più alta velocità di pompaggio e capacità per l'idrogeno (H 2 ). La sua semplice struttura meccanica consente una lettura affidabile di corrente/pressione fino a pressioni molto basse, nonché un funzionamento assolutamente privo di vibrazioni. La sua configurazione geometrica ed elettrica consente di utilizzarla in prossimità di rilevatori di elettroni o dispositivi simili. Le pompe a diodo VacIon Plus sono quindi ampiamente e con successo utilizzate nei sistemi UHV per uso generale, per l'evacuazione di dispositivi elettronici e nei microscopi elettronici più sensibili. Tuttavia, i diodi non sono consigliati per applicazioni in cui devono essere pompati gas nobili come argon (Ar), elio (He) e metano (CH 4 ).
Diodo nobile VacIon Plus
L'elemento Noble Diode VacIon Plus è una versione dell'elemento diodo, in cui un catodo al tantalio è sostituito al posto di un catodo al titanio. Questa sostituzione consente una maggiore velocità di pompaggio e stabilità per il pompaggio di gas nobili (principalmente argon ed elio). L'elemento è altrimenti equivalente al Diode VacIon Plus. Le pompe Noble Diode VacIon Plus sono utilizzate in qualsiasi applicazione in cui il pompaggio di gas nobili è una caratteristica importante. Come con la configurazione a diodo, il Noble Diode mantiene una velocità di pompaggio costante per tutti i gas a pressioni molto basse. Tuttavia, la velocità di pompaggio per H 2 e gas raccoglibili è inferiore rispetto alle corrispondenti pompe a diodo. Il Noble Diode VacIon Plus è in genere utilizzato in applicazioni UHV in cui deve essere pompata una miscela di gas e dove la pressione è abbastanza costante (ad esempio, nessuna improvvisa esplosione di gas o cicli sistematici ad alta pressione). Le sue caratteristiche di velocità costante per quasi tutti i gas anche a pressioni molto basse lo rendono ideale ogni volta che viene utilizzata la sola pompa ionica per ottenere pressioni UHV. Questa è spesso la situazione negli acceleratori di particelle o negli anelli di sincrotrone, così come nelle applicazioni di analisi di superficie. Altre versioni di VacIon Plus sono suggerite ogni volta che l'applicazione richiede cicli a pressioni più elevate, pompaggio di grandi quantità di H 2 o quando la pompa ionica è combinata con altre pompe UHV come le pompe a sublimazione di titanio o i getter non evaporabili.
VacIon Plus di StarCell
L'elemento StarCell VacIon Plus è l'ultima variante della configurazione Triode. Il suo design brevettato rende questa pompa ionica l'unica in grado di gestire un'elevata quantità di gas nobili (meglio del diodo nobile) e idrogeno (paragonabile al diodo). Inoltre, questa pompa fornisce la massima velocità e capacità per metano, argon ed elio. La sua elevata capacità totale per tutti i diversi gas, insieme alle sue ottime prestazioni di velocità a pressioni relativamente più elevate, rendono StarCell VacIon Plus ideale per applicazioni che richiedono un funzionamento costante a 10 -8 mbar o superiore. Ciò include in genere microscopi elettronici e spettrometri di massa.
La sua elevata velocità di pompaggio per argon, elio e metano (la più alta di qualsiasi pompa ionica a qualsiasi pressione) ha reso StarCell lo standard per qualsiasi applicazione in cui la pompa ionica viene utilizzata in combinazione con pompe a sublimazione di titanio (TSP) o pompe Getter non evaporabili (NEG), dove le sue prestazioni di pompaggio sono migliorate. La pressione più bassa raggiungibile è stata ottenuta con combinazioni di pompe StarCell VacIon Plus e TSP/NEG, grazie alle caratteristiche ottimizzate di queste combinazioni. La maggior parte degli acceleratori di particelle e delle sorgenti di sincrotrone, linee di fascio, linee di trasferimento e dispositivi simili esistenti hanno utilizzato e stanno utilizzando con successo queste combinazioni per ottenere la massima velocità per tutte le specie di gas.
- Panoramica di VacIon Plus
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| Velocità di pompaggio
Il parametro più comune utilizzato per esprimere la capacità di una pompa di rimuovere molecole da un dato volume è la velocità di pompaggio. Di solito è misurata in litri al secondo ed esprime il volume di gas (a una data pressione) rimosso per unità di tempo. In una pompa ionica l'effetto di pompaggio netto risulta dalla somma di diversi fenomeni: |
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• L'azione di pompaggio del film getter prodotto dallo sputtering del materiale catodico mediante bombardamento ionico.
• L'azione di pompaggio dovuta all'impianto ionico e alla diffusione nel catodo.
• Seppellimento del gas sugli anodi e sulle pareti della pompa.
• La riemissione di gas dal catodo dovuta al riscaldamento e all'erosione del catodo.
Tutta la vita
Quando una pompa ionica è nuova o è stata rigenerata, ad esempio tramite cottura, lo strato superficiale del catodo è pulito e la riemissione di gas da esso è trascurabile. In questa condizione, la pompa ionica è detta "insatura" e l'effetto di pompaggio è dovuto sia all'effetto di gattering sia all'impianto e alla diffusione di ioni. Man mano che aumenta il numero di molecole di gas impiantate nel catodo, aumenta anche la loro riemissione dovuta al bombardamento ionico. Di conseguenza, la velocità di pompaggio netta diminuisce fino a raggiungere una condizione di equilibrio tra l'impianto ionico e la riemissione di gas. In questa condizione, la pompa ionica è "satura" e la velocità di pompaggio netta, dovuta solo all'azione di gettering del materiale spruzzato dal catodo, è circa la metà della velocità di pompaggio della pompa insatura. Poiché l'effetto di saturazione dipende dalla quantità di molecole di gas impiantate nel catodo, il tempo necessario per saturare una pompa ionica è inversamente proporzionale alla pressione a cui la pompa viene azionata. Quindi, più bassa è la pressione, più lungo è il tempo prima che si verifichi la saturazione della pompa.
In un sistema UHV pompato a ioni con una corretta procedura di bake-out (e conseguente rigenerazione della pompa), è possibile una pressione nell'intervallo 10-11 mbar. A questa pressione, la pompa a ioni funzionerà ai valori di velocità di pompaggio più elevati (non saturi) per alcuni anni prima di saturarsi.
Gas attivi (N 2 , O 2 , CO, CO 2 ...)
Una caratteristica di questi gas è la loro capacità di reagire facilmente con la maggior parte dei metalli formando composti stabili. In una pompa ionica, queste molecole di gas attive reagiscono con il film di titanio fresco prodotto dallo sputtering del materiale del catodo. Queste molecole di gas attive non si diffondono in profondità nel catodo. L'effetto di saturazione, dovuto alla riemissione di queste molecole intrappolate sulla superficie del catodo, è molto forte. Gli elementi Diode e Noble Diode mostrano una maggiore velocità di pompaggio a bassa pressione mentre gli elementi StarCell funzionano meglio a pressione più elevata.
Idrogeno
L'idrogeno è un gas attivo ma, a causa della sua massa molto piccola, la velocità di sputtering è molto bassa. Nonostante questo fatto, la velocità di pompaggio per H 2 è molto alta perché si diffonde rapidamente nel catodo con una riemissione trascurabile. Quando si pompa H 2 , la pompa ionica funziona sempre in condizioni non sature. Di conseguenza, la velocità nominale per H 2 è circa il doppio del valore corrispondente per l'azoto. Inoltre, se sono presenti alcune tracce di gas più pesanti, la maggiore velocità di sputtering produce una velocità di pompaggio dell'idrogeno ancora più elevata. L'elemento Diodo mostra una velocità di pompaggio più elevata rispetto al Diodo Nobile poiché la solubilità di H 2 nel catodo di tantalio è inferiore rispetto a un catodo di titanio. Gli elementi StarCell combinano buone prestazioni a pressioni più elevate con una maggiore capacità per H 2 .
Gas nobili (He, Ne, Ar, Kr e Xe)
I gas nobili vengono pompati seppellendoli nel titanio. Gli ioni dei gas nobili possono essere neutralizzati e dispersi dal catodo senza perdere la loro energia. Questi atomi neutri mantengono abbastanza energia per impiantarsi o attaccarsi all'anodo e alle pareti della pompa dove saranno seppelliti dal titanio spruzzato e quindi pompati in modo permanente. Nella configurazione a diodo, la probabilità di neutralizzazione e retrodiffusione è molto piccola, quindi la velocità di pompaggio per i gas nobili è solo una piccola percentuale della velocità di pompaggio di N 2 . Inoltre, quando si opera a una pressione parziale di argon relativamente alta (vale a dire, superiore a 10 -8 mbar), si osservano improvvisi scoppi di pressione dovuti alla riemissione di argon impiantato temporaneamente nel catodo. Dopo che ciò si verifica, una pompa a diodo non è in grado di pompare altro argon finché la sua fonte non viene arrestata. Questo fenomeno è noto come "instabilità dell'argon".
Nell'elemento Noble Diode, un catodo in titanio viene sostituito con un catodo in tantalio. L'elevata massa nucleare del tantalio aumenta la probabilità di retrodiffusione e di conseguenza la velocità di pompaggio per i gas nobili. I migliori risultati in termini di velocità di pompaggio dei gas nobili si ottengono utilizzando la struttura a catodo aperto tipica degli elementi StarCell. In queste configurazioni, la struttura a catodo piatto è stata sostituita con una struttura che consente collisioni di striscio con ioni. Questi vengono neutralizzati e quindi dispersi in avanti verso la parete della pompa o l'anodo con una probabilità molto più elevata rispetto al caso del catodo piatto. Il risultato è una velocità di pompaggio per i gas nobili fino al 60% di N 2 . Inoltre, grazie al design unico che consente un utilizzo ottimale di tutto il titanio disponibile, la durata operativa di una pompa StarCell è circa il 50% più lunga rispetto a tutte le altre pompe.
Metano
Sebbene il metano non sia un gas nobile, non reagisce con alcun materiale getter. È sempre presente in una certa misura nei sistemi UHV come prodotto di reazione di idrogeno e carbonio presenti nelle pareti del sistema a vuoto. Il metano è un problema particolare negli acceleratori di elettroni, dove è la causa principale del decadimento del fascio. A causa della scarica di Penning nelle pompe ioniche, la molecola di metano (così come altre molecole di idrocarburi) viene screpolata e trasformata in composti "getterati" più piccoli (C, CH 3 , ... H). Il risultato è che la velocità di pompaggio per metano e idrocarburi leggeri è sempre superiore alla velocità per N 2 .
- Produzione di qualità Agilent Varian
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| Pulizia
Per raggiungere pressioni molto basse (ad esempio 10-11 mbar) in qualsiasi sistema, sia la camera che la fuoriuscita di gas della pompa devono essere ridotte al minimo. Se non pulita correttamente, la pompa ionica stessa può essere una fonte di gas a UHV. Per garantire la pulizia, le pompe VacIon Plus vengono lavorate in fabbrica ad alta temperatura in vuoto ultrapulito per una completa fuoriuscita di gas del corpo e di tutti i componenti interni. La pulizia dell'elemento della pompa ionica è ancora più critica, a causa del continuo bombardamento del catodo. Qualsiasi gas intrappolato sulla superficie o nella massa del catodo verrà alla fine rilasciato. |
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Degasaggio della pompa ionica
Il sistema di degasaggio della pompa ionica è un processo termico del corpo pompa, completamente controllato dal computer e in grado di fornire un test finale automatico delle specifiche della pompa raggiunte. Il bake-out della pompa viene eseguito in un'atmosfera controllata con azoto per proteggere il corpo pompa esterno dall'ossidazione.
Il sistema si basa sul principio di degassamento termico delle superfici interne della pompa ionica attraverso il controllo del loro degassamento intrinseco. Pertanto la pressione, non il tempo, è il fattore trainante del processo complessivo. Il tempo di bake-out dipende dalla pulizia interna dei componenti della pompa e tutte le pompe avranno, in questo modo, la stessa velocità di degassamento finale e la stessa pressione di base.
Al termine del processo termico, una volta raggiunta la temperatura ambiente, viene eseguita una RGA. L'analizzatore di gas, posizionato sul sistema a vuoto, fornisce lo spettro dei diversi gas degassati dalla pompa. Se H 2 e gli altri picchi normalmente presenti in un sistema a vuoto ben cotto superano i livelli di accettazione, la pompa viene nuovamente cotta. In caso contrario, viene pizzicata e ne viene monitorata la pressione di base. La pressione di base viene valutata tramite la lettura della corrente ionica. La diminuzione della corrente viene monitorata dal computer e la pompa è pronta per la spedizione solo dopo che è stata raggiunta la corrente di base.
Lunga durata operativa
Tutte le pompe VacIon Plus hanno una durata nominale superiore a molte migliaia di ore a una pressione di 1x10 -6 mbar (50.000 ore per la pompa Diode e 80.000 ore per la StarCell). Con molte pompe ioniche, la manutenzione potrebbe essere richiesta ben prima della durata nominale, a causa della metallizzazione degli isolanti o della distorsione dell'elemento di pompaggio. Tutti gli elementi VacIon Plus sono progettati per ridurre al minimo la distorsione del catodo (anche dopo ripetuti bake-out e avviamenti ad alta pressione) e gli isolanti sono protetti dal titanio spruzzato utilizzando un design a doppio rientro e uno scudo di protezione.
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