Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell コンビネーション ポンプ (サイドマウント クライオパネルおよびチタン サブリメーション ポンプ (TSP) 付き)
Agilent Varian 部品番号 9192640。これらの Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell コンビネーション ポンプは、チタン サブリメーション ポンプ (TSP) カートリッジと 120 V ヒーターを備えた側面取り付けクライオパネルを備え、負の電圧電位で動作し、8 インチのコンフラット吸気フランジを備え、720 l/s の排気速度を備えています。窒素。チタンの昇華により、CO、CO2、H2、N2、O2 などの非常に高いゲッタリング可能ガスのポンピング速度が生成され、イオンポンピング機構がアルゴンやメタンなどのゲッタリング不可能なガスを処理します。 Agilent Varian VacIon Plus 300 StarCell コンビネーション ポンプの完全な技術データとアプリケーション パンフレット (PDF 形式) は、以下からダウンロードできます。これらのポンプの部品番号は Agilent Varian です。
| 真空ポンプは一般に、ポンプが排気している環境に存在するガス密度よりも内部のガス密度を低く維持することに基づいて動作します。これにより、分子流条件下での分子のランダムな運動により、正味のガスがポンプ内に移動します。ポンプに入ると、ほとんど逃げられず、ポンプの種類に応じて、追い出されるか捕獲されます。イオンポンプは、ガス分子を実際に大気中に移動させる置換ポンプではなく、分子を捕捉して蓄積します。その結果、ある時点でポンプを再調整または交換する必要があります。これは通常、長年使用した後にのみ必要になります。
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一般名スパッタ イオン ポンプ (またはイオン ゲッター ポンプ) は、ガス分子の一部がイオン化してスパッタリング剤のスパッタリングを引き起こすという事実に由来しています。この物質は活性ガスと化学反応して安定した化合物を形成し、ポンプの内壁に堆積します。通常はチタンであるゲッターは、その材料のプレートまたは電極によって提供され、高電圧の影響下で形成されたガスイオンによってスパッタリングされ、侵食されます。これらの電位は通常、3,000 ～ 7,000 VDC の範囲にあります。外部の永久磁気回路は、通常 800 ～ 2,000 G の範囲の、アノードセル軸に平行な磁場を生成します。アノードセル構造の機能は、磁場によって拘束された高エネルギー電子の「雲」を収容することです。ほとんどのイオン化装置は同じように動作します。衝突が起こると、ガス分子は高エネルギーの電子によって衝撃を受けます。分子は、それ自体の電子を 1 つ以上失う場合があり、その結果、正に帯電したイオンとして残ります。強い電場の影響下で、イオンはチタン陰極に向かって加速されます。この衝突の力は、原子がカソードから放出され、ポンプの隣接する壁に「スパッタリング」されるのに十分な力です。スパッタリングされたばかりのチタンは非常に反応性が高く、活性ガスと化学反応します。結果として生じる化合物は、ポンプ要素およびポンプ壁の表面に蓄積します。活性ガスとは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの非反応性の希ガスとは対照的に、酸素、窒素、CO、CO 2 、水などのガスです。後者は「イオン埋め込み」によってポンピングされます（イオン埋め込みとは、スパッタリングされたゲッター原子による不活性ガス原子の「塗り込み」です）。
イオンポンプを使用して圧力を読み取ることができるのは、ポンプ電流と動作圧力が正比例するためです。非常に低い圧力での圧力測定値の信頼性は漏れ電流によって制限され、電界放出からの漏れ電流はポンプに印加される電圧に大きく依存します。デュアル コントローラーは、VacIon Plus ポンプで使用するように設計されており、動作圧力に応じて電圧を調整する独自の機能を提供します。これにより、低圧時の漏れ電流が最小限に抑えられ、10 -10 mbar の範囲まで信頼性の高い圧力測定値が得られます。
VacIon Plus ファミリー
イオン ポンプは、その清浄度、さまざまなガスをポンピングできる機能、およびメンテナンス不要で振動のない動作により、超高真空 (UHV) を生成するために一般的に使用されます。長い動作寿命と圧力を読み取る能力も、イオン ポンプの重要な特徴です。 VacIon Plus ファミリは、これらすべての特性を強化するように設計されており、あらゆるイオン ポンピング要件に対して最も先進的で価値のあるソリューションを提供します。
一般に、すべてのイオン ポンプは、すべてのガスをある程度汲み上げることができます。最高の性能と基本圧力を得るために、さまざまな圧力範囲およびさまざまなガスで最適化された性能を備えたさまざまなタイプのイオン ポンプが開発されてきました。 Agilent Varian の VacIon Plus は、ダイオード、ノーブル ダイオード、StarCell の 3 つの異なる要素から選択できる完全な製品ファミリです。どのような用途であっても、その用途向けに設計された VacIon Plus ポンプがあります。
ダイオードバイオンプラス
VacIon Plus ポンプのダイオード バージョンは、酸素 (O 2 )、窒素 (N 2 )、二酸化炭素 (CO 2 )、一酸化炭素 (CO)、およびその他の収集可能なガスに対するすべてのイオン ポンプの中で最高のポンピング速度を備えています。水素 (H 2 ) に対しても最高のポンピング速度と容量を提供します。シンプルな機械構造により、非常に低い圧力に至るまで信頼性の高い電流/圧力の読み取りが可能であり、完全に振動のない動作が可能です。その幾何学的および電気的構成により、電子検出器または同様のデバイスの近くで使用することができます。したがって、Diode VacIon Plus ポンプは、汎用 UHV システム、電子デバイスの排気用、および最も高感度の電子顕微鏡で広く使用され、成功しています。ただし、アルゴン (Ar)、ヘリウム (He)、メタン (CH 4 ) などの希ガスをポンピングする用途にはダイオードは推奨されていません。
ノーブル ダイオード VacIon プラス
Noble Diode VacIon Plus 素子は、チタン陰極の代わりにタンタル陰極を使用したダイオード素子のバージョンです。この置換により、希ガス (主にアルゴンとヘリウム) のポンピング速度と安定性が向上します。それ以外の点では、この素子はダイオード VacIon Plus と同等です。 Noble Diode VacIon Plus ポンプは、希ガスのポンピングが重要な特性であるあらゆるアプリケーションで使用されます。ダイオード構成と同様に、ノーブル ダイオードは、非常に低い圧力ですべてのガスに対して一貫したポンピング速度を維持します。ただし、H 2および収集可能なガスのポンピング速度は、対応するダイオード ポンプよりも遅くなります。ノーブル ダイオード VacIon Plus は通常、混合ガスがポンプで送られ、圧力が非常に一定である (つまり、突然のガス バーストや体系的な高圧サイクルがない) UHV アプリケーションで使用されます。非常に低い圧力でもほとんどすべてのガスに対して一定の速度を示す特性により、イオン ポンプのみを使用して UHV 圧力を得る場合に最適です。これは、表面分析アプリケーションだけでなく、粒子加速器やシンクロトロン リングでもよく見られる状況です。アプリケーションで高圧へのサイクルや大量の H 2のポンプが必要な場合、またはイオン ポンプをチタン昇華ポンプや非蒸発ゲッターなどの他の UHV ポンプと組み合わせる場合には、他の VacIon Plus バージョンが推奨されます。
スターセル バイオン プラス
StarCell VacIon Plus エレメントは、Triode 構成の最新のバリエーションです。特許取得済みの設計により、このイオン ポンプは、大量の希ガス (ノーブル ダイオードよりも優れた) と水素 (ダイオードと同等) を処理できる唯一のイオン ポンプとなっています。さらに、このポンプはメタン、アルゴン、ヘリウムに対して最高の速度と容量を提供します。 StarCell VacIon Plus は、すべての異なるガスに対する高い総容量と、比較的高圧での非常に優れた速度性能により、10 -8 mbar 以上での一定の動作を必要とするアプリケーションに最適です。これには通常、電子顕微鏡と質量分析計が含まれます。
StarCell は、アルゴン、ヘリウム、メタンの高いポンピング速度 (あらゆる圧力におけるイオン ポンプの中で最高) により、イオン ポンプをチタン昇華ポンプ (TSP) または非蒸発ゲッターと組み合わせて使用するアプリケーションの標準となっています。 (NEG)ポンプでは、ポンプ性能が強化されています。 StarCell VacIon Plus ポンプと TSP/NEG ポンプを組み合わせた場合、これらの組み合わせの最適化された特性により、達成可能な最低圧力が得られます。既存のほとんどの粒子加速器とシンクロトロン源、ビームライン、移送ライン、および同様の装置は、これらの組み合わせを使用し、すべてのガス種に対して最大速度を得るために使用して成功しています。
| 排気速度
特定の体積から分子を除去するポンプの能力を表すために使用される最も一般的なパラメータは、ポンプ速度です。通常、毎秒リットルで測定され、単位時間当たりに除去されるガスの量（所定の圧力における）を表します。イオン ポンプでは、正味のポンピング効果は、さまざまな現象の合計から生じます。 |
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• イオン衝撃によるカソード材料のスパッタリングによって生成されるゲッター膜のポンピング作用。
• カソードへのイオン注入および拡散によるポンピング作用。
• アノードとポンプの壁にガスが埋もれています。
• カソードの加熱と浸食によるカソードからのガスの再放出。
一生
イオン ポンプが新しい場合、またはベーキングなどによって再生された場合、カソードの表面層はきれいで、そこからのガスの再放出は無視できます。この状態では、イオンポンプは「不飽和」と呼ばれ、ポンピング効果はガッタリング効果とイオン注入および拡散の両方によるものです。カソードに注入されるガス分子の数が増加すると、イオン衝撃によるガス分子の再放出が増加します。結果として、正味のポンピング速度は、イオン注入とガス再放出との間の平衡状態に達するまで減少する。この状態では、イオンポンプは「飽和」しており、陰極からスパッタされた材料のゲッタリング作用のみによる正味のポンピング速度は、不飽和ポンプのポンピング速度の約半分になります。飽和効果はカソードに注入されるガス分子の量に依存するため、イオンポンプが飽和するまでに必要な時間はポンプが動作する圧力に反比例します。したがって、圧力が低いほど、ポンプが飽和するまでの時間が長くなります。
適切なベークアウト手順 (およびその結果としてのポンプ再生) を備えたイオン ポンプ式 UHV システムでは、10 -11 mbar の範囲の圧力が可能です。この圧力では、イオン ポンプは飽和するまでの数年間、より高い (飽和していない) ポンピング速度値で動作します。
活性ガス (N 2 、O 2 、CO、CO 2 ...)
これらのガスの特徴は、ほとんどの金属と容易に反応して安定した化合物を形成する能力です。イオンポンプでは、これらの活性ガス分子が、カソード材料のスパッタリングによって生成された新しいチタン膜と反応します。これらの活性ガス分子はカソード内に深く拡散しません。カソード表面に捕捉されたこれらの分子の再放出による飽和効果は非常に強力です。ダイオードおよびノーブル ダイオード エレメントは低圧力でより高いポンピング速度を示しますが、StarCell エレメントは高圧でより優れた性能を発揮します。
水素
水素は活性ガスですが、質量が非常に小さいため、スパッタリング率は非常に低くなります。この事実にもかかわらず、H 2のポンピング速度は非常に高速です。これは、H 2 が再放出を無視してカソードに急速に拡散するためです。 H 2をポンピングする場合、イオンポンプは常に不飽和状態で動作します。その結果、H 2の公称速度は窒素の対応する値の約 2 倍になります。さらに、より重いガスの痕跡が存在する場合、スパッタリング速度の増加により、水素の排気速度がさらに高くなります。タンタル陰極の H 2溶解度がチタン陰極よりも低いため、ダイオード素子はノーブル ダイオードよりも高いポンピング速度を示します。 StarCell エレメントは、高圧での優れた性能と強化された H 2容量を兼ね備えています。
希ガス (He、Ne、Ar、Kr、Xe)
希ガスはチタンに埋もれて排気されます。希ガスイオンはエネルギーを失うことなく中和され、陰極から飛散します。これらの中性原子は、アノードやポンプ壁に注入または付着するのに十分なエネルギーを維持しており、スパッタリングされたチタンによって埋め込まれ、永久的にポンピングされます。ダイオード構成では、中性化と後方散乱の確率が非常に小さいため、希ガスのポンピング速度は N 2ポンピング速度のわずかなパーセントにすぎません。さらに、比較的高いアルゴン分圧（すなわち、１０ -8ミリバールより高い）で動作する場合、カソードに一時的に注入されたアルゴンの再放出による突然の圧力のバーストが観察される。これが発生すると、ダイオード ポンプは、ソースが停止されるまで、それ以上のアルゴンを汲み上げることができなくなります。この現象は「アルゴン不安定性」として知られています。
ノーブル ダイオード素子では、1 つのチタン カソードが 1 つのタンタル カソードに置き換えられます。タンタルの核質量が大きいため、後方散乱の確率が増加し、その結果、希ガスの排気速度が増加します。希ガスの排気速度に関して最良の結果は、StarCell エレメントに典型的なオープンカソード構造を使用して得られます。これらの構成では、フラットなカソード構造が、イオンとのかすかな衝突を可能にする構造に置き換えられています。これらは中性化され、フラットカソードの場合よりもはるかに高い確率でポンプ壁またはアノードに向かって前方散乱されます。その結果、N 2の最大 60% の希ガスの排気速度が得られます。さらに、利用可能なすべてのチタンを最適に使用できる独自の設計により、StarCell ポンプの動作寿命は他のすべてのポンプよりも約 50% 長くなります。
メタン
メタンは希ガスではありませんが、ゲッター材料とは反応しません。これは、真空システムの壁に存在する水素と炭素の反応生成物として、UHV システム内に常にある程度存在します。メタンは電子加速器において特に問題であり、ビーム減衰の主な原因となります。イオンポンプのペニング放電により、メタン分子 (および他の炭化水素分子) は分解され、より小さな「ゲッターされた」化合物 (C、CH 3 、... H) に変換されます。その結果、メタンと軽質炭化水素のポンピング速度は常に N 2のポンピング速度よりも高くなります。
| 清潔さ
どのシステムでも非常に低い圧力 (つまり 10 -11 mbar) に達するには、チャンバーとポンプの両方のガス放出を最小限に抑える必要があります。適切に清掃されていない場合、イオン ポンプ自体が UHV のガス源になる可能性があります。清浄度を確保するために、VacIon Plus ポンプは工場で超清浄な真空中で高温で処理され、本体とすべての内部コンポーネントから完全にガスが排出されます。連続的な陰極衝撃のため、イオン ポンプ要素の清浄度はさらに重要です。カソードの表面または大部分に捕捉されたガスは、最終的には放出されます。 |
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イオンポンプのガス放出
イオンポンプのガス放出システムはポンプ本体の熱プロセスであり、完全にコンピューター制御されており、達成されたポンプ仕様の自動最終テストを行うことができます。ポンプのベークアウトは、外部ポンプ本体を酸化から保護するために、窒素制御された雰囲気中で行われます。
このシステムは、イオン ポンプの固有のガス放出を制御することにより、イオン ポンプの内部表面から熱ガスを放出する原理に基づいています。したがって、時間ではなく圧力がプロセス全体の原動力となります。ベークアウト時間はポンプ コンポーネントの内部洗浄によって決まり、このようにしてすべてのポンプの最終的なガス放出速度とベース圧力が同じになります。
熱プロセスの最後に室温に達すると、RGA が実行されます。真空システムに設置されたガス分析計は、ポンプによって脱気されたさまざまなガスのスペクトルを提供します。よくベーキングされた真空システムに通常存在する H 2およびその他のピークが許容レベルを超える場合、ポンプは再度ベーキングされます。それ以外の場合は、ピンチオフされ、そのベース圧力が監視されます。ベース圧力はイオン電流の読み取り値によって評価されます。電流の減少はコンピュータで監視され、ポンプはベース電流に達した後でのみ出荷可能になります。
長寿命
すべての VacIon Plus ポンプは、1x10 -6 mbar の圧力で数千時間を超える定格寿命を持っています (Diode ポンプでは 50,000 時間、StarCell では 80,000 時間)。多くのイオン ポンプでは、絶縁体の金属化やポンプ素子の歪みにより、定格寿命よりかなり前にメンテナンスが必要になる場合があります。すべての VacIon Plus エレメントは、カソードの歪みを最小限に抑えるように設計されており (繰り返しのベークアウトや高圧での始動後でも)、絶縁体は二重凹角設計とキャップ シールドを使用することでスパッタされたチタンから保護されています。
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