Agilent Varian VacIon Plus 150 StarCell 组合泵，带侧装低温板和钛升华泵 (TSP)
安捷伦瓦里安部件号 9192540。这些 Agilent Varian VacIon Plus 150 StarCell 组合泵具有侧面安装的低温板，配有钛升华泵 (TSP) 筒和 120 V 加热器，在负电压下运行，具有 6 英寸 Conflat 进气法兰，抽速为 610 l/s氮。钛升华产生超高的可吸气气体，例如CO、CO2、H2、N2、O2、抽气速度，而离子泵机构处理不可吸气的气体，例如氩气和甲烷。 PDF 格式的 Agilent Varian VacIon Plus 150 StarCell 组合泵的完整技术数据和应用手册可在下面下载。这些泵的 Agilent Varian 部件号为 9192540。
| 真空泵通常在其内部保持比其泵送环境中存在的气体密度更低的气体密度的基础上运行。由于分子在分子流条件下的随机运动，这导致气体净迁移到泵中。一旦进入泵中，很少有逃脱，它们要么被移位，要么被捕获，具体取决于泵的类型。离子泵并不是将气体分子实际移动到大气中的容积泵，而是捕获并存储它们。因此，在某个时间点必须修复或更换泵。通常只有在使用多年后才需要这样做。
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溅射离子泵（或离子吸气泵）的通用名称来源于一些气体分子发生电离并引起溅射剂溅射的事实。这种材料与活性气体发生化学反应，形成稳定的化合物，沉积在泵的内壁上。吸气剂（通常是钛）由该材料的板或电极提供，而该材料又被在高电压影响下形成的气体离子溅射和侵蚀。这些电势通常在 3,000 至 7,000 VDC 范围内。外部永磁电路产生平行于阳极单元轴的磁场，通常范围为 800 至 2,000 G。阳极单元结构的功能是包含受磁场约束的高能电子“云”。大多数电离装置的工作方式相同。发生碰撞时，气体分子受到高能电子的轰击。分子可能会失去一个或多个自己的电子，从而留下带正电的离子。在强电场的作用下，离子被加速进入钛阴极。这种碰撞的力量足以使原子从阴极喷射并“溅射”到泵的相邻壁上。新溅射的钛具有极强的反应性，会与活性气体发生化学反应。产生的化合物积聚在泵元件和泵壁的表面上。活性气体是氧气、氮气、CO、CO 2和水等气体，而不是惰性气体，如氦、氖、氩、氪和氙。后者通过“离子埋藏”进行泵浦（离子埋藏是通过溅射的吸气原子“涂抹”惰性气体原子）。
使用离子泵读取压力的能力是由于泵电流和工作压力之间成正比。极低压力下压力读数的可靠性受到泄漏电流的限制，并且场发射的泄漏电流在很大程度上取决于施加到泵的电压。双控制器专为与任何 VacIon Plus 泵配合使用而设计，具有根据工作压力调节电压的独特能力。通过这样做，漏电流在低压下被最小化，提供低至 10 -10 mbar 范围的可靠压力读数。
VacIon Plus 系列
离子泵通常用于产生超高真空 (UHV)，因为其清洁度高、能够泵送不同气体，并且具有免维护和无振动运行的特点。使用寿命长和读取压力的能力是离子泵的其他重要特征。 VacIon Plus 系列旨在增强所有这些特性，从而为任何离子泵需求提供最先进、最有价值的解决方案。
一般来说，所有离子泵都可以在一定程度上泵送所有气体。为了获得最佳性能和基础压力，我们开发了不同类型的离子泵，在不同压力范围和不同气体下具有优化的性能。安捷伦瓦里安的 VacIon Plus 是一个完整的产品系列，提供三种不同元件的选择：二极管、Noble 二极管和 StarCell。无论何种应用，都有专为其设计的 VacIon Plus 泵。
二极管 VacIon Plus
VacIon Plus 泵的二极管版本在氧气 (O 2 )、氮气 (N 2 )、二氧化碳 (CO 2 )、一氧化碳 (CO) 和任何其他可收集气体的所有离子泵中具有最高的抽速。它还提供最高的氢气 (H 2 ) 抽速和容量。其简单的机械结构可实现低至极低压力的可靠电流/压力读数，以及绝对无振动的操作。其几何和电气配置使其可以在电子探测器或类似设备附近使用。因此，Diode VacIon Plus 泵广泛且成功地应用于通用 UHV 系统、电子设备抽真空和最灵敏的电子显微镜中。然而，不建议将二极管用于需要泵送惰性气体（例如氩 (Ar)、氦 (He) 和甲烷 (CH 4 )）的应用。
贵族二极管 VacIon Plus
Noble Diode VacIon Plus 元件是二极管元件的一个版本，其中钽阴极取代了钛阴极。这种替代可以提高泵送稀有气体（主要是氩气和氦气）的泵速和稳定性。该元件在其他方面与 Diode VacIon Plus 等效。 Noble Diode VacIon Plus 泵可用于以泵送稀有气体为重要特征的任何应用。与二极管配置一样，贵金属二极管在非常低的压力下对所有气体保持一致的泵速。然而，H 2和可收集气体的抽速低于相应的二极管泵。 Noble Diode VacIon Plus 通常用于 UHV 应用，其中需要泵送气体混合物且压力相当恒定（即没有突然的气体爆裂或系统高压循环）。即使在非常低的压力下，其几乎对任何气体都具有恒定速度的特性，使其成为单独使用离子泵获得超高真空压力的理想选择。这通常是粒子加速器或同步加速器环以及表面分析应用中的情况。当应用需要循环至更高压力、泵送大量 H 2时，或者当离子泵与其他 UHV 泵（例如钛升华泵或非蒸发吸气剂）结合使用时，建议使用其他 VacIon Plus 版本。
StarCell VacIon Plus
StarCell VacIon Plus 元件是三极管配置的最新变体。其专利设计使该离子泵成为唯一能够处理大量稀有气体（优于高贵二极管）和氢气（与二极管相当）的离子泵。此外，该泵可为甲烷、氩气和氦气提供最高的速度和容量。 StarCell VacIon Plus 对所有不同气体的高总容量以及在相对较高压力下非常好的速度性能，使得 StarCell VacIon Plus 成为需要在 10 -8 mbar 或以上持续运行的应用的理想选择。这通常包括电子显微镜和质谱仪。
StarCell 对氩气、氦气和甲烷的高抽速（在任何压力下是所有离子泵中最高的）使得 StarCell 成为离子泵与钛升华泵 (TSP) 或非蒸发吸气剂结合使用的任何应用的标准(NEG) 泵，其泵送性能得到增强。由于 StarCell VacIon Plus 和 TSP/NEG 泵的组合具有优化的特性，因此可达到最低的压力。大多数现有的粒子加速器和同步加速器源、束流线、传输线和类似设备已经使用并正在成功地使用这些组合来获得所有气体种类的最大速度。
| 抽速
用于表示泵从给定体积中去除分子的能力的最常见参数是泵速。它通常以升/秒为单位进行测量，表示每时间单位去除的气体体积（在给定压力下）。在离子泵中，净泵浦效应由不同现象的总和产生： |
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• 通过离子轰击溅射阴极材料而产生吸气膜的泵浦作用。
• 由于离子注入和扩散到阴极而产生的泵浦作用。
• 阳极和泵壁上的气埋。
• 由于阴极加热和腐蚀，气体从阴极重新排放。
寿命
当离子泵是新的或已经再生（例如通过烘烤）时，阴极的表面层是干净的并且从其重新排放的气体可以忽略不计。在这种情况下，离子泵被称为“不饱和”，泵浦效应既归因于聚集效应，也归因于离子注入和扩散。随着注入阴极的气体分子数量增加，由于离子轰击而重新发射的气体分子也增加。结果，净泵浦速度降低，直到达到离子注入和气体再发射之间的平衡条件。在这种情况下，离子泵处于“饱和”状态，仅由于从阴极溅射的材料的吸杂作用，净抽气速度约为不饱和泵抽气速度的一半。由于饱和效应取决于注入阴极的气体分子的数量，因此离子泵饱和所需的时间与泵运行的压力成反比。因此，压力越低，泵饱和之前的时间越长。
在具有适当烘烤程序（以及随后的泵再生）的离子泵UHV系统中，10 -11 mbar范围内的压力是可能的。在此压力下，离子泵将在饱和之前以较高（不饱和）抽速值工作几年。
活性气体（N 2 、0 2 、CO、CO 2 ...）
这些气体的一个特点是它们能够轻松与大多数金属反应形成稳定的化合物。在离子泵中，这些活性气体分子与阴极材料溅射产生的新鲜钛膜发生反应。这些活性气体分子不会在阴极深处扩散。由于捕获在阴极表面上的这些分子的重新发射，饱和效应非常强。 Diode 和 Noble Diode 元件在低压下表现出更高的抽速，而 StarCell 元件在高压下表现更好。
氢
氢气是一种活性气体，但由于其质量非常小，溅射速率非常低。尽管如此，H 2的泵速还是非常高，因为它快速扩散到阴极中，而再发射可以忽略不计。当泵送H 2时，离子泵始终工作在不饱和状态。因此，H 2的标称速度大约是氮气相应值的两倍。此外，如果存在一些较重的气体，增加的溅射速率会产生更高的氢气抽速。由于钽阴极中的H 2溶解度低于钛阴极中的H 2 溶解度，因此二极管元件表现出比贵金属二极管更高的泵速。 StarCell 元件将较高压力下的良好性能与增强的 H 2容量结合起来。
稀有气体（He、Ne、Ar、Kr 和 Xe）
稀有气体通过钛埋藏来泵送。稀有气体离子可以被中和并从阴极散射而不会损失能量。这些中性原子保持足够的能量来植入或粘附在阳极和泵壁上，在那里它们将被溅射的钛掩埋，从而永久地被泵浦。在二极管配置中，中和和后向散射概率非常小，因此稀有气体的抽速仅是N 2抽速的一小部分。此外，当在相对高的氩分压（即高于10 -8 mbar）下操作时，观察到由于阴极中临时注入的氩的重新发射而导致的压力突然爆发。发生这种情况后，二极管泵无法泵送更多的氩气，直到其源停止。这种现象被称为“氩不稳定”。
在贵金属二极管元件中，一个钛阴极被一个钽阴极取代。钽的高核质量增加了反向散射概率，从而提高了稀有气体的抽速。使用 StarCell 元件典型的开路阴极结构可以获得惰性气体抽速方面的最佳结果。在这些配置中，扁平阴极结构已被允许与离子发生掠过碰撞的结构所取代。它们被中和，然后向前散射到泵壁或阳极，其概率比平面阴极情况高得多。结果是稀有气体的抽速高达 N 2的 60%。此外，由于独特的设计可以最佳地利用所有可用的钛材料，StarCell 泵的使用寿命比所有其他泵长约 50%。
甲烷
虽然甲烷不是惰性气体，但它不与任何吸气剂材料发生反应。它总是以某种程度存在于特高压系统中，作为真空系统壁中存在的氢和碳的反应产物。甲烷是电子加速器中的一个特殊问题，它是电子加速器中束流衰减的主要原因。由于离子泵中的潘宁放电，甲烷分子（以及其他碳氢化合物分子）被裂解并转化为更小的“吸杂”化合物（C、CH 3 、...H）。结果是甲烷和轻质烃的抽速总是高于N 2的抽速。
| 清洁度
为了在任何系统中达到非常低的压力（即10 -11 mbar），必须最大限度地减少腔室和泵的排气。如果清洁不当，离子泵本身可能成为超高真空气体源。为了确保清洁度，VacIon Plus 泵在工厂中在超洁净真空中进行高温加工，以实现泵体和所有内部组件的彻底除气。由于连续的阴极轰击，离子泵元件的清洁度更加关键。任何截留在阴极表面或主体中的气体最终都会被释放。 |
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离子泵除气
离子泵除气系统是泵体的热处理过程，完全由计算机控制，能够对所达到的泵规格进行自动最终测试。泵的烘烤是在氮气控制的气氛中进行的，以保护外部泵体免受氧化。
该系统基于通过控制离子泵内表面固有除气来热除气的原理。因此，压力，而不是时间，才是整个过程的驱动因素。烘烤时间取决于泵部件的内部清洁，这样所有泵将具有相同的最终排气速率和基础压力。
热处理结束时，一旦达到室温，就会执行 RGA。气体分析仪位于真空系统上，提供泵脱气的不同气体的光谱。如果烘烤良好的真空系统中通常存在的 H 2和其他峰值超过可接受水平，则泵将再次烘烤。否则，它会被夹断并监控其基础压力。通过离子电流读数评估基础压力。电流的下降是由计算机监控的，只有在达到基本电流后泵才可以发货。
使用寿命长
所有 VacIon Plus 泵在 1x10 -6 mbar 压力下的额定寿命均超过数千小时（Diode 泵为 50,000 小时，StarCell 为 80,000 小时）。对于许多离子泵，由于绝缘体金属化或泵元件变形，可能需要在额定寿命之前进行维护。所有 VacIon Plus 元件均旨在最大限度地减少阴极变形（即使在重复烘烤和在高压下启动后），并且通过使用双凹口设计和帽罩来保护绝缘体免受溅射钛的影响。
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