Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 55

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 55)

Тгоу, Н, У.», 210 2. Вакуумные насосы сильно возрастаец Этот тип откачки с помощью злектричесного поля впервые наблюдался в 1937 г. Пеинингом [!28[ в ионных манометрах. Манш метры Пенниига так же, как и моноэнергетические ионаые пучки широко используются для изучения механизмов захвата ионов при различных условиях эксперимента, Обзоры иногочисленных исследований представле. ны Редхедом с сотрудниками [129[, а также Грантом н Картером [130[. В последней статье суммированы известные из литературы данные об эффективности захвата инертных газов в зависимости от материала мишени, температуры и энергии ионов. Эта информация имеет большой практический интерес, поскольку геттерная откачка инертных газов целиком оп. ределяется процессами активации в электрическом поле.

Наиболее важным параметром этих процессов является эффективность захвата, т, е. отношение числа ионов, захваченных твердым телом, к общему числу падающих на него ионов. Поскольку захват иона связан с проникновением его через поверхность, то иоп должен обладать определенной энергией, большей пороговой, которая по данным Тейлои [13![ равна для Лг и Не соответственно 30 н 10 эВ. Обычно для получения эффективности захвата, большей О,1, необходимы энергии ионов свыше!00 эВ. Величины, близкие к единице, получаются, если ноны ускорены этектрическим полем до энергии 1 кэВ и выше [132[. Ионы с энергией такого порядка уже способны вызвать распыление материала пленочной мишени и выделение ранее поглощенных газов.

Глубина проникновения ионов в решетку со ставляет по порядку величины несколько атомных слоев. Число ионов, которые могут поглощаться поверхностью, ограничено и зависит от плотности потока бомбардирующих се частиц. Обычно насыщение наступает после захвата на квадратный сантиметр поверхности от 10м до 1ОИ ионов аргоиа, что эквивалентно одному или менее моиослою. Много усилий было предпринято для вывода уравнений быстроты от. качки, основанных на различных моделях захвата ионов [130[.

Если эф фективность захвата поверхностью в течение всего процесса остается неизменной, то давление в замкнутой системе при откачке ионным насосом долж. ио зкспоненциально падать во времени, что, вопреки ожиданиям, экспериментально не подтверждается. Не имели успеха н попытки, в которых, ~ рниималось во внимание наблюдаемые на опыте спадающие зависимости быстроты откачки и учитывалось уменьшение числа свободных для захвата состояний. Это связано с тем фактом, что захвату ионов всегда сопутствуют процессы освобождения газа, которые усиливаются по мере приближении поверхности мишени к состоянию насыщения. Идентифицированы два механизма освобождения газа. Из.за термической активация происходит спонтанная десорбция захваченных газов.

Она может наблюдаться и после выключения нонной откички [133[. Падающие ионы вызывают в процессе откачки обратную диффузию и десорбцию газа. Прямыми экспериментальными доказательствамн выделения газа вследствие ионной бомбардировки являются так называемые аэффекты памятна. Они наблюдаются, если в серии следующих друг за другом экспериментов насос откачивает различные газы. В процессе второго цикла откачки исходная концентрация захваченного на поверхности мишени в предыдущем цикле данного сорта газа уже не соответствует его новому парциальному давлению.

Вследствие этого первоначально закваченный газ выделяется в вакуум до тех пор, пока не наступит новое равновесное состояние. Таким образом, предельное давление, полученное с помощью ионного насоса, соответствует нс просто условию, когда все свободные сорбционные состоянии заполиспы, а определенному динамическому равновесию, в котором сбалансированы процессы захвата ионов и выделения газов.

Хотя ионы могут быть внедрены и в стекло, наиболее эффективными для захвата являются по- 21! Гл. 2. Техника высокого вакуума верхвостн неталлов таких, как %, %, Мо; Та, Т1, Ег н А1. Незавнснмо от нспользуемого материала, количество газа, ноторое может быть захвачено лнмитяруется насыщением поверхности в процессамн выделения газа. Поэтому необходимо восстанавливать геттерирующую емкость рабочей поверхности путем осаждення металла. Тем самым атомы ранее захваченного газа замуровываются, н онн уже не в состоянии снова выйти в вакуум, кроме как путем диффузии через новые слои металла.

Выход захваченных атомов, находящихся на неноторой глубине под поверхностью металла, значительно уменьшается. Например, обратная диффузия Аг, внедренного в молибден до концентрации в !%, несущественна для температур вплоть ' до 1500' С [134). Эмбрндж с сотруднннамн [135) обнаружил, что термнче. скос осаобожденне инертных газов, захваченных в титан, наблюдается только прн температурах свыше 500' С. В геттеро-нонных насосах имеет место одновременно и ионная н химическая откачка газа свежеосажденной пленкой металла. Наибольшая эффективность откачки получается, если используемая в качестве ионной мя. шеин пленка является также н хорошим химическим геттером.

Хотя ноннзацня предназначена прежде всего для откачки ннертных газов, она улучшает также процессы геттернровання н лля химических активных компонентов. Согласно наблюдениям Тейлон [131) молекулы )чз н СО после столнновення с быстрыми электронэмя днссоцняруют н затем хемисорбируются нормально неактивными стенкамн вакуумной системы. Процессы хнмнческой откачки могут быть также усилены возбужденнем метаста.

бнльных состояний молекул )цэ прн бомбардировке нх медленными влек. тронамн [136[. Интерес к гетгероионнмм устройствам, как к сверхвысоновакуумным насосам, был стнмулнрован главным образом работами Алп перга в !953 г., когда он с помощью манометра Баярда — Альперта )321 в небольшой откачнввемой диффузионным насосом стеклянной системе получил вакуум до 10-'э мм рт.

ст. Последующее разввтне ндеи привело к появлению высокоэффективных насосов, номбнннрующих хнмкческое гетгернрованне с электронной актнвацней. В настоящее время нмеется уже большой набор типов серийно выпускаемых геттеро-конных насосов [137). По методу получения паров металла онн могут быть разделены на конно. испарительные*' к конно-распылнтельные насосы"'. 3) Нонне-нспарнтельные насосы.

Принципиальное отличие ковнонспарнтельных от конно-распылнтельных насосов заключается в том, что в первом функции получения паров металла н нопнзацнв газа разделены, а во втором онн совмещены. В испарнтельных насосах ионы получаются в результате столкновений атомов газа с электронамн, эмнттнровэкнымя раскаленной вольфрамовой нитью н ускореннымн электрнческнм полем.

Ионы внедряются в отрнцательно заряженные степка насоса, являющнеся также подложкой для геттернрующей пленки металла. Насосы этого тяпа впервые были описаны Хербом с сотрудниками [114, !40). Один яа первых вариантов такни насосов представлен схематнческн на рнс. 27. Потенциал внешней сетки, за счет которого ионы инертного газа ускоряются по направлению к стенке, равен — 500 В, Тнтан напыляется прн непрерывной подаче проволока в раскаленный нспарнтель. Насосы такой конструкцня имеют размеры от 2,5 до 60 см и диаметре н быстроту откачки до 10000 л с-г [141[.

Номинальная быстрота откачки относится к газам, " Это название не является общепринятым. Предлагались и другие наименования, такие как насосы с радиальным электрнческнм полем [136) али электростатнчесхие геттеро-яонные насосы [139). *ю В отечественной литературе такие насосы называют ~анже магниторвзряднымн, электроразряднымн..[Прим. перса.) й. Вакууммые пасосы Таблица 5 Быстрота откачки иоиио-испармтельмых Насосов Быотротв откачки вввртиык газов, л.

с к Литврлтур. оый иоточ- кик Дивиетр изоосз см со, со не 1000 1500 5 7 24 2000 500 1600. [142[ [143[ 3300 900 4800 48 10 15' 1800 1300 Марки Гркквил — Филлиио К', Ьоулдер, Шз Колорвдо. геттерируемым химически. Как видно из табл. 5, быстрота даа ииертиыз газов значительно меньше. Сравнительно плохо откачиваются пары воды, поскольку оии пе очень хорошо геттерируются титвяом. Согласив табл. 5 1О-саитяметровый насос имеет относительно более высокую зффективиость откачки инертных газов по сравнению с Насосом более старой коиструкцив с диаметром 48 см. Это связано с улучшеинем геометрии внутренних эле. ментов. Это достигается за счет инжекции электровоз с такими высокимв эиергиями, что оии выходят на орбиту.

В результате их средняя длина свободного пробега увеличивается до:Нескольких сотен сан- лптцу тиметров, а эффективность ионн! зации возрастает. Двигающиеся ВнутРенняя ссгннс о орбите . ектроиы в конце ко - ! !! 1 ! гоп па'ают па титановый цилиндр ! !! ! Внтинысстнд' и гсм самым нагревают его до тем- ! ! пературы, Необходимой для суб- ! ! л ! Рйсннайаднутссннсй 1 ! ! лимацни [143[. — — — - з стсннс Эта конструкция ие куждается в сетке, поскольку электрическое Нст[ тнс с титснсдсй поле, создаваемое ме кду цеитральиым ыеталлическим стерхсисм и степками насоса, ускоряет как элсктроиы,так я ионы. В модифицированиом варианте в качеИсн тнсдв стае заземлеиной поверхиосги используется стеклянная трубка с проволочным сетчатым эрвном Рис.

тт. Исивритвльиый ионный ивова !ио [144[. ПОСЛЕдвяя Прсиятотауст От. Хораз и др 1!Ы!!. шслушиваяию Накопившейся плеики титана, которое сиизкает эффективность откачки ииертиых газов и может привести к закорачивапию анода, Принцип орбитроииого насоса используется также в 15-саитиметровом вориаите, приведеииом в табл.

5. Эта распространенная модель насоса раз- работана Билсом [139[ и Деиисоиом [123[. На рис. 28 показана одна из че- тырех идентичных ячеек, составляющих Насос. Положительвый потеициал сетки в 370 В ускоряет ноны в направлении стенок, а также препятствует выходу электронов из объема, ограниченного сеткой, Поэтому иониый ток может быть использован для иидикацви давлеяяя ВпЛОть До Вакуума ОКОЛО 10-в мм рт. ст. В прямояакальпом вариакте скорость сублимации тятаиа ПЗ Гл. 2. Техвяка высокого вакуума Рис. 22.

Схема ичеаин елеитростатичестего гсттеро-ноиного насоса Иилса !!за! и дснисоиа !!22!. ть 1000 ч 1200 Ф В00 гт 400 0 сл 10 ьчь ~2 ф 24 ф 1В б ,0-в 10- 10-4 10-2 Б ДаВление, мм ргл.елх чз М Рнс. 22. заинсимость бмстрот» отиачин елеитростатичссиою геттеро-ионного насоса али И, н Аг от ааелеини. сиорости сублим нии титина снимались ори о 55|0-ч !.уе — ' и у-!о мм рт.

Характеристики

Список файлов книги