Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 57
Текст из файла (страница 57)
В этом насосе катоды состоят нз двух разлнчных металлов: титана н таи. тала. Согласно Картеру [153] коэффициент распыления для тантала выше, чем для титана. Если в насосе вместо обычной днодной системы использовать структуру с обоими этнмн металлами, то быстроты отначкн н стабильность увеличиваются. Ионно-распылнтельные насосы трнодного типа были впервые описаны Брубейкером [155].
Их рабочие характеристики были проанализированы Баксом н Крейгом [15Ц. Характерной особенностью трнодной структуры являются тнтановые катоды в форме открытых сотов. Их располагают, как это показано на рнс. 32, б, между многоячеечным анодом н заземленной платой коллектора. Поскольку матерналы ано.
да н коллектора в процессе работы не распыляются, онн могут быть изготовлены нз нержавеющей стали. Отрнцательноесмещенне на катоде равно нескольким кнловольтам. Положнтельные ноны газа, генерируемые в пространстве между анодом н катодом, ускоряются в направлении к катоду. Из-за особенностн структуры катода большая часть ионов проходят сквозь него, но теряет свою энергию в основном прн двнженнн к коллек- Гл. 2.
Текммка высокого вакуума Рнс. 33. Кривые быстроты от«овен воздуха н вртннв нонне-рлснылнтслвныын о«соевых. 216 тору. Следовательно, ноны достигают коллентора с относительно небольшими внергнямн, достаточными для нх захвата, но уже слишком малыми для распылеяня металла. В результате замурованные молекулы газа уже не освобождаются. Те ионы, которые сталкиваются с катодом, имеют большие энергия н падают на него под малыми углами.
Поэтому эффективность распыления нми титана высока. Падение ионов под малыми угламн способствует направленному распыленню геттерирующего материала на кол. лскторный электрод. Соответственно откачка, нннцннрованная электрическнми полями, имеет место на коллекторе н на не обращенных к аноду поверхностях катода. Несмотря на прогресс в технологнн изготовления конно-распылнтель. ных насосов, механнзыы захвата н выделения ннертных газов еще не на- столько поняты, чтобы можно т было колнчественно описать на- ~ грп сз блюдаемое на опыте поведенне этих насосов.
Попытка воспол. ту дал зуух нить этот пробел была сделана нелавно Джепсеном 11641, которо . рый предложил новый механизм захната, включающий в рассмотрепке нейтральные атомы с высокими энергиями. Согласно его гипотезе, часть ионов инертного н» ' з 3 газа при ударе о катод нейтралн- 33 ур-тт уд Р Ш т уб ГГт зуется, но не «прнлнпаетв. Зтн Драла«аз, мм аж сат атомы с относительно высокими энергиями н большой вероятностью прнлнпання рассенваются обратно в сторону анода н на боковые стенки. В противоположность конам, внедренным в анод, нейтральпыс атомы с большой энергией хорошо «замуровываютсяз в распыляемый матсрнал. Как установил Джепсен, один из тнпов днодного насоса онончательно откачивает всего лишь около 10«тй ионов аргона, что хорошо согласуется с наблзодаемой на опыте быстротой откачки для этого газа.
Серийные конно-распылнтельные насосы хотя конструктивно н отлнчаются друг от друга, но тем не менее имеют почти одинаковые рабочие характеристики. Для несколькнх моделей кривые откачки опублнковэны Мнллероном (231. Вследствие завнснмостн быстроты откачки от рода газа, области рабочих давленый н «предысторнн» насоса, провести объективное сравнение насосов оказалось трудно. Влияние этих факторов исследовал Эндрю [1671.
Крнвая откачки для воздуха, представленная на рнс. 66, является тнпичной, поскольку на ней видны участки перехода от промежу. точных к низким давлениям смаксимумом около 1О ' мм рт. ст. Постепенное снижение быстроты откачки прн переходе в область очень низких лав леннй может быть скомпенснровано включением в работу одновременно тнтавового сублимационного насоса. Инертные газы, такне как аргон, откачиваются менее эффективно, чем химически сорбнруемые компоненты. Быстрота откачки серийных насосов оценивается для воздуха по мак.
симуму при 10-' мм рт. ст. Этот параметр стандартных насосов варьн. руется от 1 до 1200 л с-з, но есть сообщення как о менее, так и о более пронзводнтельных моделях. Быстрота откачкк всех прочих, кроме воздуха, газов выражается в процентах по отношению к этому параметру для воздуха. В табл. 6 представлены данные, наиболее часто встречающиеся в литературе. 2.
Вакуумные насосы Таблггпа 6 Быстрота откачки различных газов ионна-распылнтельиыми насосами 150 — 25![ 100 90 — 180 85 — 95 60 — 100 5 — 30 н, Воздух, СО„СО, НтО Легкие углеводороды [ь[т О, Не, Аг Часто утверждают, что ионна-распылительиый насос можно включать при 10-' мм рт. ст., однако запуск некоторых типов диодных насосов при таких высоних давлениях представляет определенную трудность. Для триодных насосов таной проблеиы не существует, и они могут залу. скаться даже при р=10 ' мм рт. ст. Однако быстрота откачки в этой области давлярий мала, и для снижения давления от 10-' до 1О-в мм рт. сг.
требуется р5 же самое время как и для снижения давления от 1О-Я до 10-1 мм рт. ст. [!5!]. Кроме того, в гг личнвается расход титана, в результате гг чего сокращается срок службы катода. н " сб' Необходнлтый предварительный вакуум ч гг0 Оьт' получается обычно с помощью крио- ~ ггт з, [9 сорбцноиных ловушек. Холлэид обив- 'В ь ружнл, что наиболее предпочтительны 9 ГР ь. О" !О вращательные масляные насосы с эффек- 4 ф 0 тинными ловушками, поскольку ани одинаково откачивают как инертные, -а ф так и обычные газы, облегчая тем са- гр мым более ранний запуск ионнога на- га л гй т гр х соса [158], ЛаЬемюг, им рт. гла Как видно нз рис. 34, зависимость между ионным током и давлением является линейной в довольно широком интервале давлений.
Следовательно, ионные распылительные насосы могут быть откалиброваны для индикации давления. Отклонения от строгой липсйностн как и уменьшение быстроты агкачки проявляются, согласно Ламонту [159], лишь при очень низких язвлениях. При оптимизации конструкции насоса в отношении геоьгстрии электродов, магнитных н электрических полей область эффек. ~ниной работы насоса может быть расширена вплоть до 10-ы илн !О-'т мм рт, ст. [160]. Для диодиых насосов наблюдалось относительное увеличение тока в центре ячейка прв уменынении давления от !О-' до !О-'в мм рт. ст. [161].
Следовательно, при снижении давления процесс рлспылеиия концентрируется иа небольшой плошади, в центре катодиай Рнс. 34. Зависимость иОнного гоке от дввленнн длн нонна-рвснылнтель. ного «основ пр» Омстрвте откнчнн соответственно гз н !ООЭ л.с-ч ( Предполвглетсн, что эффективность ог«вчвн равна О,! мм рт. ст. л «вн- Ч 219 Гл. 2. Технака высояого вакуума ячейка.
Начиная с давлений 1О-'а мы рт. ст. н ниже, пеннннговский разряд становятся не стабильным н может погаснуть. Чтобы гарантировать начало н поддержание разряда прн столь ни!них давлениях, было предложено ввести в насос источник 5-лучей (Х1'з) [162]. Кроме этого, серьезной проблемой является образование на поверхности катода титановых внскер.
сов нлн отсланвающнхся чешуек, приводящих к появлению автоэмисснонных токов, нарушающих установившееся соотношение между ионным током и давлсннем. Методы удаления таках автоэмнттеров рассмотрены Гамильтоном [!63]. Ионный ток 1, установившийся в насосе прн данном давлении р, может быть использован для нзмерення быстроты откачкн насоса [160].
Как следует нз ряс. 34, для более высокой быстроты откач. кн необходнмы пропорцнонально большие ннтенснвностн разряда !/р. Однако не каждый нон, дающий свой вклад в измеряемый ток, захватывается н уменьшает тем самым газовую нагрузку. Наиболее полный критерий может быть получен путем деления реальной быстроты откачки 5 на оо ношение !!р, Например, эффективность откачки бру! 0,2 мм рт. ст. х Згл ° К ' свидетельствует об откачке одной газовой частицы на каждый падающий на катод нон. Эффективность откачки распылнтельных насосов зависит от конструктнвных факторов, таннх как геометрия электродов, напряжение на катоде н напряженность магпнтного поля. Реальные значения этого параметра для откачнн азота составляют от 0 05 до 0,1 мм рт.
сз Х Хл . К -'. Это значит, что для отначки одной молекулы Нз необходимо от 2 до 4 ионов [164). Расчетный срок службы серийных днодных насогоа составляет около 30000 ч непрерывной работы прн !О-' мм рт. ст. Он пропорционально меньше прн более высокнх давлениях. Поскольку боль.
шая часть откачиваемой газовой нагрузки поддается химическому гетте. рнрованию, срок службы насосов н быстрота откачки системы могут быль увеличены комбнннрованнем распылнтельного и сублимационных спо собов откачки. Прн таком режиме работы удается достигать быстроты оь качки до 50000 л с-' )165]. Влияние комбннированной откачки на спектр остаточных газов я величнну предельного давления было предметом нсследовання Ньютона н О'Нейла [!66).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
