Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы (1053470), страница 31
Текст из файла (страница 31)
При понижении давления в измеряемой системе стрелка начинает перемешаться в сторону увеличения термоЭДС, так как с уменьшением давления уменьшается тсплопроводиость газа и, следовательно, повышается температура перемычки. Ток накала подогревателя можно определить, откачав систему до давления менее 1,3 !О-' Па. При этом давлении теплоотвод по газу от подогревателя пренебрежимо мал, и вся подводимая мощность расходуется на излучение и теплоотвод по вводам. Ток подогревателя подбирается таким образом, чтобы стрелка милливольтметра точно совпадала с последним делением шкалы; при этом показания миллнамперметра (шкала «ток накала») будут соответствовать рабочему току подогревателя. Работа ионизационных манометрических преобразователей основана на иоинзации газа электронным потоком и измерении ионного тока, по которому судят о давлении.
Конструкция наиболее распространенного электронного ионизациоиного манометрического преобразователя показана на рис. 6.11. В стеклянном баллоне преобразователя смонтирована трехэлектродная система, состоящая из коллектора ионов 1, аиодиой сетки 2 и прямонакального катода 3. На аиодную сетку относительно катода подается напряжение +200 В, а на цилиндрический коллектор ионов — 50 В. Анодная сетка преобразователя выполнена из вольфра- Рис.
632. Магнитный электроразрядный вакуу- метр Рис. 6.11. Электронный нонизацнонный мамо- метрический пре- образователь Рис. 6.10. Термопарный маиометрнческнй преоб- разователь моной проволоки диаметром 0,2 мм в виде бифилярной спирали, При прогреве преобразователя для его обезга>кнвания по спирали пропускается ток 3 А. Вольфрамовый катод преобразователя эмиттирует электроны, которые двн.
жутся к аноду. Часть электронов пролетает сквозь анодную сетку и попадает в пространство между аиодной сеткой и коллектором. Так как коллехтор имеет отрицательный потенциал относительно катода, электроны не могут попасть иа коллектор. В точке пространства с нулевым потенциалом электроны останавливаются и начинают движение в противоположном направлении — к положительно заряженной анодиой сетке. В результате у сетки непрерывно колеблются электроны и, сталкиваясь с молекулами газа, иоиизируют их. Образовавшиеся положительные ионы собираются на находящемся под отрицательным потенциалом коллекторе, создавая в его цепи ионный ток.
При давлении ниже 0,1 Па отношение ионного тока к электронному прямо пропорционально давлению газов в манометрическом преобразователе. Чтобы измерить давление, достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную преобрззователя. Магнитные электроразрядные вакууметры способны измерять как достаточно высокие давления около 1!Р Па, так и сверхнизкие давления вплоть до !Очм Па н ниже. Ионизация газа в этих вакууметрах осуществляется не термоэлектронамн, змиттнруемымн накаленным катодом, а обеспечивается и поддерживается благодаря самостоятельному разряду между холодными электродамн. Принцип работы магнитного электроразрядного вакууметра можно понять из схемы, изображенной на рис.
6.12. 10 — 6231 145 144 В манометрическом преобразователе имеются всего два электрода: катод, которым является металлический корпус 1 прибора, и анод в виде металлического кольца 2. Вдоль оси анода создается магнитное поле с нндукцией 0,05 ... ... 0,2 Тл от постоянного магнита 4. Через балластный резистор 3 на анод подается высокое положительное напряжение (2,5 ... 3 кВ). При достаточно низком давлении между анодом и корпусом прибора возникает самостоятельный тлеющий разряд. Образовавшиеся при ноиизации положительные ионы перемещаются к корпусу (катоду) и нейтрализуются на нем.
Обладая значительной энергией, положительные ионы выбивают из корпуса вторичные электроны, которые, двигаясь к аноду, также иоинзируют газ. Балластный резистор 3 автоматически снижает разность рабочих напряжений на электродах преобразователя прн высоких давлениях, предотвращая тем самым возможность перехода тлеющего разряда в дуговой. Ток положительных ионов на катод и ток вторичных электронов с него в сумме численно равны электронному току в цепи анода. В результате ионизации газа возникает электрический разряд, ток которого в достаточно широком диапазоне зависящий от давления измеряется амперметром 5.
Приборы для измерения парциальных давлений газов называются гаэзанализаторами или масс-спектрометрами. Принцип действия почти всех наиболее широко применяемых высоковакуумных масс-спектрометров основан на нонизэции анализируемого газа. При этом образовавшиеся положительные ионыразделяются по характерному для каждого из них отношению массы иона к его заряду. После разделения ионы поступают иа коллектор масс-спектрометра и создают в его цепи ток, пропорциональный давлению. Таким образом, датчик масс-спектрометра должен состоять из трех основных узлов: источника ионов, анализатора и приемника. ионов.
По принципу действия масс-спектрометры подразделяются на следующие группы: 1. Статические масс-спектрометры, в которых разделение ионов осуществляется с помощью постоянных или медленно изменяющихся магнитного и элех. трического полей, причем период изменения полей много больше времени движения ионов в анализаторе. 2. Времяпролетные масс-спектрометры, в которых разделение ионов в анализаторе происходит во время их пролета в пространстве, свободном от электрического н магнитного полей.
Масс-спектрометры этого типа называют также хронотронами. 3. Радиочастотные масс-спектрометры, в которых характер движения ионов, например частота колебаний, находится в определенном соответствии с приложенным высокочастотным напряжением: а) омегатронный измеритель парциальных давлений; б) квадрупольный и монополярный масс.спектрометры. Основными параметрамн газоанализаторов являются чувствительность, разрешающая способность, диапазон анализируемых масс и минимальное регистрируемое давление. Квадрупольный масс-спектрометр (рис. 6,13) способен анализировать состав газов от давления 10-' Па н ниже при достаточно высокой разрешающей способности (до 100 и более).
146 Рис. 6.13. Квадрупольиый масс-спектрометр Принцип работы анализатора заключается в следующем. Исследуемый газ нонизируется в источнике ионов 1 и выталкивается в виде ионного пучка через диафрагму в пространство анализатора. Отфильтрованные в анализаторе ионы определенной массы дают в цепи коллектора 3 ток, пропорциональный давленью. В анализаторе прибора разделение ионов по массам происходит за счет действия квадрупольного электрического поля, создаваемого четырьмя параллельными цилиндрическими стержнямн 5, к которым приложены переменное и постоянное напряжения.
При этом в области поперечного сечения, близкой к продольной оси прибора, создается гиперболическое электрическое поле. Заряженная частица 2, двигающаяся вдоль оси прибора, будет раскачиваться высокочастотным полем, причем амплитуда колебаний зависит как от массового числа ионизироваиной частицы, так и от напряжения на стержнях.
Ионы 4, амплитуда колебаний которых остается меньше расстояния от оси до стержня, могут беспрепятственно проходить через квадрупольное поле. Можно подобрать параметры поля так, что в зависимости от подаваемого напряжения через фильтр будут проходить ионы одной определенной массы, Для получения тонкопленочных элементов ИС высокого качества необходимо контролировать скорость осаждения пленок в процессе их получения.
Разный химический состав наносимых материалов и различные способы нх осаждения, ения, а также широкий диапазон требуемой скорости роста пленки н ее толщины вызывают необходимость использования различных по физическим принцип м ипам методов измерения. Все виды приборов можно разделить на три группы: для контроля потока осаждаемых частиц, измерения массы осажденного вещества и характерных параметров пленок. Существуют два метода измерения плотности потока испаряемого вещества, один из которых основан на нонизации молекул пара электронами н регистрации ионного тока, а второй — на измерении динамической силы, с которой сталкивающиеся с поверхностью молекулы воздействуют иа нее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
