Iontové vývěvy Iontové vývěvy se studenou katodou Diodové výbojové vývěvy Princip Penningův manometr - paralelní řazení, roštová anoda, katody z Ti, Ta životnost katody ~ 50000 hodin - 5.7 let nepřetržitého provozu • napětí 2-10 kV • magnetické pole 0.01 - 0.2 T O ion © atom (molekula) plynu o eleklron # ahm Fig- 14.6 Schematic diagram showing sputter deposition and pumping mechanisms in a Penning cell: ■ Chemically active gases buried as neutral particles; ► chemically active gases ionized before burial; □ inert gases buried as neutral particles; A inert gases ionized before burial. Reprinted with permission from Proc. 4th Int. Vac. Congr (1968), p. 32$, & Andrew. Copyright 1969, The Institute of Physics. 10 8 o co A 2 H5 N, O* 10 10 P ÍTorr) 10 Čerpací rychlost jedné Penningovské cely empirické vzorce - Hartwing a Kouptsidis: nízké mag. pole LMF mód,B < Btr: sLMF = 1.56 • icr5p°-2/r2e2 [Is-1] vysoké mag. pole HMF mód, B > Btr: Shmf = 9. lO-*/*^ - kde e^ = 7-637^oo5 tGauss] r,l - [cm], P - [torr] Čerpací mechanizmus chem. aktivní plyny (C>2,N2,...) - chemicky reagují s Ti - nitridy, oxidy ionty lehkých plynů (He, H2,...) po dopadu na povrch katody difundují do objemu těžší ionty (Ar, Xe,...) jsou na povrchu katody překrývány novou vrstvou Ti složitější molekuly (CH4,...) se rozkládají ve výboji na jednodušší fragmenty a atomy maximum čerpací rychlosti je ~ 10~4 Pa, klesá asi na polovinu při tlaku ~ 1CT8 Pa Argonová nestabilita Time 4 & > < = * 4 š ► Triodové výbojové vývěvy c) n o I 1 1 I 1 I II i i i i i m r Ú5 I I 1 ľl l IľCľh I I /I I I I I Or I B n Collector = □ Cathode EH Anode -_.4 ! ! 1 1 I i ! ! ! ! 1 t-fcVfr (a) m innnnnnnnnnnnni Cathode Anode «1 [UUUUUUUUUUUUUl- / T (d) (b) 'Collector 3 aCollector ODDODDOODOOODDCathode Anode h| Anod oooooooooooooifkvf (c) ífa Cathode = Anode fei Ti Cathode (a) Cathode Anode (f) Fig. 14.7 Pump designs for inert gas pumping: (a) The triode pump of Brubaker [39]; (b) triode pump of Hamilton [40]; (c) triode Varian Noble Ion Pump [41]; (d) slotted cathode diode of Jepsen et al. [42]; (e) differential ion pump of Tom and Jones [43]; (f) magnetron pump of Andrew et al. [46]. Reprinted with permission from Proc. 4th Intl. Vac. Congr (1968), p. 325, D. Andrew. Copyright 1969, The Institute of Physics. Tab. 4.19. Relativní čerpací rychlost (vzhledem k čerpací rychlosti pro vzduch) diodových a triodových titanových vývěv (orientační údaje) Plyn Deute-, " H, i (ľ a) ' rium CH4 Páry olejů 1 H20 CO, Vzduch N2 o2 Ne 1 He j Ar t Diodová vývěvy 2,7 1 9 1.5 1-1,6 1 1 1 0,9 0,6 0,12 i 0,1 10,0» ! Triodová vývéva 2,0 0,1510,1 -ojloa-w MÉCiWW 102 Pa) při teplotě ohřevu ~ 600 - 1000 °C • zanedbatelně nízkou tenzi par (< 10~5 Pa) při pokojové teplotě • velkou schopnost pohlcovat plyny zejména kyslík • chemická stabilita • neuvolňovat složky, které by snižovaly emisivitu katody F6450 22 / 33 Používané vypařované getry: • hliník - reaguje jen s kyslíkem • horčík - dobře čerpá kyslík, snadněji se vypařuje • titan • baryum - nej používanější • BaTh • Ba+Sr+C+Ta • BaAI4 2 Ba + 02 3 Ba + 2 CO -> 5 Ba+ 2 CO2 - 3 Ba + N2 2 Ba + H20 - Ba + H2 -> 2 BaO (92 mbar.l.g-1) 2 BaO + BaC2 (107 mbar.l.g'1) 4 ßaO + ßaC2 (67 mbar.l.g'1) ->• ßa3/V2 (53 mbar.l.g-1) BaO + ßaH2 (80 mbar.l.g-1) ■ BaH2 (173 mbar.l.g-1) • vypařování getrů - nejčastěji pomocí vnější vf cívky • vypařování getrů se provádí při co nejnižším tlaku • čerpací rychlost záleží na teplotě, velikosti plochy getru, na struktuře vrstvy getru , tlaku čerpaného plynu, složení čerpaného plynu • lze získat a udržet tlak řádu ~ 10~10 Pa • v šedesátých letech se vyrábělo asi 3 miliony getrů denně Nevypařované getry, N EG • zpravidla dvou, nebo třísložkové slitiny • Ti, Zr, V, Hf, Th, Fe, AI, Co, Ce,... • vrstva sorbovaného plynu - při přípravě, při montáži do reaktoru,.. • aktivace getru - zvýšená teplota po dobu několika hodin • difúze a rozpouštění do objemu, desorpce F6450 27 / 33 Čerpací mechanizmus • CO, CO2, O2, N2 - jsou chemisorbovány a jejich desorbce je za normálních podmínek velmi těžká, při zahřátí getru difundují do objemu • H2 - je sorbován, difúze do objemu, sorbce je reverzibilní • H2O - disociace na vodík a kyslík • uhlovodíky - jsou sorbovány na povrchu, kde se rozpadají, uhlík je chemisorbován • vzácné plyny Ar, Xe, ... - nejsou getrem čerpány F6450 28 / 33 Sorpční rychlost ( m" s' ) F6450 31 / 33 u F6450 32 / 33 • dominantní proces je chemisorpce a difúze do objemu • dobře čerpá H2, H20, N2, CO, C02, 02 • nečerpá inertní plyny např. Ne,Ar,... • čistý povrch kovu, aktivace vyšší teplotou, pracuje od ~ 10~4Pa • získávání vysokého a extrémně vysokého vakua • složení getru • jedna složka - Ti, Zr • dvě složky - ZrFe,..., aktivace 700 - 900 °C • tři složky - ZrVFe(- 450 °C), TiZrV(- 200 °C) • v kombinaci s iontovou vývevou je možné dosáhnout tlaku řádu 1CT11 Pa F6450 33 / 33