Bombas de íons de getter (também chamadas bombas de íons de sputter ou simplesmente bombas de íons) produzem vácuo ultra-alto (UHV) sem o auxílio de peças móveis ou válvulas. Isto torna-as altamente eficazes, silenciosas e de baixa manutenção.

Bombas getter de íons requerem um grande campo magnético dentro de uma câmara isolada e utilizam altas tensões para puxar os elétrons para dentro do conjunto. O bombeamento depende da pulverização de materiais getter dentro de uma série de células e pela implantação ou enterramento dos íons produzidos.

As moléculas de gás bombeadas por quimiorção (gettered) e fisisorção (ions) estão agora permanentemente “ligadas” e não são capazes de “contribuir” para a pressão dentro da câmara.

O processo é bastante extenso e complexo, portanto, neste blog, vamos explicar como as bombas getter de íons funcionam e como elas são usadas.

PRINCÍPIOS DE TRABALHO

Com bombas ion getter, o bombeamento inicial (geralmente gerenciado por uma combinação de bombas turbomoleculares) é usado para remover o gás a granel até aproximadamente 10-4 mbar ou mais baixo.

Após a remoção do gás a granel, uma alta tensão (entre 4.000 e 7.000 volts) é então aplicada através da montagem do elemento. Este “puxa” elétrons para dentro do conjunto anódromo cilíndrico do tubo. Os elétrons são amarrados em caminhos espirais apertados por um ímã permanente (de 0,12 de força de campo Telsa) localizado fora da câmara de vácuo, formando assim uma descarga de plasma.

Os íons criados então bombardeiam a placa catódica de titânio. O bombeamento dos íons moleculares/gasosos pode então ocorrer por implantação (fisisorção). O bombardeamento causa a pulverização de átomos de titânio a partir da malha catódica. Isto resulta em depósitos nas superfícies circundantes do filme salpicado. Esta película produz bombeamento via gettering, ou seja, quimiorção de moléculas de gás.

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princípios funcionais

Existem três tipos de elementos de bomba getter iónica: o díodo convencional (CV), o ião diferencial (DI ou díodo nobre), e o tríodo. Cada tipo tem suas vantagens e desvantagens, como listado abaixo:

1. Bomba CV/Diodo

O elemento bomba CV/Diodo iônico fornece a maior velocidade de bombeamento de gases reativos e uma estabilidade elétrica e de vácuo superior. No entanto, não proporciona estabilidade a longo prazo para o bombeamento de gases nobres.

2. DI/Diodo Nobre

Com velocidades de bombeamento de íons CV/Diodo, o DI/Diodo Nobre assegura o bombeamento estável de gases nobres; retendo 80% da velocidade de bombeamento CV. Dito isto, utiliza materiais de preço mais elevado.

3. Bomba triodo

O elemento da bomba triodo é uma configuração “mesh”. Ele fornece um bombeamento estável de gás nobre, retém 80% da velocidade de bombeamento CV e tem uma pressão de partida mais alta. No lado inferior, a velocidade de bombeamento de vácuo ultra-alto (UHV) é reduzida, a instabilidade elétrica é comum e os custos de fabricação são mais altos.

Quais são as diferenças entre as bombas?

A principal diferença entre as bombas convencionais, diferenciais e triodos é o material catódico utilizado.

No caso da bomba CV/Diodo, o material catódico é feito de titânio. O cátodo de titânio reagirá com gases que podem ser bombeados por quimioção (por exemplo, N2, O2, H2, CO, CO2 vapor de água e hidrocarbonetos leves). Os gases nobres não reativos são bombeados principalmente por implantação iônica, razão pela qual as bombas CV/Diodo têm uma velocidade de bombeamento significativamente reduzida para gases nobres.

Para as bombas DI/Noble Diodo, em vez de titânio, o material catódico é feito de tântalo. O tântalo é um material extremamente duro, de alta massa atômica. Como tal, ele reflete íons de gás nobre como partículas neutras com muito mais energia do que o titânio. Isto dá uma profundidade de implantação muito maior nos eletrodos e na fisisorção (aprisionamento).

Finalmente, o tríodo. A configuração do triodo é diferente do CV e do DI, na medida em que os anéis são realmente aterrados, e usa anéis de titânio de voltagem negativa como o cátodo.

Uma placa coletora com potencial de ânodo é posicionada atrás do cátodo. Muitas vezes a parede interna do vaso da bomba serve como o terceiro eletrodo (em potencial aterrado). Como resultado, a velocidade e estabilidade de bombeamento são maiores. Mas com o tempo os átomos de titânio se acumularão nestes anéis, criando alguns bigodes e reduzindo o espaço entre os anéis e a parede de vácuo, introduzindo instabilidade elétrica.

Para mais detalhes sobre os diferentes elementos de bombeamento, veja o vídeo abaixo:

Aplicações e vantagens

Bombas getter de íons, que operam na faixa de 10-5 a 10-12 mbar, são freqüentemente usadas em sistemas UHV em geral, como a epitaxia de feixe molecular (MBE), análise de superfície (por exemplo microscópios de túnel de varredura), outros instrumentos de análise de superfície e em física de alta energia, tais como coliders e sincrotrons.

Como também produzem pressões UHV, as bombas getter de íons são:

• absolutamente livres de hidrocarbonetos,
• operacionais a altas temperaturas,
• altamente resistentes à radiação/ campos magnéticos,
• sem partes móveis (e, portanto, sem vibrações).

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Tambem, como não é necessária regeneração, são de baixa manutenção (com substituição catódica) e (ao contrário de muitas bombas de vácuo) podem ser usadas sem válvulas de isolamento de entrada. Estas vantagens tornam as bombas ion getter bem adequadas para aparelhos de alta precisão. Infelizmente, elas podem ser pobres no bombeamento de gases nobres, requerem alta voltagem e campo magnético e precisam de uma bomba turbomolecular ou outra secundária para criar a pressão de partida.