Pompele de obținere a ionilor (numite și pompe de pulverizare ionică sau pur și simplu pompe de ioni) produc vid ultra-înalt (UHV) fără ajutorul pieselor mobile sau al supapelor. Acest lucru le face foarte eficiente, silențioase și cu întreținere redusă.

Pompele getter de ioni necesită un câmp magnetic mare în interiorul unei camere izolate și utilizează tensiuni înalte pentru a atrage electronii în ansamblu. Pomparea se bazează pe pulverizarea materialelor getter în interiorul unei serii de celule și prin implantarea sau îngroparea ionilor produși.

Molculele de gaz pompate prin chimisorbție (getter) și fizisorbție (ioni) sunt acum „legate” permanent și nu mai pot „contribui” la presiunea din interiorul camerei.

Procesul este destul de extins și complex, așa că în acest blog vom explica cum funcționează pompele getter cu ioni și cum sunt utilizate.

Principiile de funcționare

Cu pompele getter de ioni, pomparea inițială (de obicei gestionată de o combinație de pompe turbomoleculare) este utilizată pentru a îndepărta gazul în vrac până când vidul scade la aproximativ 10-4 mbar sau mai puțin.

După îndepărtarea gazului în vrac, se aplică apoi o tensiune înaltă (între 4.000 și 7.000 de volți) prin ansamblul de elemente. Acest lucru „atrage” electronii în ansamblul cilindric al tubului anodic. Electronii sunt legați în traiectorii spiralate strânse de un magnet permanent (cu o intensitate a câmpului de 0,12 Telsa) situat în afara camerei de vid, formând astfel o descărcare de plasmă.

Ionii creați bombardează apoi placa catodică de titan. Pomparea ionilor moleculari/ gazoși poate avea loc apoi prin implantare (fizisorbție). Bombardamentul determină pulverizarea atomilor de titan din rețeaua catodică. Aceasta are ca rezultat depuneri pe suprafețele înconjurătoare ale peliculei pulverizate. Această peliculă produce pompare prin getterizare, adică chimisorbția moleculelor de gaz.

Principii funcționale

Există trei tipuri de elemente de pompare a getterilor ionici: dioda convențională (CV), dioda ionică diferențială (DI sau dioda nobilă) și trioda. Fiecare tip are avantajele și dezavantajele sale, așa cum sunt enumerate mai jos:

1. Pompă CV/Diodă

Elementul de pompare cu ioni CV/Diodă oferă cea mai mare viteză de pompare pentru gaze reactive și un vid și o stabilitate electrică superioare. Cu toate acestea, nu asigură stabilitate pe termen lung pentru pomparea gazelor nobile.

2. DI/Noble Diode

Cu viteze de pompare a ionilor ușor mai mici decât CV/Diode, DI/Noble Diode asigură pomparea stabilă a gazelor nobile; păstrând 80% din viteza de pompare CV. Acestea fiind spuse, utilizează materiale mai scumpe.

3. Pompă triodală

Elementul de pompare triodală este o configurație cu „plasă”. Acesta asigură o pompare stabilă a gazelor nobile, păstrează 80% din viteza de pompare CV și are o presiune de pornire mai mare. Pe de altă parte, viteza de pompare în vid ultra-înalt (UHV) este redusă, instabilitatea electrică este frecventă, iar costurile de fabricație sunt mai mari.

Care sunt diferențele dintre pompe?

Principala diferență dintre pompele convenționale, diferențiale și triode este materialul catodic utilizat.

În cazul pompei CV/Diode, materialul catodic este realizat din titan. Catodul de titan va reacționa cu gazele getterabile care pot fi pompate prin chimisorbție (de exemplu, N2, O2, H2, CO, CO2, vapori de apă și hidrocarburi ușoare). Gazele nobile nereactive sunt pompate în principal prin implantare ionică, motiv pentru care pompele CV/Diode au o viteză de pompare semnificativ redusă pentru gazele nobile.

Pentru pompele DI/Diode nobile, în loc de titan, materialul catodului este fabricat din tantal. Tantal este un material extrem de dur, cu masă atomică mare. Ca atare, reflectă ionii de gaze nobile ca particule neutre cu o energie mult mai mare decât titanul. Acest lucru conferă o adâncime de implantare mult mai mare în electrozi și o fizisorbție (captare) mult mai mare.

În cele din urmă, trioda. Configurația triodei este diferită de CV și DI prin faptul că inelele sunt de fapt împământate și folosește inele de titan cu tensiune negativă ca catod.

În spatele catodului este poziționată o placă colectoare la potențial anodic. Adesea, peretele interior al vasului pompei servește drept al treilea electrod (la potențial de împământare). Ca urmare, viteza de pompare și stabilitatea sunt mai mari. Dar, în timp, atomii de titan se vor acumula pe aceste inele, creând niște mustăți și reducând spațiul dintre inele și peretele de vid, introducând instabilitate electrică.

Pentru mai multe detalii despre diferitele elemente de pompare, urmăriți videoclipul de mai jos:

Aplicații și avantaje

Pompele cu getter de ioni, care funcționează în intervalul 10-5 până la 10-12 mbar, sunt utilizate frecvent în sistemele UHV generale, cum ar fi epitaxia cu fascicul molecular (MBE), analiza suprafețelor (de ex. microscoape cu tunel de scanare), alte instrumente de analiză a suprafețelor și în fizica de înaltă energie, cum ar fi ciocnitorii și sincrotronii.

Pe lângă faptul că produc presiuni UHV, pompele de obținere a ionilor sunt:

• absolut lipsite de hidrocarburi,
• funcționale la temperaturi ridicate,
• foarte rezistente la radiații/câmpuri magnetice,
• fără piese mobile (și, prin urmare, fără vibrații).

De asemenea, deoarece nu este necesară regenerarea, acestea necesită o întreținere redusă (cu înlocuirea catodului) și (spre deosebire de multe pompe de vid) pot fi utilizate fără supape de izolare la intrare. Aceste avantaje fac ca pompele de obținere a ionilor să fie foarte potrivite pentru aparatele de înaltă precizie. Din păcate, ele pot fi slabe la pomparea gazelor nobile, necesită o tensiune și un câmp magnetic de înaltă tensiune și au nevoie de o pompă turbomoleculară sau de o altă pompă secundară pentru a crea presiunea de pornire.

.