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システムのガス負荷の要因となっているものとは?

システムのガス負荷にはいくつかの要因があります。圧力が約0.1 mbar未満の場合、最も可能性があるのは「ガス放出」です。ガス放出は、過去に吸着された分子の脱着、バルク拡散、透過、気化により起こります。吸着は物理吸着と化学吸着の2つの主要なプロセスで発生し、5つ(または6つ)の分類等温線を用いて説明することができます。

ガス負荷の要因

脱着速度、排気速度、および表面の再吸着を見ると、システムの正味のガス放出を計算できます。

図1に示すように、システムのガス負荷の要因は次のものが挙げられます。

  1. システム内の初期ガスまたはバルクガス
  2. プロセス負荷
  3. 逆流
  4. 漏れ
  5. ガス放出

プロセス負荷のない高真空(HV)で気密性システムの場合、ガス放出はガス負荷の最大100%を占める可能性があります。

Turbo molecular pumper system diagram

図1:真空システム内のガス負荷

  1. プロセス負荷
  2. ガス放出
  3. 漏れ
  4. 逆流
  5. 初期ガス

ガス負荷に対するさまざまな種の相対的な影響は、圧力によって異なります。多くのHV用途では水蒸気がガス放出の主な問題です。しかし、すべての金属システムでUHVを達成するには、H2 のガス放出が重要です。

以下の表はさまざまな圧力での一般的な主なガス負荷を示しています。

圧力(mbar)

主要なガス負荷

大気

空気(N2、O2、H2O、Ar、CO2)

10-3

水蒸気(75~95%)、N2、O2

10-6

H2O、CO、CO2、N2

10-9

CO、H2、CO2、H2O

10-10

H2、CO

10-11

H2、CO

ガス放出を発生させる4つの主なメカニズム

  1. 実際の表面材料自体の気化(金属では、通常の動作温度では無視できる)
  2. 脱離 - 吸着の逆プロセスで、チャンバー表面と内部固定具に結合した分子の放出
  3. 拡散 - 材料の内部構造から表面への分子の移動
  4. 浸透 - 外部大気からバルクを通って真空表面への分子の移動

これらのそれぞれがガス放出にどの程度影響するかは、ガスと表面物質(およびその履歴)の両方の組成によって決まります。ガス放出率はこれらの寄与の合計です。

ガス放出について詳しくは資料をダウンロードしてください。