ปั๊มดักจับไอออนต้องการสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ภายในห้องที่แยกต่างหาก และใช้แรงดันไฟฟ้าสูงเพื่อดึงอิเล็กตรอนเข้าไปในชุดประกอบ การปั๊มขึ้นอยู่กับการสปัตเตอร์วัสดุตัวรับภายในชุดเซลล์ และโดยการปลูกถ่ายหรือฝังไอออนที่ผลิต
โมเลกุลก๊าซที่ถูกปั๊มด้วยการดูดซับสารเคมี (การดูดซับ) และการดูดซับทางกายภาพ (ไอออน) จะ "ยึดติด" อย่างถาวรและไม่สามารถ "มีส่วนร่วม" กับแรงดันภายในห้องได้
กระบวนการนี้ค่อนข้างกว้างขวางและซับซ้อน ดังนั้นในบล็อกนี้ เราจะอธิบายว่าปั๊มดักจับไอออนทํางานอย่างไรและใช้อย่างไร
หลักการทํางานของปั๊มดักจับไอออน
ด้วยปั๊มตัวดักไอออน การปั๊มเริ่มต้น (มักจัดการโดยการผสมผสานปั๊มเทอร์โบโมเลกุล) จะใช้เพื่อขจัดก๊าซปริมาณมากจนกระทั่งสุญญากาศลดลงเหลือประมาณ 10 -4 mbar หรือต่ํากว่า
หลังจากนําก๊าซปริมาณมากออกแล้ว แรงดันไฟฟ้าสูง (ระหว่าง 4,000 ถึง 7,000 โวลต์) จะถูกนําไปใช้ผ่านชุดประกอบองค์ประกอบ ซึ่งจะ "ดึง" อิเล็กตรอนเข้าไปในชุดประกอบแอโนด-หลอดทรงกระบอก อิเล็กตรอนถูกผูกเข้ากับเส้นทางเกลียวที่แคบโดยแม่เหล็กถาวร (ความแรงของสนามเทลซา 0.12) ที่อยู่นอกห้องสุญญากาศ ดังนั้นจึงเกิดการคายประจุพลาสมา
จากนั้นไอออนที่เกิดขึ้นจะทําลายแผ่นแคโทดไทเทเนียม การปั๊มโมเลกุล/ไอออนก๊าซสามารถเกิดขึ้นได้โดยการปลูกถ่าย (การดูดซับทางกายภาพ) การระเบิดทําให้เกิดการสปัตเตอร์ของอะตอมไทเทเนียมจากตาข่ายแคโทด ซึ่งจะทําให้เกิดการสะสมบนพื้นผิวโดยรอบของฟิล์มสปัตเตอร์ ฟิล์มนี้ทําให้เกิดการปั๊มผ่านการดูดกลืน เช่น การดูดซับสารเคมีของโมเลกุลก๊าซ
หลักการทํางานของปั๊มดักจับไอออน
มีองค์ประกอบปั๊มตัวดักไอออนสามประเภท ได้แก่ ไดโอดแบบดั้งเดิม (CV) ไอออนดิฟเฟอเรนเชียล (DI หรือไดโอดที่มีค่า) และไตรโอด
แต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสีย:
1. ปั๊ม CV/ไดโอด
องค์ประกอบปั๊มไอออน CV/ไดโอดให้ความเร็วในการปั๊มสูงสุดสําหรับก๊าซปฏิกิริยาและความเสถียรของสุญญากาศและไฟฟ้าที่เหนือกว่า อย่างไรก็ตาม ไม่ให้ความเสถียรในระยะยาวสําหรับการปั๊มก๊าซที่มีค่า
2. DI/Noble ไดโอด
ด้วยความเร็วในการปั๊มที่ต่ํากว่า CV/ไดโอดไอออนเล็กน้อย DI/Noble Diode ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการปั๊มก๊าซที่มีค่าที่เสถียร คงความเร็วในการปั๊ม CV ไว้ 80% อย่างไรก็ตาม ก็ใช้วัสดุที่มีราคาสูงกว่า
3. ปั๊มไตรโอด
องค์ประกอบปั๊มไตรโอดเป็นโครงแบบ "ตาข่าย ให้การปั๊มก๊าซที่มีค่าที่เสถียร คงความเร็วในการปั๊ม CV ไว้ 80% และมีแรงดันเริ่มต้นสูงกว่า ในทางกลับกัน ความเร็วในการปั๊มสุญญากาศสูงพิเศษ (UHV) จะลดลง ความไม่เสถียรทางไฟฟ้าเป็นเรื่องปกติ และต้นทุนการผลิตจะสูงขึ้น
ปั๊มแบบดั้งเดิม แบบดิฟเฟอเรนเชียล และแบบไตรโอดแตกต่างกันอย่างไร
ความแตกต่างหลักระหว่างปั๊มทั่วไป ปั๊มดิฟเฟอเรนเชียล และปั๊มไตรโอดคือวัสดุแคโทดที่ใช้
- ในกรณีของปั๊ม CV/ไดโอด วัสดุแคโทดทําจากไทเทเนียม แคโทดไทเทเนียมจะทําปฏิกิริยากับก๊าซที่สามารถดูดได้ซึ่งสามารถปั๊มได้โดยการดูดซับสารเคมี (เช่น N2, O2, H2, CO, CO2 ไอน้ําและไฮโดรคาร์บอนเบา) ก๊าซที่มีค่าที่ไม่เกิดปฏิกิริยาจะถูกปั๊มโดยการปลูกถ่ายไอออนเป็นหลัก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทําไมปั๊ม CV/ไดโอดจึงมีความเร็วในการปั๊มลดลงอย่างมากสําหรับก๊าซที่มีค่า
- สําหรับปั๊มไดโอด DI/Noble แทนที่จะใช้ไทเทเนียม วัสดุแคโทดจะทําจากแทนทาลัม แทนทาลัมเป็นวัสดุที่แข็งมากและมีมวลอะตอมสูง ดังนั้นจึงสะท้อนไอออนก๊าซที่มีค่าสูงในรูปอนุภาคที่เป็นกลางที่มีพลังงานสูงกว่าไทเทเนียมมาก ซึ่งทําให้ความลึกในการฝังในอิเล็กโทรดสูงขึ้นมากและการดูดซึมทางกายภาพ (การจับตัว)
- สุดท้ายคือไตรโอด การกําหนดค่าของไตรโอดแตกต่างจาก CV และ DI ในแง่ที่วงแหวนถูกต่อกราวด์จริง และใช้วงแหวนไทเทเนียมแรงดันลบเป็นแคโทด
แผ่นสะสมที่ศักย์แอโนดจะอยู่ด้านหลังแคโธด บ่อยครั้งที่ผนังด้านในของภาชนะปั๊มทําหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดที่สาม (ที่ศักย์กราวด์) ส่งผลให้ความเร็วในการปั๊มและความเสถียรสูงขึ้น แต่เมื่อเวลาผ่านไป อะตอมของไทเทเนียมจะสะสมบนวงแหวนเหล่านี้ ทําให้เกิดผีเสื้อบางตัวและลดช่องว่างระหว่างวงแหวนและผนังสุญญากาศ ทําให้เกิดความไม่เสถียรทางไฟฟ้า
สําหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบการปั๊มต่างๆ ดูวิดีโอนี้:
ปั๊มไอออน UHV: การใช้งานและข้อดี
ปั๊มดักจับไอออนซึ่งทํางานในช่วง 10 -5 ถึง 10 -12 mbar มักใช้ในระบบ UHV ทั่วไป เช่น เอพิทากซิสลําแสงโมเลกุล (MBE) การวิเคราะห์พื้นผิว (เช่น กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกน) เครื่องมือวิเคราะห์พื้นผิวอื่น ๆ และในฟิสิกส์พลังงานสูง เช่น คอลลิเดอร์และซิงโครทรอน
นอกเหนือจากการผลิตแรงดัน UHV แล้ว ปั๊มตัวดักจับไอออนยังเป็น:
- ปราศจากไฮโดรคาร์บอนอย่างสมบูรณ์
- สามารถทํางานได้ที่อุณหภูมิสูง
- ทนต่อรังสี/สนามแม่เหล็กสูง
- โดยไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ (ดังนั้นจึงไม่มีการสั่นสะเทือน)
นอกจากนี้ เนื่องจากไม่จําเป็นต้องมีการปรับสภาพใหม่ จึงมีการบํารุงรักษาต่ํา (พร้อมการเปลี่ยนแคโธด) และ (แตกต่างจากปั๊มสุญญากาศจํานวนมาก) สามารถใช้ได้โดยไม่ต้องมีวาล์วแยกทางเข้า ข้อดีเหล่านี้ทําให้ปั๊มดักจับไอออนเหมาะสําหรับอุปกรณ์ที่มีความแม่นยําสูง น่าเสียดายที่ปั๊มเหล่านี้อาจทํางานได้ไม่ดีในการปั๊มก๊าซที่มีค่า ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูงและสนามแม่เหล็ก และต้องใช้ปั๊มเทอร์โบโมเลกุลหรือปั๊มรองอื่นๆ เพื่อสร้างแรงดันเริ่มต้น
