Bơm thu ion yêu cầu từ trường lớn trong buồng cách ly và sử dụng điện áp cao để kéo các electron vào cụm chi tiết. Bơm phụ thuộc vào việc phún xạ các vật liệu thu được bên trong một loạt các tế bào và bằng cách cấy ghép hoặc chôn cất các ion được sản xuất.
Các phân tử khí được bơm bởi quá trình hấp thụ hóa học (hấp thụ) và hấp thụ vật lý (ion) giờ đây được "gắn" vĩnh viễn và không thể "góp phần" vào áp suất bên trong buồng.
Quy trình này khá rộng rãi và phức tạp, vì vậy trong blog này, chúng tôi sẽ giải thích cách bơm hút ion hoạt động và cách sử dụng chúng.
Nguyên tắc hoạt động của bơm hút ion
Với bơm thu ion, bơm ban đầu (thường được quản lý bởi sự kết hợp của bơm turbo phân tử) được sử dụng để loại bỏ khí rời cho đến khi chân không giảm xuống khoảng 10 -4 mbar hoặc thấp hơn.
Sau khi loại bỏ khí rời, điện áp cao (từ 4.000 đến 7.000 volt) sau đó được áp dụng thông qua cụm chi tiết. Điều này "kéo" các electron vào cụm ống anốt hình trụ. Các electron được liên kết vào đường xoắn ốc chặt chẽ bởi một nam châm vĩnh cửu (cường độ trường 0,12 Telsa) nằm bên ngoài buồng chân không, do đó tạo thành phóng điện plasma.
Các ion được tạo ra sau đó bắn bom tấm catốt titan. Sau đó, việc bơm các ion phân tử/khí có thể xảy ra bằng cách cấy ghép (hấp thụ vật lý). Quá trình ném bom gây ra phún xạ các nguyên tử Titan từ lưới catốt. Điều này dẫn đến cặn trên bề mặt xung quanh của màng phún xạ. Màng này tạo ra quá trình bơm thông qua sự hấp thụ, tức là sự hấp thụ hóa học của các phân tử khí.
Nguyên tắc hoạt động của bơm hút ion
Có ba loại bộ phận bơm thu ion: diode thông thường (CV), ion vi sai (DI hoặc diode quý) và triode.
Mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm:
1. Bơm CV/Diode
Phần tử bơm ion CV/Diode cung cấp tốc độ bơm cao nhất cho khí phản ứng và độ ổn định chân không và điện vượt trội. Tuy nhiên, nó không cung cấp độ ổn định lâu dài cho việc bơm khí noble.
2. DI/Điốt quý
Với tốc độ bơm thấp hơn một chút so với tốc độ bơm ion CV/Diode, DI/Noble Diode đảm bảo bơm khí quý ổn định; duy trì 80% tốc độ bơm CV. Tuy nhiên, nó sử dụng các vật liệu có giá cao hơn.
3. Bơm Triode
Phần tử bơm triode là cấu hình "lưới". Nó cung cấp khả năng bơm khí quý ổn định, duy trì 80% tốc độ bơm CV và có áp suất khởi động cao hơn. Ở phía dưới, tốc độ bơm chân không siêu cao (UHV) giảm, sự không ổn định điện thường xảy ra và chi phí sản xuất cao hơn.
Sự khác biệt giữa bơm thông thường, bơm vi sai và bơm triode là gì?
Sự khác biệt chính giữa bơm thông thường, bơm vi sai và bơm triode là vật liệu catốt được sử dụng.
- Trong trường hợp bơm CV/Diode, vật liệu catot được làm bằng titan. Cathot titan sẽ phản ứng với các khí có thể hút được có thể được bơm bằng phương pháp hấp thụ hóa học (ví dụ: N2, O2, H2, CO, CO2 hơi nước và hydrocacbon nhẹ). Khí noble không phản ứng được bơm chủ yếu bằng cách cấy ion, đó là lý do tại sao bơm CV/Diode có tốc độ bơm giảm đáng kể đối với khí noble.
- Đối với bơm DI/Noble Diode, thay vì titan, vật liệu catot được làm bằng tantali. Tantali là một vật liệu cực kỳ cứng, có khối lượng nguyên tử cao. Do đó, nó phản chiếu các ion khí quý dưới dạng các hạt trung tính với năng lượng cao hơn nhiều so với titan. Điều này tạo ra độ sâu cấy ghép cao hơn nhiều trong các điện cực và sự hấp thụ vật lý (bẫy).
- Cuối cùng, triode. Cấu hình của triode khác với CV và DI ở chỗ các vòng thực sự được nối đất, và nó sử dụng các vòng titan điện áp âm làm catốt.
Một tấm thu ở điện thế cực dương được đặt phía sau cực âm. Thường thì thành bên trong của bình bơm đóng vai trò là điện cực thứ ba (ở điện thế nối đất). Do đó, tốc độ bơm và độ ổn định cao hơn. Nhưng theo thời gian, các nguyên tử titan sẽ tích tụ trên các vòng này, tạo ra một số túi và giảm khoảng cách giữa các vòng và thành chân không, dẫn đến sự không ổn định điện.
Để biết thêm chi tiết về các bộ phận bơm khác nhau, hãy xem video này:
Bơm ion UHV: các ứng dụng và lợi ích
Bơm thu ion, hoạt động trong phạm vi 10 -5 đến 10 -12 mbar, thường được sử dụng trong các hệ thống UHV chung như épitaxy chùm tia phân tử (MBE), phân tích bề mặt (ví dụ: kính hiển vi đường hầm quét), các dụng cụ phân tích bề mặt khác và trong vật lý năng lượng cao, chẳng hạn như va chạm và đồng bộ hóa.
Ngoài việc tạo ra áp suất UHV, bơm thu ion còn là:
- hoàn toàn không chứa hydrocacbon,
- hoạt động ở nhiệt độ cao,
- khả năng kháng bức xạ/từ trường cao,
- không có bộ phận chuyển động (và do đó không có rung).
Ngoài ra, vì không cần tái tạo, chúng ít phải bảo trì (với thay thế catốt) và (không giống như nhiều bơm chân không) có thể được sử dụng mà không cần van cách ly đầu vào. Những ưu điểm này làm cho bơm thu ion phù hợp với các thiết bị có độ chính xác cao. Thật không may, chúng có thể kém khả năng bơm khí quý, yêu cầu điện áp cao và từ trường, và cần một bơm turbo phân tử hoặc bơm phụ khác để tạo áp suất khởi động.
