升华泵及其设置方式

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)实用真空技术 作者:郭方准

  升华泵的主要部件是由活性金属钛(Ti)制作的灯丝。通过大电流加热灯丝,使Ti升华后吸附在腔体的内壁上。因为Ti的化学反应活性高,立刻捕捉周围的气体分子并发生反应而生成稳定的化合物,从而达到获得真空的目的。内壁上的Ti反应层和气体分子反应达到饱和后,可再次启动升华泵而形成新的Ti反应层,从而不断排气。如果升华后的Ti吸附在较大面积的内壁上,则产生巨大的排气速度。比如在20℃1m2的面积上吸附 Ti原子,对氮气而言,可达到24000L/s的排气速度。但是,在压强较高(>10-3 Pa)时,排气速度将大大降低,因此升华泵需要和其他排气泵组合使用。

  升华泵长时间重复使用后,吸附在腔体内壁上的Ti膜厚度会增加。在腔体暴露于大气时,这样的Ti膜又将吸附大量的气体。这些气体即使经过250℃的烘烤也无法去除,从而成为氢分子的释放源。只有在310℃以上的高温长时间维持,才可能除去这些吸附气体。

  Ti的活性强,可以和氢气、氧气、氮气、一氧化碳以及其他活性气体发生化学吸附,通过捕捉、吸附这些气体来实现排气功能。升华泵的不足点在于无法对氦等惰性气体排气,另外灯丝的寿命有限。

  升华泵通常和离子泵或分子泵联合使用,其排气能力取决于Ti的升华速度和腔体内壁的表面积。升华泵的排气量比离子泵大,在超高真空薄膜生长装置中,通常在薄膜生长之前使用,使得薄膜生长在更高的真空环境下进行。

  比较推荐的升华泵设置方法,是在真空腔体之外再单独设置升华泵的小腔体(图1);小腔体外周设置水冷(或液氮冷却)构造,避免高温Ti丝的热辐射使小腔体发热而放出气体;Ti丝的前端设置遮挡板,以减少Ti升华时对真空腔室的污染。

升华泵及其设置方式

图1 升华泵及其设置方式

1—真空腔体;2—升华泵的小腔体;3—升华泵

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