濺射離子泵的改進(jìn)

　　(1)結(jié)構(gòu)改進(jìn)
　　
　　二極濺射離子泵對氬抽速小且不穩(wěn)定，主要是由于濺射區(qū)與惰性氣體掩埋區(qū)都在同一塊陰極板上，被掩埋的惰性氣體往往被后來的離子再轟擊出來。為了克服二極型泵存在的上述缺點(diǎn)，在二極型泵結(jié)構(gòu)上作了一些改進(jìn)，由此而發(fā)展了種種結(jié)構(gòu)的冷泵，如圖5-21所示。
　　 　?、僭陉帢O上開槽，如圖5-21（b）所示。槽的凸部相應(yīng)于濺射部分，而槽底凹部則用以捕獲氣體，因為在槽的側(cè)面，離子斜射而入。我們知道，斜射時的鈦濺射率遠(yuǎn)大于正射時的鈦濺射率，這種結(jié)構(gòu)將冷泵的濺射部分和埋掉氣體的部分分開，因此提高了對氬的抽速，一般可以達(dá)到相當(dāng)于對氮抽速的6%。
　　
　?、谠诒脙?nèi)用鉭板來代替其中一塊鈦陰極，而另一塊陰極仍然用鈦板，這就是非對稱陰極型冷泵，如圖5-21(e)所示。由于鉭比鈦濺射率高些，對氬的抽氣穩(wěn)定性好，因此能提高對氬的抽速。
　　
　?、墼阝侁帢O的上面放一塊鉆了許多小孔的鉭板，如圖5-21(f)所示。這樣既有二元金屬系（非對稱陰極）的效果，又有開槽陰極的效果，因而使泵對氬的抽速提高到相當(dāng)于對氮抽速的40%。缺點(diǎn)是加工工藝復(fù)雜。為了進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，可在鈦板上平行地焊上一行行鉭絲。這樣對氬的抽速也可提高到相當(dāng)于對氮抽速的25%～30%。
　　
　　④將冷泵的鈦濺射和掩埋氣體兩部分機(jī)構(gòu)分離。用二個電極代替二極泵中的陰極，一個專門用來濺射，仍稱陰極，另一個專門用來收集惰性氣體，稱為收集極，這就是三極型冷泵。陰極可以做成蜂窩型[如圖5-21（a）所示]、也可以做成格子型或網(wǎng)型[如圖5-21(d)所示]、陰極上加- 3kV電壓，陽極加+3kV電壓，收集極接地，構(gòu)成三電位三極泵。在電場作用下電子斜打在陰極側(cè)面，濺射效率比較高，鈦濺射到陽極筒內(nèi)壁和收集極上形成鈦膜。此外，打到收集極上的離子能量比打到陰極上的離子能量低，因此在收集極上的濺射遠(yuǎn)沒有陰極那樣激烈，氬一類惰性氣體被收集極上沉積的鈦膜掩埋掉而不會再放出來，對氬的抽速可以提高到相當(dāng)于以氮的12%～20%。
　　
　　三電位三極型泵雖然提高了對氬的抽速，但需要用二個高壓電源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大大增加了泵的質(zhì)量。將供電電壓改為陰極加- 6kV，陽極和收集極都接地，省掉一個高壓電源，這就構(gòu)成了二電位三極型泵，如圖5-21(c)所示。這種泵對氬的抽速提高到相當(dāng)于氮抽速的30%左右。
　　
　　⑤在兩塊陰極板上穿上一根鈦柱，位于陰極的中心位置，形成一個簡單的磁控管，如圖5-21(g)所示，由于鈦柱的強(qiáng)烈濺射，在陰極面上鈦原子的淀積速率可以達(dá)到一般二極型的30倍～40倍，使氬離子可以充分埋入陰極平面上，由于陰極的濺射部分和對氣體的掩埋部分明顯地分開，使對氬的抽速可以達(dá)到對氮的20%（在10-3Pa下）或12%（在10-2Pa下）。
　　
　　⑥把陰極柱斷開為兩段，如圖5-21（h所示。陰極柱用鈦或鉭制成，它兼有二元金屬型和磁控管型的一些特點(diǎn)。該泵對氬的抽速比對氦的抽速大，對氬的抽速為對氮抽速的25%～30%，而對氦的抽速為對氮抽速的12%～13%，這與一般三極型冷泵抽速的順序剛好相反。
　　
　　各種濺射離子泵的抽速見表5-6。 　　
　　(2)提高抽速和增大啟動壓力的途徑
　　
　　濺射離子泵的抽速較低，特別是對惰性氣體的抽速更低，此外受油蒸氣污染后(連續(xù)抽油蒸氣30min)會造成啟動困難。提高泵的抽速和改善啟動特性的方法有：
　　
　?、偬岣邔Χ栊詺怏w的抽速。
　　
　　采用三極型、非對稱型、磁控型和陽極短柱型都能有效地提高對惰性氣體的抽速（如表5-6所示）。目前廣泛采用的為三極型和選用鉭、鈦?zhàn)鲫帢O的非對稱陰極型。但三極型體積和質(zhì)量都大，且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。非對稱陰極型不但結(jié)構(gòu)簡單，而且體積小。其缺點(diǎn)是要耗費(fèi)大量貴重的鉭，成本費(fèi)較高。
　　
　　②改善啟動壓力。
　　
　　濺射離子泵不適宜在高于1×10-2Pa壓力下連續(xù)工作，如果在高于此壓力下連續(xù)工作，陰極壽命只有數(shù)周；另外在高壓力下，泵的抽速較低。所以除小系統(tǒng)外，泵的啟動壓力一般應(yīng)低于1×10-lPa。此外，濺射離子泵對油類蒸氣的污染很敏感，因此，對于不太清潔的系統(tǒng)，泵的啟動壓力應(yīng)不高于1×10-2Pa。對于無油抽氣機(jī)組中的濺散離子泵，如果需要在1Pa啟動，可采取以下措施：
　　
　　a．設(shè)計特殊夾具，使抽氣單元和泵壁接觸良好，增大導(dǎo)熱率。
　　
　　b．在二極泵的每一抽氣單元的抽氣口上裝上與泵殼連接的金屬絲網(wǎng)，以限制放電蔓延。
　　
　　c．三極泵中采用陰極加負(fù)電位并且與泵殼絕緣的方法，使泵易于啟動。
　　
　　d．泵內(nèi)增設(shè)加熱器（或采用外部烘烤法）對泵進(jìn)行烘烤去氣，以改善啟動特性。
　　
　　e．采用具有陡降特性的大功率電源變壓器。
　　
　　f．對于多組元的大抽速濺射離子泵，可分組輪流啟動。啟動后再將各組元電路連接在一起。
　　
　?、鄹纳茖钚詺怏w的抽速
　　
　　提高濺射離子泵對活性氣性的抽速，目前采用的方法有：
　　
　　a．在濺射離子泵中裝入鈦升華器，不僅彌補(bǔ)了濺射率不足的缺點(diǎn)，并且可以改善啟動特性。
　　
　　b．在泵口上部接上冷阱可以提高對蒸氣的抽速。
　　
　　c．泵的一部分陰極材料改為鎂，鎂濺射后對空氣的抽速可提高50%。
　　
　　d．充氬處理，利用氬的沖刷作用，可使泵的抽速增大1.5倍～3倍。