Bagaimana pam ion berfungsi

Susunan berikut digunakan untuk menghasilkan ion: anod silinder keluli tahan karat disusun rapat di antara, dengan paksi mereka tegak lurus kepada, dua katod selari (lihat Rajah. 2,61 di bawah). 

Katod berada pada potensi negatif (beberapa kilovolt) berbanding anod. Seluruh sistem elektrod dikekalkan dalam medan magnet yang kuat dan homogen dengan ketumpatan fluks B = 0,1 T, (T = Tesla = 10⁴ Gauss) yang dihasilkan oleh magnet kekal yang dipasang di luar casing pam. Pelepasan gas yang dihasilkan oleh voltan tinggi mengandungi elektron dan ion.

Di bawah pengaruh medan magnet, elektron bergerak sepanjang laluan spiral yang panjang sehingga mereka mengenai silinder anoda sel yang bersesuaian. Jejak yang panjang meningkatkan hasil ion, yang walaupun pada kepadatan gas rendah (tekanan) cukup untuk mengekalkan pelepasan gas yang berdikari. Bekalan elektron dari katod panas tidak diperlukan.

Oleh kerana jisimnya yang besar, pergerakan ion tidak terjejas oleh medan magnet dengan magnitud yang diberikan; mereka mengalir sepanjang laluan terpendek dan membom katod. 

← ⊕ Arah gerakan molekul gas terion
• Arah gerakan titanium yang disemburkan
Jejak spiral elektron
Sel Penning PZ

Arus pelepasan i adalah berkadar dengan ketumpatan nombor zarah neutral n0, ketumpatan elektron n-, dan panjang l laluan pelepasan keseluruhan: 

Dalam pam ion sputter jenis diod dengan konfigurasi sistem elektrod seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 2,62 di bawah, filem getter terbentuk pada permukaan anoda dan di antara kawasan sputtering katod yang bertentangan. Ion-ion tersebut tertanam di permukaan katod. Semasa penyemburan katod berlangsung, partikel gas yang terpendam dibebaskan semula. Oleh itu, tindakan pam untuk gas mulia yang hanya boleh dipam melalui penguburan ion akan hilang selepas beberapa waktu dan kesan "memori" akan berlaku. 

Tidak seperti pam jenis diod, pam ion sputter-triode menunjukkan kestabilan yang sangat baik dalam kelajuan pam mereka untuk gas mulia kerana proses sputtering dan permukaan pembentukan filem dipisahkan.

Gambar. 2,63 menunjukkan konfigurasi elektrod pam ion sputter triode.
Kecekapan mereka yang lebih tinggi untuk mengepam gas mulia dijelaskan seperti berikut: geometri sistem ini memihak kepada insiden merayap ion pada bar titanium grid katod, di mana kadar sputtering adalah jauh lebih tinggi berbanding dengan insiden tegak. Titanium yang disemburkan bergerak dalam arah yang hampir sama dengan ion yang datang. Filem getter terbentuk secara keutamaan pada elektrod ketiga, plat sasaran, yang merupakan dinding sebenar rumah pam.

Terdapat peningkatan hasil partikel terion yang secara perlahan-lahan mengenai grid katod di mana ia dinetralkan dan dipantulkan dan dari situ ia bergerak ke plat sasaran dengan tenaga yang masih jauh lebih tinggi daripada tenaga termal 1/ 2 · k · T partikel gas.

Partikel neutral yang bertenaga boleh menembusi lapisan permukaan sasaran, tetapi kesan sputtering mereka adalah sangat kecil. Partikel yang terbenam atau ditanam ini akhirnya dilindungi oleh lapisan titanium yang baru. Oleh kerana sasaran berada pada potensi positif, sebarang ion positif yang tiba di sana akan ditolak dan tidak dapat menyemburkan lapisan sasaran. Oleh itu, atom gas mulia yang terpendam tidak dibebaskan semula. 

Kelajuan pam triode sputter-ion untuk gas mulia tidak berkurang semasa operasi pam.

Kelajuan pam bagi pam ion sputter bergantung kepada tekanan dan jenis gas. Ia diukur mengikut kaedah yang dinyatakan dalam DIN 28 429 dan PNEUROP 5615. Lengkung kelajuan pam S(p) mempunyai maksimum. Kelajuan pam nominal S_n diberikan oleh maksimum lengkung kelajuan pam untuk udara di mana tekanan yang bersesuaian mesti dinyatakan. 

Untuk udara, nitrogen, karbon dioksida dan wap air, kelajuan pam adalah hampir sama. Dibandingkan dengan kelajuan pam untuk udara, kelajuan pam pam ion sputter untuk gas lain adalah kira-kira: 

• Hidrogen 150 hingga 200%
• Metana 100% 
• Hidrokarbon ringan lain 80 hingga 120% 
• Oksigen 80% 
• Argon 30% 
• Helium 28% 

Pam ion sputter jenis triode unggul berbanding pam jenis diode dalam kestabilan gas mulia yang tinggi. Argon dipam dengan stabil walaupun pada tekanan inlet sebanyak 1 · 10^-5 mbar. Pam boleh dihidupkan tanpa kesukaran pada tekanan lebih tinggi daripada 1 · 10^-2 mbar dan boleh beroperasi secara berterusan pada kemasukan udara yang menghasilkan tekanan udara tetap sebanyak 5 · 10^-5 mbar. Reka bentuk baru untuk elektrod memanjangkan jangka hayat katod sebanyak 50%. 

Kekuatan medan magnet yang tinggi diperlukan untuk tindakan pam yang membawa kepada medan magnet yang tidak diingini di sekitar magnet. Oleh itu, proses dalam ruang vakum boleh terganggu dalam beberapa kes, jadi pam sputter-ion yang terlibat harus dilengkapi dengan susunan penapisan. Bentuk dan jenis pengaturan penyaringan tersebut boleh dianggap optimum jika proses yang berlaku dalam ruang vakum tidak terganggu lebih daripada medan magnet bumi yang sememangnya ada. 

Rajah. 2,64 menunjukkan medan magnet yang terkeluar di pesawat flens pengambilan pam sputter-ion IZ 270 dan juga di pesawat selari 150mm di atas. Jika ion liar dari kawasan pelepasan ingin dielakkan daripada mencapai ruang vakum, satu skrin yang sesuai boleh dipasang dengan menggunakan ayakan logam pada potensi bertentangan di pembukaan masuk pam sputter-ion (halangan ion). Namun, ini mengurangkan kelajuan pam pemancaran ion bergantung kepada saiz mesh saringan logam yang dipilih. 

Pam getter tidak boleh menguap beroperasi dengan bahan getter padat yang tidak boleh menguap, strukturnya berpori pada tahap atom supaya ia dapat menyerap sejumlah besar gas. Molekul gas yang diserap pada permukaan bahan getter menyebar dengan cepat ke dalam bahan tersebut, sehingga memberikan ruang bagi molekul gas lain yang mengenai permukaan. Pam getter yang tidak boleh menguap mengandungi elemen pemanas yang digunakan untuk memanaskan bahan getter kepada suhu optimum bergantung kepada jenis gas yang lebih baik untuk dipam. Pada suhu yang lebih tinggi, bahan getter yang telah tepu dengan gas akan dijana semula (diaktifkan). Sebagai bahan pengambil, kebanyakannya aloi zirkonium-aluminium digunakan dalam bentuk jalur. Ciri-ciri khas pam NEG adalah: 

• kelajuan pam yang tetap dalam julat HV dan UHV 
• tiada sekatan tekanan sehingga kira-kira 12 mbar 
• kelajuan pam yang sangat tinggi untuk hidrogen dan isotopnya 
• selepas pengaktifan, pam sering boleh beroperasi pada suhu bilik dan tidak memerlukan tenaga elektrik. 
• tiada gangguan oleh medan magnet 
• vakum tanpa hidrokarbon 
• bebas daripada getaran 
• berat rendah 

Pam NEG kebanyakannya digunakan bersama dengan pam UHV lain (turbomolekul dan pam kriogenik). Gabungan sedemikian sangat berguna apabila ingin mengurangkan tekanan akhir sistem UHV, kerana hidrogen menyumbang terutamanya kepada tekanan akhir dalam sistem UHV, dan untuk itu pam NEG mempunyai kelajuan pam yang sangat tinggi, manakala kesan pam untuk H₂ daripada pam lain adalah rendah.

Beberapa contoh tipikal untuk aplikasi di mana pam NEG digunakan adalah pemecut zarah dan sistem penyelidikan yang serupa, instrumen analisis permukaan, lajur SEM dan sistem sputtering.

Pam NEG dihasilkan dengan kelajuan pam beberapa `/s hingga kira-kira 1000 l/s. Pam khas mampu mencapai kelajuan pam untuk hidrogen yang lebih tinggi beberapa peringkat magnitud.