Bombas de iones: su uso y funcionamiento en vacío ultraalto 13 de octubre de 2020
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Las bombas de iones getter, también llamadas bombas de iones de pulverización catódica o simplemente bombas de iones, son altamente eficaces, silenciosas y requieren poco mantenimiento, lo que hace que esta tecnología sea una opción atractiva para varias aplicaciones de vacío ultra alto (UHV).
¿Cómo funcionan las bombas de iones?
Las bombas de iones utilizan un gran campo magnético dentro de una cámara aislada y utilizan altas tensiones para atraer electrones al conjunto. Se basan en la pulverización catódica de materiales de gotero ubicados dentro de una serie de células y a través de la implantación, o enterramiento, de los iones producidos.
Durante el funcionamiento, las moléculas de gas bombeadas por la quimiosorción y la fisiorción se unen permanentemente y ya no pueden contribuir a la presión de la cámara.
Tipos de bombas getter de iones
Podemos clasificar las bombas getter de iones en tres tipos. Cada tipo tiene ventajas y desventajas.
Diodo convencional (CV)
Las bombas de iones CV proporcionan la máxima velocidad posible para gases reactivos, así como un vacío y una estabilidad eléctrica superiores. Sin embargo, este tipo de bomba de captación de iones no permite una estabilidad a largo plazo para el bombeo de gases nobles.
Las bombas CV utilizan un material de cátodo creado a partir de titanio, que reacciona con gases que se pueden bombear a través de la quimiosorción: por ejemplo, N2, O2, H2, CO, CO2, vapor de agua e hidrocarburos ligeros.
Los gases nobles no reactivos se bombean principalmente a través de la implantación de iones, por lo que las bombas CV funcionan a una velocidad significativamente reducida al manipular gases nobles.
Ión diferencial (DI) o diodo noble
Las bombas de iones de diodo noble o DI funcionan a una velocidad ligeramente más lenta que las bombas de iones CV. Sin embargo, la bomba DI permite un bombeo estable de gas noble solo a velocidades ligeramente reducidas.
Las bombas DI utilizan material de cátodo creado a partir de tántalo de mayor precio, un material extremadamente duro y de alta masa atómica. El tántalo refleja iones de gas noble como partículas neutras con una energía significativamente mayor que el titanio.
El resultado es una profundidad de implantación mucho mayor.
Triode
Las bombas de iones triodo proporcionan un bombeo estable de gas noble al 80 % de la velocidad de bombeo CV con una presión de arranque más alta. Sin embargo, la velocidad UHV se reduce, la inestabilidad eléctrica es común y la fabricación es costosa.
Las bombas triódicas utilizan anillos de titanio de tensión negativa conectados a tierra como material del cátodo y una placa colectora en el potencial del ánodo. Típicamente, la pared interior del recipiente de la bomba sirve como el tercer electrodo.
El resultado son mayores velocidades de bombeo y mayor estabilidad.
Aplicaciones y ventajas de las bombas de iones
Las bombas getter de iones se utilizan con frecuencia en sistemas UHV generales, análisis de superficies y aplicaciones físicas de alta energía.
Además de producir presiones UHV, las bombas getter de iones son:
- Libre de hidrocarburos
- Funciona a altas temperaturas
- Alta resistencia a la radiación y a los campos magnéticos
- Sin vibraciones
- Requiere poco mantenimiento
- Funciona sin válvulas de aislamiento de entrada
Estas ventajas hacen que las bombas getter de iones sean adecuadas para aparatos de alta precisión. Desafortunadamente, pueden ser pobres en bombear gases nobles, requieren alta tensión y necesitan una bomba turbomolecular o secundaria para crear la presión de arranque.
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