Ionenpompen: hun gebruik en werking in ultrahoogvacuüm 13 oktober 2020

Ionenpompen maken gebruik van een groot magnetisch veld in een geïsoleerde kamer en gebruiken hoge spanningen om elektronen in de constructie te trekken. Ze zijn afhankelijk van het sputteren van gettermaterialen die zich in een reeks cellen bevinden en door de implantatie, of begraving, van de geproduceerde ionen. 

Tijdens bedrijf worden de door chemisorptie en fysisorptie verpompte gasmoleculen permanent gebonden en kunnen ze niet meer bijdragen aan de kamerdruk.

We kunnen ionen-getterpompen indelen in drie types. Elk type heeft voor- en nadelen. 

CV-ionenpompen bieden de hoogst mogelijke snelheid voor reactieve gassen, evenals superieure vacuüm- en elektrische stabiliteit. Dit type ionengeterpomp biedt echter geen langetermijnstabiliteit voor het verpompen van edelgassen. 

CV-pompen maken gebruik van een kathodemateriaal gemaakt van titanium, dat reageert met getterbare gassen die door chemisorptie kunnen worden gepompt: bijvoorbeeld N2, O2, H2, CO, CO2 waterdamp en lichte koolwaterstoffen. 

Niet-reactieve edelgassen worden hoofdzakelijk door ionenimplantatie verpompt. Daarom werken CV-pompen bij het verwerken van edelgassen met een aanzienlijk lagere snelheid.

DI-pompen, of nobele diode-ionpompen, werken iets langzamer dan CV-ionpompen. De DI-pomp maakt echter stabiel pompen van edelgas mogelijk bij slechts licht verlaagde snelheden.

DI-pompen gebruiken kathodemateriaal gemaakt van duurder tantaal, een extreem hard materiaal met een hoge atomische massa. Tantaal reflecteert edelgasionen als neutrale deeltjes met een aanzienlijk hogere energie dan titanium. 

Het resultaat is een veel grotere implantaatdiepte.

Triode-ionpompen bieden stabiele pomping van edelgas bij 80% van de CV-pompsnelheid met een hogere startdruk. De UHV-snelheid is echter lager, elektrische instabiliteit komt vaak voor en de productie is duur. 

Triodepompen maken gebruik van geaarde titaniumringen met negatieve spanning als kathodemateriaal en een collectorplaat bij het anodepotentiaal. Gewoonlijk dient de binnenwand van het pompvat als derde elektrode.

Het resultaat zijn hogere pompsnelheden en een grotere stabiliteit. 

Ionengetterpompen worden vaak gebruikt in algemene UHV-systemen, oppervlakteanalyse en fysische toepassingen met hoge energie.

Naast het produceren van UHV-drukwaarden zijn ionen-getterpompen:

• Koolwaterstofvrij
• Werkt bij hoge temperaturen 
• Zeer bestendig tegen straling en magnetische velden
• Trillingsvrij 
• Onderhoudsvriendelijk 
• Werkt zonder inlaatisolatiekleppen 

Dankzij deze voordelen zijn ionengetterpompen zeer geschikt voor zeer nauwkeurige apparaten. Helaas kunnen ze slecht edelgassen verpompen, hebben ze een hoge spanning nodig en hebben ze een turbomoleculaire of secundaire pomp nodig om de startdruk te creëren.