压力衰减法UHV/XHV校准系统结构与原理
压力衰减法是将气体通过微调阀引入到超高真空室,再通过一分子流流导很小的小孔流入到XHV校准室,达到平衡时,用磁悬浮转子规或电容薄膜规测量UHV 室中的较高压力,通过计算得到XHV校准室中较低压力。
图4 所示为日本ETL的Shingo Ichimura 和UL-VAC的Sonoko Tsukahara等于1999年建立的一台压力衰减法UHV/XHV校准系统。该系统主要由XHV系统和UHV系统两大部分组成 。
图4 日本的压力衰减法UHV/XHV校准系统结构图
UHV室采用SUS316L不锈钢制作,由双涡轮分子泵串联抽气(抽速分别为0.5m3 ·s-1和0.15m3·s -1),极限真空度为1×10-8Pa 。通过调节进气量,可在UHV室中实现105Pa～10-5Pa的可调压力。压力由校准过的电容薄膜规(CDG)、磁悬浮转子规(SRG)和电离规来测量。UHV系统通过流导为C0的小孔和XHV系统连接。
XHV校准室采用真空熔炼的特殊低碳SUS316L不锈钢制作, 内表面先进行电抛光处理, 然后在703K的高温下连续100h 进行真空烘烤除气2次,最后再采用空心阴极放电法在内表面镀上一层TiN膜。经过这样的内表面除气工艺,校准室的出气率可降低至1.0×10-13 Pa/m·s -1 。校准系统的抽气机组采用低温泵和双分子泵串联结构。低温泵采用液氮保护、液氦冷冻,对N2 的有效抽速为3.1m3·s-1,低温泵抽气口通过流导为C(对N2 的流导为0.4m3·s -1) 的小孔和XHV 校准室连接。双分子泵串联抽气机组(抽速分别为1m3·s-1和0.5m3·s-1) 通过全金属闸板阀(法兰接口ICF253)和XHV校准室连接,单独使用该抽气机组可获得1 ×10-9Pa的极限真空。
在校准前,先采用双分子泵串联抽气机组将XHV 校准室抽至极限真空,然后关闭全金属闸板阀,通过低温泵抽气,在XHV 校准室中达到的动态平衡压力可通过下式计算
p=p0(C0/C) (4)
上式中, p0 为UHV 室中的动态平衡压力(10 - 5 Pa <p0 < 105 Pa) 。C0/ C 在10 - 5～10 - 6之间。该校准系统校准方法简单,但从原理上讲,不是一种基础方法,因此不能进行精确校准。
相关文章推荐：
