升華泵及其設(shè)置方式 升華泵的主要部件是由活性金屬鈦(Ti)制作的燈絲。通過大電流加熱燈絲，使Ti升華后吸附在腔體的內(nèi)壁上。因為Ti的化學(xué)反應(yīng)活性高，立刻捕捉周圍的氣體分子并發(fā)生反應(yīng)而生成穩(wěn)定的化合物，從而達(dá)到獲得真空的目的。內(nèi)壁上的Ti反應(yīng)層和氣體分子反應(yīng)達(dá)到飽和后，可再次啟動升華泵而形成新的Ti反應(yīng)層，從而不斷排氣。如果升華后的Ti吸附在較大面積的內(nèi)壁上，則產(chǎn)生巨大的排氣速度。比如在20℃1m2的面積上吸附 Ti原子，對氮?dú)舛裕蛇_(dá)到24000L/s的排氣速度。但是，在壓強(qiáng)較高(>10-3 Pa)時，排氣速度將大大降低，因此升華泵需要和其他排氣泵組合使用。 升華泵長時間重復(fù)使用后，吸附在腔體內(nèi)壁上的Ti膜厚度會增加。在腔體暴露于大氣時，這樣的Ti膜又將吸附大量的氣體。這些氣體即使經(jīng)過250℃的烘烤也無法去除，從而成為氫分子的釋放源。只有在310℃以上的高溫長時間維持，才可能除去這些吸附氣體。 Ti的活性強(qiáng)，可以和氫氣、氧氣、氮?dú)狻⒁谎趸家约捌渌钚詺怏w發(fā)生化學(xué)吸附，通過捕捉、吸附這些氣體來實(shí)現(xiàn)排氣功能。升華泵的不足點(diǎn)在于無法對氦等惰性氣體排氣，另外燈絲的壽命有限。 升華泵通常和離子泵或分子泵聯(lián)合使用，其排氣能力取決于Ti的升華速度和腔體內(nèi)壁的表面積。升華泵的排氣量比離子泵大，在超高真空薄膜生長裝置中，通常在薄膜生長之前使用，使得薄膜生長在更高的真空環(huán)境下進(jìn)行。 比較推薦的升華泵設(shè)置方法，是在真空腔體之外再單獨(dú)設(shè)置升華泵的小腔體(圖1)；小腔體外周設(shè)置水冷(或液氮冷卻)構(gòu)造，避免高溫Ti絲的熱輻射使小腔體發(fā)熱而放出氣體；Ti絲的前端設(shè)置遮擋板，以減少Ti升華時對真空腔室的污染。 |
