壓力衰減法UHV/XHV校準系統結構與原理
壓力衰減法是將氣體通過(guò)微調閥引入到超高真空室,再通過(guò)一分子流流導很小的小孔流入到XHV校準室,達到平衡時(shí),用磁懸浮轉子規或電容薄膜規測量UHV 室中的較高壓力,通過(guò)計算得到XHV校準室中較低壓力。
圖4 所示為日本ETL的Shingo Ichimura 和UL-VAC的Sonoko Tsukahara等于1999年建立的一臺壓力衰減法UHV/XHV校準系統。該系統主要由XHV系統和UHV系統兩大部分組成 。
圖4 日本的壓力衰減法UHV/XHV校準系統結構圖
UHV室采用SUS316L不銹鋼制作,由雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣(抽速分別為0.5m3 ·s-1和0.15m3·s -1),極限真空度為1×10-8Pa 。通過(guò)調節進(jìn)氣量,可在UHV室中實(shí)現105Pa～10-5Pa的可調壓力。壓力由校準過(guò)的電容薄膜規(CDG)、磁懸浮轉子規(SRG)和電離規來(lái)測量。UHV系統通過(guò)流導為C0的小孔和XHV系統連接。
XHV校準室采用真空熔煉的特殊低碳SUS316L不銹鋼制作, 內表面先進(jìn)行電拋光處理, 然后在703K的高溫下連續100h 進(jìn)行真空烘烤除氣2次,最后再采用空心陰極放電法在內表面鍍上一層TiN膜。經(jīng)過(guò)這樣的內表面除氣工藝,校準室的出氣率可降低至1.0×10-13 Pa/m·s -1 。校準系統的抽氣機組采用低溫泵和雙分子泵串聯(lián)結構。低溫泵采用液氮保護、液氦冷凍,對N2 的有效抽速為3.1m3·s-1,低溫泵抽氣口通過(guò)流導為C(對N2 的流導為0.4m3·s -1) 的小孔和XHV 校準室連接。雙分子泵串聯(lián)抽氣機組(抽速分別為1m3·s-1和0.5m3·s-1) 通過(guò)全金屬閘板閥(法蘭接口ICF253)和XHV校準室連接,單獨使用該抽氣機組可獲得1 ×10-9Pa的極限真空。
在校準前,先采用雙分子泵串聯(lián)抽氣機組將XHV 校準室抽至極限真空,然后關(guān)閉全金屬閘板閥,通過(guò)低溫泵抽氣,在XHV 校準室中達到的動(dòng)態(tài)平衡壓力可通過(guò)下式計算
p=p0(C0/C) (4)
上式中, p0 為UHV 室中的動(dòng)態(tài)平衡壓力(10 - 5 Pa <p0 < 105 Pa) 。C0/ C 在10 - 5～10 - 6之間。該校準系統校準方法簡(jiǎn)單,但從原理上講,不是一種基礎方法,因此不能進(jìn)行精確校準。
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