專利名稱：濺射離子泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濺射離子泵，尤其涉及一種無磁靜電鞍場濺射離子泵。
背景技術(shù)：
濺射離子泵是一種真空泵，傳統(tǒng)的濺射離子泵是在真空容器內(nèi)設(shè)置陽極電極和陰極電極，在兩電極間加上高電壓，泵中的氣體分子與在磁場作用下螺旋運(yùn)動著的電子相碰撞而被離子化，氣體離子在陰極上引起濺射，濺射出的金屬原子吸附到陽極的表面上，從而進(jìn)行排氣。然而，傳統(tǒng)的濺射離子泵單位抽速所對應(yīng)的泵的體積過大、重量太重，價(jià)格過高，以及由于必須使用磁場可能會導(dǎo)致磁泄漏以及對周圍的計(jì)量器具產(chǎn)生不利影響。
清華大學(xué)研制出一種在靜電鞍場約束電子振蕩器概念的基礎(chǔ)上發(fā)明的一種新靜電鞍場濺射離子泵。這種濺射離子泵無需使用磁場，為了提高高真空下放電的穩(wěn)定性和抽速，其采用熱陰極向放電區(qū)注入電子，在壓強(qiáng)小于2×10-5Torr時(shí)對泵的抽氣效果明顯改善。然而，這種鞍場約束的濺射離子泵的缺點(diǎn)是穩(wěn)定放電的壓強(qiáng)范圍窄，約為10-3～10-6Torr。且由于采用熱陰極注入，該濺射離子泵電子發(fā)射結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率消耗大。
因此，提供一種電子發(fā)射結(jié)構(gòu)簡單，功率小的無磁靜電鞍場濺射離子泵成為必要。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實(shí)施例說明一種電子發(fā)射結(jié)構(gòu)簡單，功率小的無磁靜電鞍場濺射離子泵。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種濺射離子泵，其包括一真空容器，該真空容器壁上至少設(shè)置有一電子注入孔；兩陽極電極桿設(shè)置于真空容器內(nèi)，該兩陽極電極桿相對于該真空容器的中心軸軸向?qū)ΨQ；以及至少一冷陰極電子發(fā)射裝置與電子注入孔對應(yīng)，設(shè)置于真空容器筒壁上的電子注入孔外側(cè)。
該冷陰極電子發(fā)射裝置包括一冷陰極電子發(fā)射體以及一二次電子發(fā)射極，該二次電子發(fā)射極面向所述電子注入孔，該冷陰極電子發(fā)射體設(shè)置于真空容器筒壁上的電子注入孔外側(cè)，該冷陰極電子發(fā)射體面向該二次電子發(fā)射極。
該冷陰極電子發(fā)射體包括碳納米管等微尖結(jié)構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)。
該真空容器為圓筒形或圓球形。
該二次電子發(fā)射體進(jìn)一步包括一凸起結(jié)構(gòu)凸向真空容器電子注入孔。
該電子注入孔的中心與真空容器的中心軸所在的平面與兩陽極電極桿的軸對稱平面成小于30度的夾角。
該陽極電極桿以一定曲率沿真空容器的軸向設(shè)置，該陽極電極桿的曲率半徑大于真空容器半徑的10倍。
該濺射離子泵包括多個(gè)電子注入孔沿真空容器軸向設(shè)置在真空容器壁同一直線上。
該真空容器材料包括鉬、鋼或鈦。
該二次電子發(fā)射極材料包括鉑或銅。
該冷陰極電子發(fā)射體與真空容器電性相連。
與現(xiàn)有技術(shù)的濺射離子泵相比較，本發(fā)明濺射離子泵具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，采用碳納米管等場發(fā)射材料作為一次電子源，功率通常為毫瓦級比熱電子注入減小很多；其二，增加了一個(gè)由鉑或銅等二次電子發(fā)射系數(shù)比較高的材料制作的二次電子發(fā)射電極，其作用是產(chǎn)生更多的電子，注入放電區(qū)，并可以減少電子回到二次電子發(fā)射極的幾率，電子更容易回旋振蕩；其三，電子的注入滿足電子注入孔的中心與真空容器的中心軸所在的平面與兩陽極電極桿的軸對稱平面成一定夾角，可減少二次電子發(fā)射極被離子轟擊；其四，陽極桿設(shè)計(jì)成有一個(gè)很大的曲率半徑，在這種結(jié)構(gòu)下，電子會在軸向回旋振蕩，可以大大減少電子回到二次電子發(fā)射極的幾率；其五，無需使用磁場，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例濺射離子泵軸向截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例濺射離子泵徑向截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例濺射離子泵內(nèi)電位徑向分布示意圖。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例濺射離子泵二次電子發(fā)射極附近電位分布示意圖。
圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例濺射離子泵內(nèi)電位軸向分布示意圖。
圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例濺射離子泵內(nèi)電子徑向運(yùn)動軌跡示意圖。
圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例濺射離子泵內(nèi)電子軸向運(yùn)動軌跡示意圖。
圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例電子注入部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例濺射離子泵徑向截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例濺射離子泵內(nèi)電子徑向運(yùn)動軌跡示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和多個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明的濺射離子泵作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請參閱圖1和圖2，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種濺射離子泵10，其包括一真空容器11，其可用作濺射離子泵10的陰極電極，該真空容器11壁上進(jìn)一步設(shè)置有一電子注入孔111，用于注入電子，該真空容器11兩端加靜電屏蔽，以防止電子從兩端逸出。本實(shí)施例真空容器11為圓筒形或圓球形，材料包括鉬、鋼、鈦等，優(yōu)選為采用直徑15毫米，長度50毫米的金屬鈦筒。本實(shí)施例電子注入孔111的直徑可為1～2毫米，優(yōu)選為1毫米。兩平行陽極電極桿12沿軸向設(shè)置于真空容器11內(nèi)，且相對于該真空容器11的中心軸軸向?qū)ΨQ，真空容器11筒壁上的電子注入孔111的中心位于該兩陽極電極桿12的軸對稱平面上。本實(shí)施例陽極電極桿12可采用金屬鎢桿，直徑為0.5毫米，兩陽極電極桿12之間的距離為8毫米。優(yōu)選的，本實(shí)施例陽極電極桿12以一定曲率沿真空容器11的軸向設(shè)置，陽極電極桿12的曲率半徑大于或等于真空容器11的半徑的10倍，用于使注入電子能在真空容器11內(nèi)沿軸向回旋振蕩。一平面狀二次電子發(fā)射極14以一定距離面向電子注入孔111設(shè)置，以確保冷陰極電子發(fā)射體13發(fā)射的電子能打到二次電子發(fā)射極14上，并激發(fā)出更多的二次電子通過電子注入孔111注入真空容器11，本實(shí)施例二次電子發(fā)射極14采用二次電子發(fā)射系數(shù)較高的材料制成，包括鉑、銅或其他各種二次電子發(fā)射系數(shù)高的合金。一冷陰極電子發(fā)射體13設(shè)置于真空容器11筒壁上的電子注入孔111外側(cè)，并與真空容器11電性相連，該冷陰極電子發(fā)射體13面向二次電子發(fā)射極14，用作一次電子源，本實(shí)施例冷陰極電子發(fā)射體13可選用各種微尖結(jié)構(gòu)，包括碳納米管、各種金屬尖、非金屬尖、化合物尖等尖狀結(jié)構(gòu)或管狀、桿狀結(jié)構(gòu)等，也可選用各種薄膜，包括金剛石、氧化鋅薄膜等。
請參閱圖3至圖5，本實(shí)施例濺射離子泵10在應(yīng)用時(shí)，真空容器11接地，二次電子發(fā)射極14和陽極電極桿12的電位可依據(jù)濺射離子泵的實(shí)際尺寸調(diào)整，兩陽極電極桿12電位可為1000～10000伏特，二次電子發(fā)射極14電位可為400～1000伏特。本實(shí)施例中陽極電極桿12電位為10000伏特，二次電子發(fā)射極14的電位為400伏特。從圖3至圖5的電位分布圖可以看出，本實(shí)施例濺射離子泵10真空容器內(nèi)形成馬鞍型靜電場，在濺射離子泵10的電子注入孔111附近的電位分布可減少注入電子回到二次電子發(fā)射極14的幾率，利用靜電馬鞍型電子振蕩器的工作原理，實(shí)現(xiàn)離子泵的功能。本實(shí)施例濺射離子泵10無需使用磁場，且相對于現(xiàn)有技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
請參閱圖6和圖7，本實(shí)施例濺射離子泵10工作時(shí)，首先由冷陰極電子發(fā)射體13發(fā)射電子，該電子打到二次電子發(fā)射極14上，并激發(fā)出更多的二次電子，二次電子進(jìn)入濺射離子泵10真空容器11鈦筒后，在各電極電位產(chǎn)生的鞍形電場的作用下多次振蕩，撞擊濺射離子泵10中的氣體分子并使氣體分子電離，電離產(chǎn)生的高能離子在電場作用下轟擊真空容器11內(nèi)表面，濺射出的鈦原子沉積到真空容器11內(nèi)壁上形成新鮮金屬鈦膜吸附大量氣體，起到抽氣的作用。由于本實(shí)施例陽極電極桿12可具有一定曲率，從圖7可以看出，注入電子在真空容器11內(nèi)會沿著真空容器11軸向振蕩，減少電子回到電子注入孔的幾率。
請參閱圖8，本實(shí)施例二次電子發(fā)射極14可進(jìn)一步設(shè)置一三角形凸起結(jié)構(gòu)141凸向真空容器的電子注入孔111，通過改變電子注入孔111附近的電位分布，可減少電子回到注入孔111的幾率，進(jìn)而增加電子的振蕩次數(shù)。
請參閱圖9和圖10，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種濺射離子泵20，其包括一真空容器21用作濺射離子泵20的陰極電極，該真空容器21進(jìn)一步包括一電子注入孔211設(shè)置于筒壁上；兩平行陽極電極桿22設(shè)置于真空容器21內(nèi)，該平行兩陽極電極桿22沿真空容器21的軸向設(shè)置，且相對于該真空容器21的中心軸軸向?qū)ΨQ；一平面狀二次電子發(fā)射極24以一定距離面向電子注入孔211設(shè)置；一冷陰極電子發(fā)射體23設(shè)置于真空容器21筒壁上的電子注入孔211外側(cè)，并與真空容器21電性相連，該冷陰極電子發(fā)射體23的電子發(fā)射端面向二次電子發(fā)射極24，用作一次電子源。本實(shí)施例兩陽極電極桿22也可以一定曲率沿真空容器11的軸向設(shè)置，陽極電極桿12的曲率半徑大于或等于真空容器11的半徑的10倍，用于使注入電子能在真空容器11內(nèi)沿軸向回旋振蕩。與第一實(shí)施例的不同之處是第二實(shí)施例中電子注入孔211的中心與真空容器21的中心軸所在的平面與兩陽極電極桿22的軸對稱平面成一小于30度的夾角，在這種結(jié)構(gòu)下，注入電子會在真空容器21軸向回旋振蕩(參閱圖10)，可減少電子回到二次電子發(fā)射極24的幾率。
本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明第二實(shí)施例的二次電子發(fā)射極24亦可采用類似第一實(shí)施例的凸起結(jié)構(gòu)，可減少電子回到發(fā)射孔的幾率，進(jìn)而增加電子的振蕩次數(shù)。
可以理解的是，本發(fā)明實(shí)施例中各元件尺寸并不限于以上描述尺寸，視各種具體情況可作適當(dāng)改動，以獲得泵的最佳工作狀態(tài)。為提高注入電子數(shù)量，本發(fā)明亦可在真空容器筒壁上沿軸向在同一直線上設(shè)置多個(gè)電子注入孔，獲得更大的電流。
與現(xiàn)有技術(shù)的濺射離子泵相比較，本發(fā)明濺射離子泵具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，采用碳納米管等場發(fā)射材料作為一次電子源，功率通常為毫瓦級比熱電子注入減小很多；其二，增加了一個(gè)由鉑或銅等二次電子發(fā)射系數(shù)比較高的材料制作的二次電子發(fā)射電極，其作用是產(chǎn)生更多的電子，注入放電區(qū)，并可以減少電子回到二次電子發(fā)射極的幾率，電子更容易回旋振蕩；其三，電子的注入滿足電子注入孔的中心與真空容器的中心軸所在的平面與兩陽極電極桿的軸對稱平面成一定夾角，可減少二次電子發(fā)射極被離子轟擊；其四，陽極桿設(shè)計(jì)成有一個(gè)很大的曲率半徑，在這種結(jié)構(gòu)下，電子會在軸向回旋振蕩，可以大大減少電子回到二次電子發(fā)射極的幾率；其五，無需使用磁場，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
本發(fā)明這種帶有冷陰極二次電子注入的濺射離子泵的結(jié)構(gòu)簡單，所用電極少，因而不會有太多的放氣，可使用在高真空領(lǐng)域。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種濺射離子泵，其包括一真空容器，該真空容器進(jìn)一步包括至少一電子注入孔設(shè)置于所述真空容器的壁上；兩平行陽極電極桿設(shè)置于所述真空容器內(nèi)，該兩陽極電極桿相對于該真空容器的中心軸軸向?qū)ΨQ；其特征在于，進(jìn)一步包括至少一與電子注入孔對應(yīng)的冷陰極電子發(fā)射裝置，該冷陰極電子發(fā)射裝置設(shè)置于真空容器筒壁上的電子注入孔外側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的濺射離子泵，其特征在于該冷陰極電子發(fā)射裝置包括一冷陰極電子發(fā)射體以及一二次電子發(fā)射極，該二次電子發(fā)射極面向所述電子注入孔，該冷陰極電子發(fā)射體設(shè)置于真空容器筒壁上的電子注入孔外側(cè)，該冷陰極電子發(fā)射體面向該二次電子發(fā)射極。
3.如權(quán)利要求2所述的濺射離子泵，其特征在于該冷陰極電子發(fā)射體包括微尖結(jié)構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的濺射離子泵，其特征在于該微尖結(jié)構(gòu)包括納米管結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3所述的濺射離子泵，其特征在于該薄膜結(jié)構(gòu)包括金剛石或氧化鋅薄膜。
6.如權(quán)利要求1所述的濺射離子泵，其特征在于該真空容器為圓筒形或圓球形。
7.如權(quán)利要求2所述的濺射離子泵，其特征在于該二次電子發(fā)射體進(jìn)一步包括一三角形凸起結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的濺射離子泵，其特征在于電子注入孔的中心與真空容器的中心軸所在的平面與兩陽極電極桿的軸對稱平面成一定夾角。
9.如權(quán)利要求8所述的濺射離子泵，其特征在于該夾角小于30度。
10.如權(quán)利要求1所述的濺射離子泵，其特征在于該陽極電極桿以一定曲率沿真空容器的軸向設(shè)置。
11.如權(quán)利要求10所述的濺射離子泵，其特征在于該陽極電極桿的曲率半徑大于真空容器半徑的10倍。
12.如權(quán)利要求1所述的濺射離子泵，其特征在于包括多個(gè)電子注入孔沿軸向設(shè)置在真空容器筒壁同一直線上。
13.如權(quán)利要求1所述的濺射離子泵，其特征在于該真空容器材料包括鉬、鋼或鈦。
14.如權(quán)利要求2所述的濺射離子泵，其特征在于該二次電子發(fā)射極材料包括鉑或銅。
15.如權(quán)利要求2所述的濺射離子泵，其特征在于該冷陰極電子發(fā)射體與真空容器電性相連。
全文摘要
一種濺射離子泵，其包括一真空容器，該真空容器壁上至少設(shè)置有一電子注入孔；兩陽極電極桿設(shè)置于真空容器內(nèi)，該兩陽極電極桿相對于該真空容器的中心軸軸向?qū)ΨQ；以及至少一冷陰極電子發(fā)射裝置與電子注入孔對應(yīng)，設(shè)置于真空容器筒壁上的電子注入孔外側(cè)。
文檔編號C23C14/34GK1891851SQ200510035928
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者潛力, 唐潔, 劉亮, 齊京, 陳丕瑾, 胡昭復(fù), 范守善 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司