Вакуумные технологии

водниковых приборов, накопи- тельных устройств, тонких пленок для оптического и электронного оборудования, а также в фунда- ментальных исследованиях. В большинстве прикладных процес- сов, происхо- дящих в вакууме, наибольшую проблему представ- ляют пары воды. В отличие от других газов, пары воды оседают на стенах вакуумной камеры и других поверхностях в относи- тельно больших количествах. Криооткачка паров воды с бо ль- шой скоростью позволяет систе- ме достичь требуемого базового вакуума за минимальный проме- жуток времени. В дополнение к их высокой скорости откачки паров воды, высоковакуум- ные крионасосы обеспечивают высокую скорость откачки по всем другим газам. Криона- сосы захватывают и накапливают газы в виде замороженной твердой фазы (льда).

1000 раз больше чем в твердой фазе, то насос может накапливать большое количество газа. После наполнения насос не- обходимо размораживать или регенерировать. Для большинства газов емкость насоса оп- ределяется только располагаемым пространством внутри насоса, необходимым для накоп- Нагреватель Присоединительный фланец Конденсирующая сту- пень 80 К Ступень 15 К Радиационная защита 80 К Вакуумный корпус Регенеративный цилиндр Низкотемпературный датчик контроллера Форвакуумный клапан Продувочный клапан Пульт управления Цилиндрический фильтр ления льда. В данной статье подробно описываются компоненты криогенной системы и дается обзор приложений, в которых используются крионасосы.

существует определенная классификация по уровням вакуума и типу используе- мых технологических газов. Современные крионасосы разрабатываются не только исходя из специфики процесса, но также исходя из требований к его размерам и геометрии. Насо- сы с вертикальной ориентацией имеют минимальное посадочное место, в то время как насосы с горизонтальной ориентацией наиболее подходят для компактных вакуумных систем.

обширных областей при- менения крионасосов. Условия процесса требуют напуска технологических газов, таких как аргон или азот с расходом от 50 до 250 куб. см в минуту для создания давлений от 2 до 5 мТорр. При скорости откачки от 500 л/с до 1000 л/с крионасос может непрерывно ра- ботать до двух недель до регенерации.

водорода, угле- водородов, CO2 и паров воды. В имплантаторах крионасосы используют в основном на лучевых линиях и станциях окончательной обработки подложек для достижения давле- ний в диапазоне от 10-8 до 10-4 Торр

от 10-5 до 10-7 Торр. Снижение концентрации водяного пара в процессе напыле- ния улучшает качество и однородность свойств получаемых пленок. Использование без- масляных средств откачки также улучшает адгезию пленок. Крионасосы успешно приме- няются для нанесения любых тонкопленочных покрытий, включая сульфид цинка и дру- гих материалов с высоким содержанием паров воды.

одним из важнейших применений крионасосов. Быстрое достижение заданного уровня вакуума достигается за счет его высокой скорости откачки. Поскольку функцио- нирование крионасоса не зависит от его пространственного положения, то он может быть размещен там, где есть подходящее место.

от 10-7 до 10-11 Торр, ко- торый достигается применением криогенных насосов. Высокая скорость откачки обеспе- чивает поддержание требуемого давления. При низкой газовой нагрузке крионасосы мо- гут работать многие месяцы, не требуя регенерации.

ох- лажденных поверхностях. Принципиально, крионасос состоит из трех ступеней. Первая ступень (входная) конденсирует молекулы водяного пара и тяжелые углеводороды при температурах от 60 К до 100 К. Вторая ступень (конденсирующая) “захватывает” молеку- лы аргона, азота, кислорода и других газов при температурах от 10 К до 20 К. Те газы, которые не переходят в твердую фазу при данных температурах, адсорбируются на акти- вированном угле при температурах 10 – 12 К. Третья ступень откачки содержит гранулы углерода, которые располагаются с внутренней стороны конденсирующей ступени. Они адсорбируют оставшиеся молекулы газа при температуре около 10 К. Криогенный насос состоит из корпуса, рефрижератора, высокотемпературной сту- пени для водяного пара и низкотемпературной ступени для остальных газов.

единицу времени. Обычно выражается в л/сек. Скорость откачки по водяному пару является функцией от площади входного сечения насоса, так как для всех крионасосов удельная скорость по водяному пару составляет 14.4 л/сек с одного квадратного сантиметра. Скорость откачки по другим газам зависит от конфигурации входной ступени. Она почти не зависит от величины входного потока, кроме водорода, гелия и неона. Откачка тяжелых газов осуществляется с меньшей скоростью, согласно пропорции (1/масса)1/2. Например, обычный крионасос с Dу = 8`` имеет скорость откачки по азоту около 1,500 л/сек, а по аргону – 1,200 л/сек. При давлении ниже 10-3 Торр скорость становится постоянной. В смешанном режиме течения газа (2 – 5 мТорр) скорость возрастает на 20 – 40 процентов. Так как геометрия насоса обуславливает скорость откачки, то все насосы одного типа имеют одинаковые скорости откачки. Больше того, скорости откачки по различным газам также одинаковы. Как только насос охлаждется до рабочей температуры, он функ- ционирует с установленной скоростью. Даже если произошло отключение электроэнер- гии, насос будет работать с максимальной скоростью более 5 минут.

рабочих параметров. Для конденсируемых газов (кислород или аргон) умень- шение их объема, вследствие перехода в твердую фазу, составляет примерно от 700 до 900 раз. То есть один литр аргона (1,000,000 см3 ) сокращается до 1,200 см3 вещества. Распределение газа в конденсирующей ступени, подобно грибной шляпке, позволяет уменьшить толщину одного слоя до 2 – 2,5 см. Требуется одна неделя для заполнения крионасоса по аргону или кислороду потоком, равным 100 см3 /мин. Для сравнения, откачка статической вакуумной камеры при давлении 10-5 Торр должна продолжаться 1,6 года, чтобы полностью заполнить крионасос