[發明專利]一種濺射離子泵的磁路結構及濺射離子泵

有效

• 申請號: 201910142821.1
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109830422B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 劉坤;臧浩天;杜廣煜;劉曉杰;寧久鑫;王曉東;巴德純
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H01J41/18
• 分類號: H01J41/18
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明涉及一種濺射離子泵磁路結構及濺射離子泵,包括抽氣組件、一對梯臺型磁軛、磁鐵和下方磁軛，所述下方磁軛的兩端上方分別設有所述磁鐵，所述磁鐵的上面固定梯臺型磁軛，所述梯臺型磁軛下寬上窄設置，所述一對梯臺型磁軛的垂直面相對設置，所述抽氣組件固定于兩個梯臺型磁軛之間，隨著與磁鐵距離的增大，所述梯臺型磁軛的厚度逐漸縮小，收縮其中的磁力線，使抽氣組件空間內形成磁感應強度不變的均勻磁場。該磁路結構中磁軛將大量磁力線束，帶有磁軛的抽氣組件內陽極筒軸線處的磁感應強度整體高于沒有磁軛的抽氣組件，磁場利用率高，提高效果明顯，結構簡單，有效降低了泵的體積和重量，降低了加工成本。

技術領域

本發明涉及一種濺射離子泵的磁路結構及其濺射離子泵，屬于真空泵技術領域。

背景技術

濺射離子泵是一種超高真空泵，主要由陽極、陰極、磁場和電源四大部分組成。低氣壓的情況下，在陰極板與陽極筒之間施加直流高壓，電子從冷陰極中釋放并向陽極靠攏，產生場致發射現象。電子在進入陽極之前，在電場與磁場的雙重作用下進行螺旋運動，并在陰極板之間產生震蕩，震蕩過程中與氣體分子之間產生碰撞，使氣體電離，產生正離子和二次電子，并產生雪崩現象。生成的正離子轟擊具有負電位的陰極鈦板，在陰極鈦板上濺射出鈦原子，鈦原子一部分散落到陽極筒上形成連續的鈦膜，一部分散落到陰極外圍區域。而空氣中的活潑氣體會與不斷產生的鈦凝結面發生化學反應，形成化合物吸附在陽極筒的內壁從而被固定下來。

磁路系統做為濺射離子泵工作過程中的重要組成部分，具有為抽氣組件提供磁場的功能，在與電場的配合下，使電子在陽極筒內做螺旋線運動。濺射離子泵在工作過程中對磁場的控制尤為重要，需要適當的磁鐵及其磁軛的大小與形狀，所以對磁場系統的優化設計是濺射離子泵設計中的重中之重。然而，傳統的濺射離子泵單位抽速所對應的泵的體積過大，重量太重，價格過高，以此磁路設計不到位，磁場利用效果差，漏磁率高。

隨著研究的進行，許多經過改進的濺射離子泵內部結構被開發應用，以下為幾種改進的濺射離子泵：

申請號為200510035928.4的中國專利，公開了一種無磁靜電鞍場濺射離子泵，采用碳納米管等場發射材料作為一次電子源，增加了一個二次電子發射系數比較高的材料制作的二次電子發射電極，產生更多的電子，注入放電區，并可以減少電子回到二次電子發射極的幾率，電子更容易回旋振蕩；功率減小很多，且無需使用磁場，結構簡單，成本低。但是其不可避免的是單位體積的抽速小，極限真空度低。

申請號為201510024775.7的中國專利，公開了一種輕量化大抽速離子泵，磁體部件由磁鋼和導磁槽鋼組成；所述泵體為鈦合金泵體；所述磁鋼為釹鐵硼磁鋼；所述導磁槽鋼整體呈矩形框，由兩個U形鋼板拼接而成，每個U形鋼板都是由一底板和位于所述底板兩側的翼板一體成型，從每個翼板的轉角處那端到該翼板另一端的厚度在逐漸減小；且泵殼材料以鈦合金代替不銹鋼，鈦的比重僅為不銹鋼的60％。同時取消了鈦陰極，代之以鈦泵殼，這樣不僅減輕了重量，而且永久磁鋼之間的間隙縮短，磁場強度提高，抽速也因之提高。但是相應的U型板加工難度較高，且以鈦作為泵殼成本高。

申請號為200380100242.8的中國專利，公開了一種濺射離子泵的磁組件，磁組件包括被布置在陽極泵室的相對側面上的次級泵體。所訴磁組件還可以包括提供磁路返回路徑的磁軛。磁組件在所述一個或多個陽極泵室中產生基本一致的軸向磁場。該種經改進的磁組件具有良好的磁路設計，且可結合任何濺射離子泵結構使用；但是磁組件的加工難度很大，且磁鐵和磁軛數量和體積多，相應重量大，設備笨重。

申請號為US 2007/0280834A1的美國專利，公開一種具有經改進的磁鐵系統的濺射離子泵的設計，其特征是在抽氣組件兩側有磁鐵的同時，在單元底部也布置磁鐵，使其形成不對稱的磁場。這種磁場使得離子泵可以在即使很高的真空度下獲得很高的抽速，減少了尺寸，重量和加工成本；但是系統由于沒有磁軛來進行導磁，磁場沒有充分利用，并且很難達到所需求的理想磁場條件。