- •Физико-химические основы технологии электронных средств
- •Инструкция по технике безопасности
- •Лабораторная работа № 1 получение и измерение низкого вакуума
- •Вакуумные системы. Основные сведения
- •Механические форвакуумные и двухроторные насосы
- •Измерение низкого вакуума
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Высоковакуумные насосы Диффузионные паромасляные насосы
- •Криогенные насосы
- •Турбомолекулярные насосы
- •Измерение высокого вакуума
- •Магнитные электроразрядные манометры
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Электронно-лучевое напыление тонких плёнок
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчёта
- •Вопросы по лабораторной работе
- •Библиографический список
Измерение высокого вакуума
Ионизационные вакуумметры (рис. 2.7, 2.9) имеют преобразователь, принцип действия которого основан на прямой зависимости между давлением и током. Ионизационный преобразователь представляет собой стеклянный баллон 5 с трубкой 1 для присоединения к вакуумной системе, в который впаяны три электрода: катод 6, сетка 4 и коллектор ионов 3. Катодом 6, эмитирующим электроны, служит вольфрамовая нить диаметром 0,1 мм, которая при нормальном токе накала, поступающем от источника 11, обеспечивает получение тока эмиссии электронов, образующихся в результате ионизации молекул остаточных газов.
Сетка 4 в виде двойной спирали служит ускоряющим электродом (анодом) для электронного потока, эмитированного катодом. Спираль сетки имеет сравнительно редкий шаг (3 мм при диаметре проволоки 0,2 мм) и крепится к двум выводам, поэтому хорошо обезгаживается при нагреве током. В рабочем режиме на сетку от источника 10 подается положительный относительно катода потенциал 200 В.
Рис. 2.7. Ионизационный вакуумметр:
1 – трубка; 2 – вывод коллектора; 3 – коллектор ионов; 4 – сетка; 5 – стеклянный баллон; 6 – катод; 7, 9 – микро- и миллиамперметры; 8, 10, 11 – источник тока; 12 – переменный резистор
Коллектор ионов 3 в форме цилиндра закреплен на выводе 2, впаянном в верхнюю часть баллона. Такое расположение вывода обеспечивает высокую электрическую изоляцию между ним и остальными электродами, что необходимо при измерении ионных токов порядка долей микроампера. На коллектор от источника 8 подается отрицательное напряжение 25 В. При работе ионизационного вакуумметра вольфрамовый катод испускает электроны, часть которых, двигаясь к сетке и пролетая сквозь нее, попадает в пространство, заключенное между ней и коллектором. Так как потенциал коллектора относительно катода отрицательный, электроны не попадают на него. В точке пространства с нулевым потенциалом электроны останавливаются и начинают движение в противоположном направлении – к положительно заряженной анодной сетке. Таким образом, вокруг анодной сетки происходит непрерывное колебание электронов: прежде чем попасть на анод, они совершают в среднем до пяти колебаний. При столкновении с электронами молекулы газа ионизируются. Образовавшиеся в результате этого положительные ионы собираются на находящемся под отрицательным потенциалом коллекторе, создавая в его цепи ионный ток, по значению которого судят о давлении остаточного газа в вакуумном объеме.
В измерительную часть прибора входят: цепь катода 6, состоящая из источника постоянного тока 11 и переменного резистора 12; цепь сетки 4, состоящая из источника постоянного тока 10 и миллиамперметра 9 (при этом сетка служит анодом); цепь коллектора ионов 3, состоящая из источника постоянного тока 8 и микроамперметра 7.
Для определения давления достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток в цепи коллектора микроамперметром 7, проградуированным в единицах давления.
Магнитные электроразрядные манометры
М агнитные электроразрядные манометры (рис. 2.8) имеют преобразователь, принцип действия которого основан на зависимости тока самостоятельного газового разряда, возникающего в скрещенных магнитном и электрическом полях, от давления. Электроразрядный преобразователь представляет собой металлический корпус – катод 2, внутри которого расположен, выполненный в виде металлического кольца, анод 3. Вся система помещена в поле постоянного магнита 4. Таким образом, создаются скрещенные магнитное и электрическое поля. Чтобы понять, как работает такой преобразователь, рассмотрим физические явления, происходящие при изменении давления в вакуумной системе, к которой он присоединен. Если вакуумная система и, следовательно, преобразователь откачаны до достаточно низкого давления, а к зажимам измерительной части вакуумметра подведено высокое напряжение, например 2–6 кВ, то между электродами преобразователя возникает тлеющий разряд. При этом электроны движутся по сложной удлиненной траектории и ионизируют за счет высокого рабочего напряжения газ, образуя ионный ток. Для стабилизации тлеющего разряда служит внешний (балластный) резистор 5, на котором в зависимости от значения разрядного тока происходит большее или меньшее падение напряжения.
Рис. 2.9. Современные вакуумметры для измерения высокого вакуума
Таким образом, с ростом разрядного тока напряжение между электродами преобразователя уменьшается, и ток не может достигнуть опасного значения. При уменьшении разрядного тока, наоборот, напряжение между электродами возрастает, и разряд поддерживается длительное время.
Микроамперметр 6, включенный в цепь измерительной части вакуумметра и служащий для измерения малых токов, проградуирован в единицах давления и позволяет по разрядному току определять давление в вакуумной системе.
Диапазон измерений: от 10–3 до 10–7 мбар. Принцип измерения зависит от характера газовой среды.