真空镀膜机电离真空计的工作原理,电离真空计是通过使气体分子电离,测量离子数量(电流)而得出压强的真空计。其测量真空度在10-8 Pa以上,被广泛应用于高真空至超高真空领域,定量性能优异。
电离真空计可以按照电离方式不同分为两种:一种是应用最广、依靠高温阴极热电子发射原理而工作的热阴极电离真空计;另一种是利用真空中的高压放电原理而工作的冷阴极电离真空计。
热阴极电离真空计中使气体分子电离的电子,是通过加热灯丝来获得的。热阴极电离真空计测量真空度有一定的极限。热电子撞击阳极网时,会放出软 X射线。软 X射线照射离子收集极后,离子收集极放出光电子。放出的光电子和离子入射效果相同,被称为拟离子流,因此真空计存在着和压强无关的残留电流,从而错误评估实际的真空度。残留电流发生的示意图如图2所示。另外,阳极网上吸附的气体分子受电子撞击后,也会成为离子被检测出来,这也干扰了真空计的测量精度。
冷阴极电离真空计利用真空中的高电压放电现象,也被称为冷规。冷阴极放出的电子比热阴极少,单纯在阴阳两极间加电压,如果压强低于0.1Pa则不会持续放电。可通过从外部施加磁场,增加电子的飞行距离,以实现在更低的压强下持续放电。
从阴极放出的电子受洛伦兹力而作螺旋运动,并被束缚在磁场中。螺旋运动使得电子的飞行距离大幅度增加。电子最终会被阳极捕捉,但是在被捕捉之前多次和气体分子发生碰撞,在两阴极之间产生等离子体状态。等离子体中的电子和阴极放出的电子一样会作螺旋运动,但阳离子因为质量较大,螺旋运动半径较大,短时间内被阴极捕捉,并产生二次发射电子。气体电离产生的电子和阴极发射的二次电子也在阴极板间长期运动,从而使电离过程连锁地进行下去。
冷阴极放电可在0.1Pa的压强下发生。在阴极被捕捉到的离子数量,与压强及气体分子的电离断面面积成正比例。如果知道离子电流和压强的比例系数,则可知道压强值。电离断面面积根据气体分子而变化,比例系数也会因气体分子而变。市场上的真空计一般以干燥空气或氮气为标准测出比例系数。
真空镀膜机冷阴极电离真空计的测量性能稳定,可应用于高真空领域的测量。同时,因为是冷阴极电离方式,不必担心电极的烧损问题。
冷阴极电离真空计的缺点是:
(1)放电的稳定性有一定不足;
(2)从阴极放出的电子量受表面污染影响严重;
(3)真空计本身有较强的磁场,需要考虑其安装在设备上的位置。