I. 機械式ポンプ
機械式ポンプの主な機能は、ターボ分子ポンプの起動に必要な前段真空を提供することです。一般的に使用されるメカニカルポンプには、主にボルテックスドライポンプ、ダイヤフラムポンプ、油封式メカニカルポンプなどがあります。
ダイヤフラムポンプは排気速度が遅く、サイズが小さいため、一般に小分子ポンプセットに使用されます。
油封式メカニカルポンプは、過去に最も使用されているメカニカルポンプであり、大きな排気速度と優れた到達真空度を特徴とします。欠点は、一般的に油戻りが存在することです。超高真空システムでは、一般的に電磁弁を装備する必要があります。 （油戻りによる不慮の停電防止）とモレキュラーシーブ（吸着効果）。
近年ではスクロールドライポンプの使用が多くなっています。油に戻らない、使いやすいという利点がありますが、排気速度や到達真空度が油封式メカニカルポンプより若干劣る程度です。
機械式ポンプは実験室における騒音と振動の主な発生源であるため、低騒音ポンプを選択し、可能であれば機器の間に配置することが望ましいですが、後者は作動距離の制限により達成が容易ではないことがよくあります。
II.ターボ分子ポンプ
ターボ分子ポンプは、高速回転羽根 (通常は毎分約 1000 回転) に依存して、ガスの方向性の流れを実現します。ポンプの排気圧力と入口圧力の比を圧縮比といいます。圧縮比はポンプの段数、速度、ガスの種類に関係しており、一般的なガス圧縮の分子量は比較的高くなります。ターボ分子ポンプの到達真空度は一般に10-9-10-10 mbarとされていますが、近年、分子ポンプ技術の進歩により到達真空度はさらに向上しています。
ターボ分子ポンプの利点は分子流状態 (ガス分子の平均自由範囲がダクト断面積の最大サイズよりはるかに大きい流れ状態) でのみ実現されるため、前段の真空ポンプは1 ～ 10-2 Pa の作動圧力が必要です。羽根の回転速度が高いため、分子ポンプは異物、ジッター、衝撃、共振、またはガスショックによって損傷または破壊される可能性があります。初心者の場合、最も多い破損原因は操作ミスによるガスショックです。分子ポンプへの損傷は、機械ポンプによって引き起こされる共振によっても引き起こされる可能性があります。この状態は比較的まれですが、潜行性が高く、検出が難しいため、特別な注意が必要です。
Ⅲ．スパッタリングイオンポンプ
スパッタリングイオンポンプの動作原理は、ペニング放電によって生成されたイオンを使用してカソードのチタンプレートに衝撃を与え、新しいチタン膜を形成することで、活性ガスを吸着し、不活性ガスに対しても一定の埋没効果をもたらします。 。スパッタリングイオンポンプの利点は、優れた到達真空度、無振動、無騒音、無公害、成熟した安定したプロセス、メンテナンス不要、同じ排気速度（不活性ガスを除く）で、コストが分子ポンプよりもはるかに低いことです。そのため、超高真空システムで非常に広く使用されています。通常、スパッタリング イオン ポンプの通常の動作サイクルは 10 年以上です。
イオンポンプは通常、適切に動作するために 10-7 mbar 以上である必要があるため (悪い真空で動作すると寿命が大幅に短くなります)、そのため前段階で良好な真空を提供する分子ポンプセットが必要です。メインチャンバーにイオンポンプ+TSP、入口チャンバーに小型分子ポンプを設置するのが一般的です。ベーキングするときは、接続されているインサートバルブを開き、小分子ポンプセットで前面に真空を提供します。
イオンポンプは不活性ガスの吸着能力が低く、最大排気速度も分子ポンプとは多少異なるため、大量のガス放出量または大量の不活性ガスの場合は、分子ポンプセットが必要であることに注意してください。さらに、イオン ポンプは動作中に電磁場を生成するため、特に敏感なシステムに干渉する可能性があります。
IV.チタンサブリメーションポンプ
チタン昇華ポンプは、金属チタンの蒸発を利用してチャンバー壁に化学吸着用のチタン膜を形成することによって機能します。チタンサブリメーションポンプの利点は、構造が簡単、低コスト、メンテナンスが容易、放射線や振動騒音がないことです。
チタン昇華ポンプは通常、3 本のチタン フィラメント (焼き切れを防ぐため) で構成されており、分子ポンプまたはイオン ポンプと組み合わせて使用され、優れた水素除去を実現します。これらは 10-9-10-11 mbar 範囲で最も重要な真空ポンプであり、高真空レベルが必要なほとんどの超高真空チャンバーに取り付けられています。
チタンサブリメーションポンプの欠点は、チタンを定期的にスパッタリングする必要があることです。真空はスパッタリング中（数分以内に）約 1 ～ 2 桁悪化するため、特定のニーズがある特定のチャンバーでは NEG の使用が必要です。また、チタンに敏感なサンプル/デバイスの場合は、チタン昇華ポンプの位置を避けるように注意する必要があります。
V. 極低温ポンプ
極低温ポンプは、真空を得るために主に低温物理吸着に依存しており、高い排気速度、無公害、高い到達真空度という利点があります。極低温ポンプの排気速度に影響を与える主な要因は、温度とポンプの表面積です。大型分子線エピタキシーシステムでは、高い到達真空度要件のため、極低温ポンプが広く使用されています。
極低温ポンプの欠点は、液体窒素の消費量が多く、運転コストが高いことです。再循環チラーを備えたシステムは液体窒素を消費せずに使用できますが、これにはエネルギー消費、振動、騒音といった問題が伴います。このため、従来の実験装置では極低温ポンプはあまり使用されていません。
VI.アスピレーターポンプ (NEG)
吸引剤ポンプは、近年よく使用されている真空ポンプの 1 つです。その利点は、化学吸着を完全に使用し、蒸着メッキや電磁汚染がないことであり、チタン昇華ポンプやスパッタリング イオンの代わりに分子ポンプと組み合わせてよく使用されます。ポンプの欠点は、コストが高く、再生回数が限られていることです。通常、真空の安定性が要求されるシステムや、電磁場に非常に敏感なシステムで使用されます。
さらに、アスピレータポンプは最初の起動以降は追加の電源接続を必要としないため、大規模システムで排気速度を上げ、真空レベルを向上させる補助ポンプとしてもよく使用され、システムを効果的に簡素化できます。
図 ：各種ポンプの使用圧力。茶色の矢印は最大許容動作圧力範囲を示し、太字の緑色の部分は一般的な動作圧力範囲を示します。
投稿日時: 2022 年 11 月 18 日