초고진공 시스템에 일반적으로 사용되는 펌프

I. 기계식 펌프
기계식 펌프의 주요 기능은 터보분자 펌프의 시동에 필요한 사전 단계 진공을 제공하는 것입니다.일반적으로 사용되는 기계식 펌프에는 주로 와류 건식 펌프, 다이어프램 펌프 및 오일 밀봉 기계식 펌프가 포함됩니다.
다이어프램 펌프는 펌핑 속도가 낮고 크기가 작기 때문에 일반적으로 작은 분자 펌프 세트에 사용됩니다.
오일 밀봉식 기계식 펌프는 과거에 가장 많이 사용된 기계식 펌프로, 펌핑 속도가 크고 최종 진공도가 좋은 것이 특징입니다. 단점은 일반적으로 오일 회수가 존재한다는 것입니다. 초고진공 시스템에서는 일반적으로 솔레노이드 밸브를 장착해야 합니다. (오일 회수로 인한 우발적인 정전 방지용) 및 분자체(흡착 효과).
최근에는 스크롤 건식 펌프가 더 많이 사용되고 있습니다. 장점은 사용이 간편하고 오일로 돌아오지 않으며 단지 펌핑 속도와 최종 진공도가 오일 밀봉 기계식 펌프보다 약간 나쁩니다.
기계식 펌프는 실험실에서 소음과 진동의 주요 원인이므로 소음이 적은 펌프를 선택하여 가능한 한 장비 사이에 배치하는 것이 좋지만, 후자는 작업 거리 제한으로 인해 달성하기 쉽지 않은 경우가 많습니다.
II.터보분자 펌프
터보 분자 펌프는 가스의 방향 흐름을 달성하기 위해 고속 회전 날개(보통 분당 약 1000회전)에 의존합니다.펌프의 배기압력과 흡입압력의 비율을 압축비라고 합니다.압축비는 펌프의 단수, 속도 및 가스 유형과 관련이 있으며 가스 압축의 일반적인 분자량은 상대적으로 높습니다.터보분자펌프의 도달진공은 일반적으로 10-9-10-10mbar로 간주되며, 최근에는 분자펌프 기술의 지속적인 발전으로 도달진공이 더욱 향상되었습니다.
터보분자 펌프의 장점은 분자 흐름 상태(가스 분자의 평균 자유 범위가 덕트 단면의 최대 크기보다 훨씬 큰 흐름 상태)에서만 실현되므로 전단 진공 펌프는 1 ~ 10-2 Pa의 작동 압력이 필요합니다.베인의 회전 속도가 높기 때문에 이물질, 지터, 충격, 공명 또는 가스 충격에 의해 분자 펌프가 손상되거나 파손될 수 있습니다.초보자의 경우 가장 흔한 손상 원인은 작동 오류로 인한 가스 충격입니다.분자 펌프의 손상은 기계식 펌프에 의해 유발된 공진으로 인해 발생할 수도 있습니다.이 상태는 상대적으로 드물지만 더 교활하고 쉽게 발견되지 않기 때문에 특별한 주의가 필요합니다.

III.스퍼터링 이온 펌프
스퍼터링 이온 펌프의 작동 원리는 페닝 방전에 의해 생성된 이온을 사용하여 음극의 티타늄 판을 충격시켜 새로운 티타늄 필름을 형성함으로써 활성 가스를 흡착하고 불활성 가스에도 특정 매장 효과를 갖는 것입니다. .스퍼터링 이온 펌프의 장점은 우수한 최종 진공, 진동 없음, 소음 없음, 오염 없음, 성숙하고 안정적인 공정, 유지 관리가 필요 없으며 동일한 펌핑 속도(불활성 가스 제외)에서 비용이 분자 펌프보다 훨씬 저렴하다는 것입니다. 이로 인해 초고진공 시스템에 매우 널리 사용됩니다.일반적으로 스퍼터링 이온펌프의 정상적인 작동주기는 10년 이상입니다.
이온 펌프는 일반적으로 제대로 작동하려면 10-7mbar 이상이어야 하며(더 나쁜 진공에서 작동하면 수명이 크게 단축됨) 따라서 우수한 사전 단계 진공을 제공하려면 분자 펌프 세트가 필요합니다.메인 챔버에는 이온 펌프 + TSP를 사용하고 입구 챔버에는 작은 분자 펌프 세트를 사용하는 것이 일반적입니다.베이킹 시 연결된 삽입 밸브를 열고 저분자 펌프 세트가 전면 진공을 제공하도록 하세요.
이온 펌프는 불활성 가스의 흡착 능력이 낮고 최대 펌핑 속도가 분자 펌프와 다소 다르기 때문에 가스 방출량이 크거나 불활성 가스의 양이 많은 경우 분자 펌프 세트가 필요합니다.또한 이온 펌프는 작동 중에 전자기장을 생성하여 특히 민감한 시스템을 방해할 수 있습니다.
IV.티타늄 승화 펌프
티타늄 승화 펌프는 화학 흡착을 위해 챔버 벽에 티타늄 필름을 형성하기 위해 금속 티타늄의 증발에 의존하여 작동합니다.티타늄 승화 펌프의 장점은 구조가 간단하고 비용이 저렴하며 유지 관리가 쉽고 방사선이 없으며 진동 소음이 없다는 것입니다.
티타늄 승화 펌프는 일반적으로 3개의 티타늄 필라멘트(타는 것을 방지하기 위해)로 구성되며 분자 또는 이온 펌프와 함께 사용되어 탁월한 수소 제거 기능을 제공합니다.이 펌프는 10-9-10-11mbar 범위의 가장 중요한 진공 펌프이며 높은 진공 수준이 요구되는 대부분의 초고진공 챔버에 장착됩니다.
티타늄 승화 펌프의 단점은 티타늄을 정기적으로 스퍼터링해야 한다는 것입니다. 스퍼터링 중에(몇 분 이내에) 진공이 약 1~2배 정도 저하되므로 특정 요구 사항이 있는 특정 챔버에서는 NEG를 사용해야 합니다.또한 티타늄에 민감한 샘플/장치의 경우 티타늄 승화 펌프의 위치를 ​​피하도록 주의해야 합니다.
V. 극저온 펌프
극저온 펌프는 진공을 얻기 위해 주로 저온 물리적 흡착에 의존하며, 높은 펌핑 속도, 무공해 및 높은 최종 진공도라는 장점이 있습니다.극저온 펌프의 펌핑 속도에 영향을 미치는 주요 요인은 온도와 펌프의 표면적입니다.대형 분자빔 에피택시 시스템에서는 높은 최종 진공 요구 사항으로 인해 극저온 펌프가 널리 사용됩니다.
극저온 펌프의 단점은 액체 질소 소비량이 많고 운영 비용이 높다는 것입니다.재순환 냉각기가 있는 시스템은 액체 질소를 소비하지 않고 사용할 수 있지만 이로 인해 에너지 소비, 진동 및 소음이라는 문제가 발생합니다.이러한 이유로 극저온 펌프는 기존 실험실 장비에서 덜 일반적으로 사용됩니다.
6.흡인기 펌프(NEG)
흡입제 펌프는 최근 몇 년 동안 가장 많이 사용되는 진공 펌프 중 하나이며, 그 장점은 화학 흡착을 완전히 사용하고 증기 도금 및 전자기 오염이 없다는 것입니다. 티타늄 승화 펌프 및 스퍼터링 이온을 대신하기 위해 분자 펌프와 함께 자주 사용됩니다. 펌프의 단점은 비용이 비싸고 재생 횟수가 제한되어 있으며 일반적으로 진공 안정성에 대한 요구 사항이 높거나 전자기장에 매우 민감한 시스템에 사용됩니다.
또한, 흡인기 펌프는 초기 활성화 외에 별도의 전원 연결이 필요하지 않기 때문에 펌핑 속도를 높이고 진공 수준을 향상시키기 위해 대형 시스템에서 보조 펌프로 자주 사용되므로 시스템을 효과적으로 단순화할 수 있습니다.

그림 : 다양한 유형의 펌프에 대한 작동 압력.갈색 화살표는 최대 허용 작동 압력 범위를 나타내고 굵은 녹색 부분은 일반적인 작동 압력 범위를 나타냅니다.