FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, 44-100 Gliwice (email: [email protected])

PRÓŻNIOMIERZE



PRÓŻNIOMIERZE

Obecnie oferowane do sprzedaży próżniomierze umożliwiają pomiar

próżni w zakresie:

Torrp

mbarp

x

x

150010

20001012

12

Informacja zaczerpnięta z: LEYBOLD VACUUM PRODUCTS AND REFERENCE BOOK 2001/2002 LEYBOLD VACUUM GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE MECHNICZNE

10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA

ULTRAWYSOKA PRÓŻNIA

mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710

PRÓŻNIOMIERZE – ZAKRESY PRACY

Informacja zaczerpnięta z: LEYBOLD VACUUM PRODUCTS AND REFERENCE BOOK 2001/2002 LEYBOLD VACUUM

GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE -TYPY

1. Próżniomierze mechaniczne.

2. Próżniomierze hydrostatyczne.

3. Próżniomierze cieplno-przewodnościowe.

4. Próżniomierze jonizacyjne.



PRÓŻNIOMIERZEMECHANICZNE



PRÓŻNIOMIERZE MECHANICZNE

SPIRALNE MEMBRANOWE




SPIRALNE




10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710

PRÓŻNIOMIERZE MECHANICZNE SPIRALNE – ZAKRES PRACY


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE SPIRALNE

px1

pATM

1000

800

600

400

200

0

mbar




px1

pATM

1000

800

600

400

200

0

mbar

A

A

A-A




px2

pATM

px2< px1

1000

800

600

400

200

0

mbar




px3

pATM

px3<px2< px1

1000

800

600

400

200

0

mbar




Wskazania próżniomierza zależą od wartości ciśnienia

otoczenia

Zakres mierzonych ciśnień:

(1000÷10)mbar

px1

pATM

1000

800

600

400

200

0

mbar




MEMBRANOWE



PRÓŻNIOMIERZE MECHANICZNE – MEMBRANOWE - ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE MEMBRANOWE

0

30

60

90

120

150

px1

mbar




0

30

60

90

120

150

px1

mbar

MEMBRANA




0

30

60

90

120

150

px2mbar

px2< px1




0

30

60

90

120

150

px1

mbar

Wskazania próżniomierza zależą od wartości ciśnienia otoczenia

Zakres mierzonych ciśnień: (134÷2)mbar



PRÓŻNIOMIERZE PIEZO

ELEKTRYCZNE



PRÓŻNIOMIERZE PIEZOELEKTRYCZNE - ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE PIEZOELEKTRYCZNE - BUDOWA

Wzorowano na: LEYBOLD VACUUM PRODUCTS AND REFERENCE BOOK 2001/2002 LEYBOLD

VACUUM GmbH Cologne

p=0

px





VACUUM GmbH Cologne

p=0

px

GŁOWICA PRÓŻNIOMIERZA

PIEZO REZYSTORY

MEMBRANA KRZEMOWA

SZKLANE PODŁOŻE





VACUUM GmbH Cologne

p=0

px

GŁOWICA PRÓŻNIOMIERZA

PIEZO REZYSTORY

MEMBRANA KRZEMOWA

SZKLANE PODŁOŻE

CIŚNIENIE MIERZONE

CIŚNIENIE ODNIESIENIA

px



PRÓŻNIOMIERZE PIEZOELEKTRYCZNE - DZIAŁANIE

OBSZAR MEMBRANY

PIEZOREZYSTORY

PRÓŻNIA POMOCNICZA

p0




OBSZAR MEMBRANY

PIEZOREZYSTORY

PRÓŻNIA POMOCNICZA

p0

PRÓŻNIA MIERZONA

px




Naprężenia w piezorezystorach w obszarze membrany

wywołują zmiany rezystancji rezystorów w

układzie mostkowym




POJEMNOŚCIOWE



PRÓŻNIOMIERZE MEMBRANOWE POJEMNOŚCIOWE - ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE MEMBRANOWE POJEMNOŚCIOWE - BUDOWA

C1 C2

p1 p2

GŁOWICA

ELEKTRODA

MEMBRANA

Wzorowano na materiałach zawartych w: LEYBOLD VACUUM PRODUCTS AND REFERENCE BOOK 2001/2002 LEYBOLD VACUUM GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE MEMBRANOWE POJEMNOŚCIOWE - BUDOWA

C1 C2

p1 p2

d dd

AC r 0

A – pow. elekt.d – odległość



PRÓŻNIOMIERZE MEMBRANOWE POJEMNOŚCIOWE - DZIAŁANIE

C1C2

p1 p2

p2 > p1

C1 > C2d

AC r 0

d1 d2



PRÓŻNIOMIERZE MEMBRANOWE POJEMNOŚCIOWE - DZIAŁANIE

C1 C2

p1 p2

p1 > p2

C2 > C1d

AC r 0

d1 d2



PRÓŻNIOMIERZE HYDROSTATYCZNE




typ1



PRÓŻNIOMIERZE HYDROSTATYCZNE typ1 – ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne




760 Tr

500 Tr200 Tr50 Tr

pATM pATM

Rtęć




760 Tr

500 Tr200 Tr50 Tr

pATM px1

px1<pATM




760 Tr

500 Tr200 Tr50 Tr

pATM px2

px2<px1




760 Tr

500 Tr200 Tr50 Tr

pATM px2

hmmHgp

pmmHgh

mmHgph

x

x

x

760

760

760

Czułość dla rtęci 0.5 Tr

h




760 Tr

500 Tr200 Tr50 Tr

pATM px2

159.0

6.13

OLEJU

Hg

Zwiększenie czułości można osiągnąć poprzez

zamianę rtęci na olej h




TrTr

COLEJ2103

15

5.0

Czułość dla oleju




typ2



PRÓŻNIOMIERZE HYDROSTATYCZNE typ2 – ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne




0 Tr5 Tr

10 Tr50 Tr

px1

px1<pATM

Próżnia pomocnicza

p0<<px




0 Tr5 Tr

10 Tr50 Tr

px2

px2<px1

Próżnia pomocnicza

p0<<px




0 Tr5 Tr

10 Tr50 Tr

px p0

h

x

x

x

x

ph

pph

pph

pp

0

0

0



PRÓŻNIOMIERZE KOMPRESYJNE

MC`LEODA



PRÓŻNIOMIERZE KOMPRESYJNE MC`LEODA – ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE KOMPRESYJNE MC`LEODA – BUDOWA

KAPILARA POMIAROWA

ZBIORNIK O OBJĘTOŚCI V

KAPILARA PORÓWNAWCZA

RTĘĆ

px



PRÓŻNIOMIERZE KOMPRESYJNE MC`LEODA – BUDOWA

KAPILARA POMIAROWA

ZBIORNIK

KAPILARA PORÓWNAWCZA

RTĘĆ

DO OBSZARU PRÓŻNI

DO ZBIORNIKA Z RTĘCIĄ

px



PRÓŻNIOMIERZE KOMPRESYJNE MC`LEODA – ZASADA DZIAŁANIA

px

Rozpoczęcie pomiarów

Zbiornik pomiarowy i kapilara kompresyjna

są połączone z obszarem próżni o

ciśnieniu „px”px




pxPomiary

Pomiar rozpoczyna się od podnoszenia słupa rtęci.

W momencie gdy rtęć przekroczy poziom X-X w zbiorniku pomiarowym

zostaje „uwięziona” porcja gazu o ciśnieniu

„px”

px

X X




px

X X

Y Y

Pomiary

W momencie, gdy rtęć przekroczy poziom Y-Y

gaz „uwięziony” w zbiorniku i kapilarze

będzie sprężany w kapilarze pomiarowej




px

Zakończenie pomiaru

Pomiar zostaje zakończony, gdy rtęć osiągnie określony

poziom (w kapilarze pomiarowej lub

kapilarze porównawczej)X X

Y Y

Z Z




Odczyt wyniku

Po zakończeniu pomiaru należy odczytać różnicę:

w wysokości położenia słupa rtęci w kapilarze

porównawczej i pomiarowej

px

X X

Y Y

Z Z

lh2

h1

h

12 hhh



PRÓŻNIOMIERZE KOMPRESYJNE MC`LEODA – TEORIA

V0

VK

px

pK

h

K

xK

KKx

V

Vpp

VpVp

0

0




pK

h

ghhpp xK 12

px

ς – gęstość rtęcig – przyspieszenie

ziemskie




ghhV

VVp

ghhpV

Vp

K

Kx

xK

x

120

120




g

VV

hhVp

K

Kx

0

12




g

VV

hhVp

K

Kx

0

12

KVV 0




g

V

hhVp K

x

0

12

KVV 0




g

V

hhVp K

x

0

12

?KV




px

X X

Y Y

Z Z

lh2

h1

h

VK – objętość kapilary

1hlAVK A – pole przekroju kap.

l – wysokość kapilary




g

V

hhhlApx

0

121

ZALEŻNOŚĆ OGÓLNA



PRÓŻNIOMIERZE KOMPRESYJNE MC`LEODA – POMAR

REALIZACJA POMIARU




METODA PODZIAŁKI KWADRATOWEJ

METODA PODZIAŁKI LINIOWEJ

REALIZACJA POMIARU





Przy pomiarze dowolnego ciśnienia rtęć doprowadzana jest zawsze do

poziomu Z-Z





px

X X

Y Y

Z Z

l h2

h1

h

12

2

hhh

hl



PRÓŻNIOMIERZE KOMPRESYJNE MC`LEODA – POMIAR

g

V

hhhlApx

0

121

g

V

hhhhApx

0

1212




g

V

hhhhApx

0

1212




g

V

hhApx

0

212




g

V

hhApx

0

212

12 hhh




g

V

hApx

0

2




g

V

hApx

0

2

KKgVA 0/




2hKp Kx




hKdp

dhC

KxK 2

1

Czułość metody zależy od wartości mierzonego ciśnienia





Przy pomiarze dowolnego ciśnienia rtęć doprowadzana jest zawsze do

poziomu „h1” w kapilarze pomiarowej





px

X X

Y Y

Z Z

lh2

h1

h

constH

Hhl

1




g

V

hhhlApx

0

121

g

V

hhAHpx

0

12




g

V

hhAHpx

0

12

12 hhh




gV

AHhpx

0




gV

AHhpx

0

gVAHKL 0/




hKp Lx




LxL Kdp

dhC

1

Czułość metody nie zależy od wartości mierzonego ciśnienia



PRÓŻNIOMIERZE CIEPLNO

PRZEWODNOŚCIOWE



PRÓŻNIOMIERZE CIEPLNO-PRZEWODNOŚCIOWE – ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE CIEPLNO PRZEWODNOŚCIOWE

PRÓŻNIOMIERZE OPOROWE

PIRANIEGO



PRÓŻNIOMIERZE OPOROWE PIRANIEGO – ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE OPOROWE PIRANIEGO – IDEA

Idea pomiaru w próżniomierzu oporowym Piraniego polega na

rejestracji zmian oporu (rezystancji) włókna (drutu) oporowego rozpiętego

w głowicy wypełnionej gazem o mierzonym ciśnieniu



PRÓŻNIOMIERZE OPOROWE PIRANIEGO – BUDOWA

Głowica próżniomierza

z włóknem oporowym w

kształcie spiralki

SZKLANA OBUDOWA GŁOWICY

WŁÓKNO OPOROWE W KSZTAŁCIE SPIRALKI

px




Zmiana warunków odprowadzania ciepła od włókna, na przykład w wyniku zmian ciśnienia gazu w

otoczeniu włókna powoduje zmianę temperatury drutu oporowego i zmianę

rezystancji włókna




Rejestracja zmian rezystancji włókna pomiarowego w układzie mostkowym

V GU

R1R2

R3

Rx

px

Ig



PRÓŻNIOMIERZE OPOROWE PIRANIEGO – DZIAŁANIE

px

Ciepło od włókna może być odprowadzane przez:

PROMIENIOWANIE




Ilość ciepła odprowadzana od włókna przez promieniowanie

240

4 / mWTTKq xRR

Tx – temperatura włókna oporowego

T0 – temperatura osłony




px


PRZEWODNICTWO CIEPLNE GAZU

(UNOSZENIE, KONWEKCJĘ)




Ilość ciepła odprowadzana od włókna przez przewodnictwo cieplne gazu (konwekcję)

20 / mWpTTKq xxCC

Tx – temperatura włókna oporowegoT0 – temperatura osłonypx – ciśnienie otaczającego włókno gazu




px


PRZEWODNICTWO CIEPLNE

WYPROWADZEŃ




Ilość ciepła odprowadzana od włókna przez doprowadzenia

2/ mWconstqC




Bilans równowagi

cieplnej

pxxCxRz qpTTKTTK

A

W 0

40

4




px

10010110-2

10-1

10-3

10-4

10-5

ST

RA

TY

CIE

PŁ

A

CIŚNIENIE p [mbar]

IIIIII




px1

10010110-2

10-1

10-3

10-4

10-5

ST

RA

TY

CIE

PŁ

A

CIŚNIENIE p [mbar]

I

PROMIENIOWANIE PRZEWODNICTWO CIEPLNE

WYPROWADZEŃ




px2

px2> px1

10010110-2

10-1

10-3

10-4

10-5

ST

RA

TY

CIE

PŁ

A

CIŚNIENIE p [mbar]

LINIOWA ZALEŻNOŚĆ OD PRZEWODNICTWA CIEPLNEGO GAZU




px3

10010110-2

10-1

10-3

10-4

10-5

ST

RA

TY

CIE

PŁ

A

CIŚNIENIE p [mbar]

px3> px2 > px1

PROMIENIOWANIE PRZEWODNICTWO

CIEPLNE GAZU



PRÓŻNIOMIERZE CIEPLNO PRZEWODNOŚCIOWE

PRÓŻNIOMIERZE TERMO

ELEKTRYCZNE



PRÓŻNIOMIERZE TERMOELEKTRYCZNE – ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE TERMOELEKTRYCZNE – IDEA

Idea pomiaru w próżniomierzu termoelektrycznym polega na

rejestracji zmian siły termoelektrycznej termopary

umieszczonej w głowicy wypełnionej gazem o mierzonym

ciśnieniu



PRÓŻNIOMIERZE TERMOELEKTRYCZNE – IDEA

W zależności od ciśnienia gazu w głowicy pomiarowej zmieniają się warunki przekazywania ciepła do

spoiny termopary (typ I) lub możliwości rozpraszania ciepła

(typ II)



PRÓŻNIOMIERZE TERMOELEKTRYCZNE

PRÓŻNIOMIERZ TERMO

ELEKTRYCZNY TYP I



PRÓŻNIOMIERZE TERMOELEKTRYCZNE (TYP 1) – BUDOWA

GRZEJNIK

mV

TERMOPARA

px



PRÓŻNIOMIERZE TERMOELEKTRYCZNE (TYP 1) – DZIAŁANIE

GRZEJNIK

mV

TERMOPARA

px

W zależności od ciśnienia gazu zmieniają się warunki

przekazywania ciepła do spoiny termopary

spx Tp ,




GRZEJNIK

mV

TERMOPARApx1

SIŁA TERMOELEKTRYCZNA

UT1





UT2

GRZEJNIK

mV

TERMOPARApx2

px2 > px1

UT2>UT1



PRÓŻNIOMIERZE TERMOELEKTRYCZNE

PRÓŻNIOMIERZ TERMO

ELEKTRYCZNY TYP II



PRÓŻNIOMIERZE TERMOELEKTRYCZNE (TYP 2) – BUDOWA

GRZEJNIK

mV

TERMOPARA

px




GRZEJNIK

mV

TERMOPARA

px

W zależności od ciśnienia gazu zmieniają się warunki

rozpraszania ciepła dostarczanego przez grzejnik

do spoiny termopary

spx Tp ,




GRZEJNIK

mV

TERMOPARApx1


UT1




GRZEJNIK

mV

TERMOPARApx2


UT2

px2 > px1

UT2 < UT1



PRÓŻNIOMIERZ TERMOELEKTRYCZNY (TYP 2) – CHARAKTERYSTYKA

UT

2.5

7.5

5.0

10

0

[mV]

110-1

10-2

10-3

ARGONPOWIETRZE, AZOT, TLEN WODÓR

CIŚNIENIE px [mbar]Zaczerpnięto z: A. Hałas „TECHNOLOGIA WYSOKIEJ PRÓŻNI” , PWN, Warszawa 1980



PRÓŻNIOMIERZE JONIZACYJNE





Z „GORĄCĄ” KATODĄ

JARZENIOWE



PRÓŻNIOMIERZE JONIZACYJNE Z

GORĄCĄ KATODĄ




PRÓŻNIOMIERZE JON. Z GORĄCĄ KATODĄ – ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE JON. Z GORĄCĄ KATODĄ – BUDOWA

A A

GŁOWICA

KOLEKTOR ELEKTRONÓW

KOLEKTOR JONÓW

ŻARZONA KATODA

+ -

+ +- -

px



PRÓŻNIOMIERZE JON. Z GORĄCĄ KATODĄ – DZIAŁANIE

A A

ŻARZONA KATODA

+ -

+ +- -

px

Emisja elektronów




A A

Elektrony kierują się do anody

+ -

+ +- -

px

ANODA




A A

Jonizacja cząstek gazu

+ -

+ +- -

px

ANODA




A A

Jonizacja cząstek gazu

+ -

+ +- -

px

ANODA+




A A

zjonizowane cząsteczki

gazu kierują się do

kolektora + -

+ +- -

px

KOLEKTOR JONÓW+++




A AIKe

+ -

+ +- -

px

KOLEKTOR JONÓW

+++

ANODA KOLEKTOR

ELEKTRONÓW

IKj




Podczas pracy głowicy w obwodach obu kolektorów obserwuje się przepływ prądów:

Ike – prąd kolektora elektronów

Ikj – prąd kolektora jonów




IKe – prąd kolektora elektronów

eKKe III Ike – prąd kolektora elektronówIK – prąd elektronów emitowanych z katodyIe – prąd elektronów gen. w procesach jon.




IKj – prąd kolektora jonów

xjKj III IKj – prąd kolektora jonówIj – prąd jonowy (ilość zjon. cząsteczek gazu)Ix – prąd „szumowy”




Ilość elektronów generowanych w procesach jonizacji powinna być równa ilości

powstających w tych procesach jonów gazu

je II




W typowym zakresie mierzonych ciśnień:

xj II eK II Prąd jonowy jest znacznie

większy od prądu „szumowego”

Prąd elektronów z katody jest znacznie większy od prądu

elektronowego pojawiającego się w procesach jonizacji




W rezultacie:

jKj II KKe II Prąd kolektora jonów jest „prawie” równy prądowi

jonowemu

Prąd kolektora elektronów jest „prawie” równy prądowi

elektronów emitowanych z katody




+ -+++

KexKj ICpI

Kolektor jonówKolektor elektronów

IKe IKj

px




+ -+++

Kolektor jonówKolektor elektronów

IKe IKj

px

KexKj ICpI

Mierzone ciśnienie




Ke

Kj

x I

I

pC

1Czułość próżniomierza jonizacyjnego



PRÓŻNIOMIERZE JON. Z GORĄCĄ KATODĄ

Charakterystyka próżniomierzy:

1. Próżniomierze wymagają skalowania. Dokładne teoretyczne wyznaczenie skali próżniomierza jest niemożliwe.

2. Wskazania próżniomierza zależą od rodzaju gazu (skalowanie najczęściej dla azotu lub powietrza)





3. Dokładność pomiaru wysokich ciśnień jest duża (rzędu kilkunastu procent)

4. Pomiary ciśnień niskich są obarczone znacznym błędem (rzędu kilkuset procent)

5. Mała bezwładność wskazań





6. Stosowanie wolframowych, żarzonych katod związane jest z ryzykiem ich „przepalenia” w przypadku gdy ciśnienie w głowicy jest zbyt wysokie



PRÓŻNIOMIERZE JONIZACYJNE JARZENIOWE




PRÓŻNIOMIERZE JONIZACYJE JARZENIOWE – ZAKRES PRACY


10-14

10-13

10-12

10-9

10-11

10-10

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10110

2

p [mbar]

NISKA PRÓŻNIA

ŚREDNIA PRÓŻNIA

WYSOKA PRÓŻNIA


mbar

37 1010 mbar

110 3

mbar

3101mbar

710


GmbH Cologne



PRÓŻNIOMIERZE JON. Z ZIMNĄ KATODĄ – BUDOWA

GŁOWICAANODA

KOLEKTOR ELEKTRONÓW

KATODA KOLEKTOR

JONÓW

+

-px

A

B

U

R



PRÓŻNIOMIERZE JON. Z ZIMNĄ KATODĄ – BUDOWA

GŁOWICA

ANODA KOLEKTOR

ELEKTRONÓW

KATODA KOLEKTOR

JONÓW

+

-px

A

B

U

RZWIĘKSZENIE

CZUŁOŚCI GŁOWICY



PRÓŻNIOMIERZE JON. Z ZIMNĄ KATODĄ – DZIAŁANIE

U=2kV

+

-

px

A

B

R

Zainicjowanie wyładowania jarzeniowego




U=2kV

+

-

px

A

B

R

Jonizacja cząsteczek gazu

+




U=2kV

+

-

px

A

B

R

+

„Wychwytywanie” jonów gazu przez katodę




U=2kV

+

-

px

A

B

R

+

Przemieszczanie się elektronów do anody




W układzie diodowym ilość

elektronów docierających do anody jest równa

ilości jonów bombardujących

obie katody

px

B

KATODA

ANODA+

-

xpI




xpCI I – rejestrowany w głowicy prąd (jonowy, elektr.)C – czułość głowicypx – mierzone ciśnienie




xj III Ij – prąd jonowy lub elektronowy

Całkowity prąd rejestrowany w głowicy

Ix – prąd „szumowy”




emux III Iu – prąd upływnościowy

Prąd „szumowy”

Iem – prąd emisji polowej




Prąd „szumowy”R

ejes

trow

any

w g

łow

icy

prąd

Mierzone ciśnienie

I=Ix

I=Ij+Ix




Prąd „szumowy”R

ejes

trow

any

w g

łow

icy

prąd

Mierzone ciśnienie

I=Iu+Iem

ZAKRES NISKICH CIŚNIEŃ





1. Próżniomierze wymagają skalowania.

2. Wskazania w dużym stopniu zależą od składu gazu (skalowanie najczęściej wykonuje się dla azotu lub powietrza.

3. Mała bezwładność wskazań





4. Podstawowe zalety to: duża czułość, odporność na nagłe zapowietrzenie w czasie pracy.

5. Próżniomierze mogą być stosowane tam gdzie dokładność nie jest najważniejsza ale istotna jest niezawodność praca próżniomierza

FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII

Documents

Transcript of FIZYCZNE PODSTAWY MIKROTECHNOLOGII