پرینت

فیلمها و مطالب آموزشی

آنالیزهای  سطح   و     لایه   نازک
برهم کنش بین ذرات باردار با لایه نازک

 برهم کنش بین پرتو ایکس با لایه نازک

برهم کنش بین پرتو نور  با    لایه نازک

 میکروسکوپ الکترونی روبشی  SEM

میکروسکوپ الکترونی عبوری    TEM

میکروسکوپ پروبی روبشی      SPM

میکروسکوپ پروبی روبشی      AFM

 میکروسکوپ روبشی تونلینگ    STM

آنالیز  سطح و لایه به روش  SIMS

آنالیز سطح و لایه به روش    RBS
آنالیز سطح و لایه به روش    XRD
آنالیز سطح و لایه به روش    XPS
 
آنالیزطیفی به روش بیضی سنجی

آنالیزطیفی به روش اسپکتروفتومتر

لایه نشانی  و   پارامترهای  آن

ساختار        تشکیل           لایه
روش تفنگ الکترونی    E_Beam Gun  
درباره                            خلاء
پمپ روتاری          Rotary Pump

پمپ توربومولکولارTurbomolecular

پمپ کرایوجنیک  Cryojenic Pump 

پمپ دیفیوژن      Diffusion Pump

تاریخچه فشارسنج های  نخستین
فشارسنجهای محدوده خلاء پایین

فشارسنج یونی  کاتد سرد و  گرم

کنترل ضخامت
ضخامت سنجی اپتیکی

ضخامت سنجی کریستالیQCM

فشارسنج های یونی

 

About Vacuum.....

 فشارسنج یونی

فشارسنج یونی حساس ترین نوع فشارسنج در اندازه گیری فشارهای بسیار پایین می باشد. فرآیند عملکرد این نوع فشارسنج ها، بر اساس اندازه گیری غیرمستقیم جریان یونی ایجاد شده بواسطه بمباران اتم ها و یا مولکول های گاز، توسط الکترون های منتشر شده می باشد. از این رو، کالیبراسیون یک فشارسنج یونی غیر پایدار می باشد. چراکه شدیدا" به طبیعت گاز استفاده شده وابسته است. به همین دلیل معمولاً آنها با فشارسنج مک لود که پایدارتر و مستقل از طبیعت شیمیایی گاز است، کالیبره می شوند. فشارسنج یونی در انواع مختلف تولید شده ودر بین آنها دو نوع کاتد سرد و کاتد گرم پرکاربردترین اند

فشارسنج یونی کاتد سرد:
 همان گونه كه به صورت شماتيك در شكل 1، آمده است، به دو صورت وجود دارد :
1- فشار سنج پنینگ ( که توسط مایکل پنینگ ساخته شد).
2- مگنترون معکوسی(که سر سرخ نیز خوانده می شود).                                


            
شکل1: نمای شماتیک فشارسنج کاتد سرد: راست) پنینگ: 1و3-مگنت، 2،محفظه خلا، 4-کاتد، 5-آند، 6-منبع تغذیه  چپ)مگنترون معکوسی: 1-آند، 2-کاتد  

تفاوت اساسی بین این دو، موقعیت آند با در نظرگرفتن کاتد است. هیچ کدام فیلامان ندارند و هر دو ممکن است که برای انجام کار به ولتاژ DC در حدود 4 کیلو ولت احتیاج داشته باشند. مگنترون معکوسی برای اندازه گیری تا 10-10 پاسكال و فشارسنج پنینگ تا 3-10 پاسكال بکار می رود. عمر فشارسنج کاتد سرد به نوع گاز و فشاری که فشارسنج در آن مورد استفاده قرار می گیرد، بستگی دارد.
اگر یون های تولید شده بوسیله کاتد، قبل از رسیدن به آند مجدداً ترکیب شوند در اینصورت، چنین فشارسنج هایی نمی توانند کار کنند. استفاده از این فشارسنج ها برای گازهایی با ترکیبات آلی، ممکن است موجب ایجاد لایه های نازک کربنی و ذرات داخل فشارسنج شده و در نهایت منجر به اتصال کوتاه بین الکترودها در داخل فشارسنج شود.
فشارسنج کاتد سرد، مطابق شکل 2الف، معمولاً شامل دو کاتد به صورت صفحات موازی و یک آند به شکل یک حلقه فلزی سیمی است که صفحه آند موازی با کاتدها و در وسط دو کاتد قرار گرفته است. اختلاف پتانسیل حدود KV 2 بین آند و کاتدها برقرار می گردد و یک میدان مغناطیسی با بزرگی 400 گاوس تحت یک زاویه قائم نسبت به صفحه الکترودها و در نتیجه عمود بر خطوط میدان الکتریکی (به وسیله یک آهنربای ثابت) اعمال می شود.
در نتیجه در فضای بین کاتدها، الکترون ها، در یک مسیر مارپیچ بسته حرکت می کنند. عموماً الکترون از صفحه حلقه آند عبور کرده تا اینکه مسیر آن توسط میدان الکتریکی مربوط به کاتد ثانویه معکوس شود. بدین طریق الکترون به نوسان خود اطراف آند ادامه داده و احتمال برخورد با یک مولکول گاز حتی در فشارهای پایین، زیاد است. الکترون های ثانویه تولید شده به وسیله یونیزاسیون، نوساناتی مشابه دارند، لذا سرعت یونیزاسیون مولکول ها به شدت افزایش می یابد. در نهایت الکترون ها بوسیله آند به دام می افتند و تعادل، زمانی برقرار می شود که در زمان مشخص، تعداد الکترون های تولیدی به وسیله یونیزاسیون، برابر تعداد الکترون های به دام افتاده باشد. یون های مثبت تولیدی در این فرآیند به وسیله کاتدها به دام می افتند و از این رو باعث می شوند تا جریانی در مدار بیرونی به وجود آید که توسط یک میلی آمپرمتر اندازه گیری می شود. از آنجا که تعداد یون های تولیدی در واحد زمان متناسب با چگالی مولکولی و لذا فشار درون فشار سنج است، لذا باید یک رابطه خطی بین جریان و فشار برقرار باشد.
      
شکل 2، یک کاتد گرم را نشان می دهد. در مرکز یک فیلامان تنگستن(کاتد) قراردارد که توسط یک شبکه سیم نیکلی احاطه شده است. دریافت کننده یونی که یک سیلندر نیکلی است، با شبکه و فیلامان هم مرکز است. شبکه سیمی در ولتاژ 150 ولت نسبت به کاتد نگه داشته می شود در حالی که دریافت کننده نسبت به کاتد یک پتانسیل منفی حدود 30 ولت دارد. زمانی که دمای کاتد به وسیله عبور یک جریان 2 آمپری از آن به 2000 درجه سانتی گراد رسید الکترون ها به صورت ترمويونيك، از آن ساطع می گردند. این الکترون ها توسط پتانسیل مثبت روی شبکه شتاب داده شده و انرژی جنبشی کافی را جهت یونیزه کردن مولکول های گاز موجود دریافت می کنند. ساختمان باز شبکه این امکان را برای الکترون ها به وجود می آورد تا اغلب آنها از فضای بین شبکه و دریافت کننده یونی عبور کرده و در نتیجه بیشترین برخوردهای یون ساز ایجاد شود. یون های مثبت ایجاد شده، توسط پتانسیل منفی روی دریافت کننده یونی جذب و جریان حاصله در مدار دریافت کننده توسط یک میکرو آمپرمتر اندازه گیری می شود. جریان اندازه گیری شده در حدود پیکو آمپر و متناسب با آهنگ تولید یون است که خود تابعی از فشار در سیستم است.

          
شکل2: الف- شماتیک فشارسنج کاتد گرم ب- شکل واقعی یک کاتد گرم

مشاهده می شود که تفاوت دو کاتد سرد و گرم فقط در نوع انتشار الکترون است. در کاتد سرد الکترون ها بواسطه تخلیه ایجاد شده با یک ولتاژ بالای الکتریکی تولید می شوند در صورتی که در کاتد گرم بواسطه فرآیند ترمو یونیک تولید می شوند.
متداول ترین فشارسنج کاتد گرم، فشارسنج بایارد آلبرت[1] نام دارد که همان گونه که در شکل 3  نشان داده شده است حاوی یک جمع کننده یونی کوچک است که داخل یک شبکه قرار گرفته است. یک محفظه شیشه ای با یک سر باز که به سمت محفظه خلأ قرار می گیرد، سه الکترود را در بر می گیرد 


                                                         
شکل3: فشارسنج Bayard-Alpert : -فیلامان، 2-جمع کننده الکترونی، 3- جمع کننده یونی الکترون های منتشر شده از فیلامان،

قبل از آنکه داخل شبکه به دام افتند چندین مرتبه در اطراف شبکه به جلو و عقب حرکت می کنند. در خلال این حرکت بعضی از این الکترون ها با مولکول های گاز برخورد کرده و یک جفت یون و الکترون توليد می کنند. تعداد این یون ها متناسب با چگالی مولکول های گازی است. این یون ها داخل جمع کننده[2] ، یک جریان یونی تولید کرده و از آنجایی که چگالی مولکولی گازها متناسب با فشار است، بدین ترتیب فشار با اندازه گیری جریان یونی بدست می آید.
فشارسنج های کاتد گرم، محدوده 8-10-1-10 پاسكال را اندازه گیری می کنند. از اينرو، اين نوع، فشارسنج ها در معرض فشار اتمسفر یا حتی خلأ پایین، ممکن است آسیب ببینند.

 [1] Bayard-Alpert [2] Collector




منبع : کتاب مبانی لایه نشانی و آنالیز نانو ساختار تالیف آقای جهانبخش مشایخی، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی

Cold Cathode Gauge

Powered by DAY TELECOM