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ISO 27894:2009 — 真空技术：热阴极电离真空计规范
高真空电离压力测量的标准性能要求和试验方法
热阴极电离真空计标准概述
ISO 27894:2009规定了用于测量高真空和超高真空范围(10E-2Pa至10E-7Pa)压力的热阴极电离真空计的性能要求、试验方法和校准程序。这些真空计通过从加热灯丝发射电子来电离真空中的气体分子产生的离子电流与气体压力成正比。标准涵盖Bayard-Alpert真空计和三极管型真空计。
Bayard-Alpert真空计将离子收集极放置在栅极结构内部与三极管真空计相比X射线极限降低了约100倍能够测量低至10E-7Pa的压力。
标准定义了关键性能参数包括灵敏度(单位压力的离子电流)在使用寿命内稳定在+/-10%以内以及X射线极限——由栅极产生的X射线引起的光电子决定的最低可测量压力。
技术规格
| 参数 | 要求 | 测试方法 | 典型值 |
|---|---|---|---|
| 压力范围 | 制造商规定 | 参考比较 | 10E-2至10E-7Pa |
| 灵敏度 | 稳定+/-10% | N2气体校准 | 0.05-0.15Pa-1 |
| X射线极限 | <=10E-7Pa(BA型) | 零发射外推 | 10E-7-10E-8Pa |
| 发射稳定性 | 8小时内+/-1% | 连续监测 | 0.1-10mA |
| 灯丝寿命 | >=10,000小时 | 加速寿命试验 | 10,000-50,000h |
| 放气率 | <=10E-8Pa-m3/s | 压力上升速率法 | 10E-9-10E-8Pa-m3/s |
校准使用可溯源到一级标准的氮气在参考压力下进行。灵敏度S=Iion/(Ie×P)。对于其他气体必须根据相对电离截面应用气体特定修正因子。
在最大发射电流下运行灯丝会显著缩短寿命。将发射电流降低50%可将灯丝寿命延长约5倍。对于UHV在提供足够信噪比的最低发射电流下运行。
工程应用
真空计选择与除气
对于一般高真空(10E-2至10E-4Pa)标准三极管真空计足够。对于UHV(低于10E-5Pa)建议使用带有钍铱灯丝的Bayard-Alpert真空计。标准描述了测量前通过电子轰击加热到700-900C持续5-15分钟的除气程序。
对于半导体工艺监测双灯丝真空计带自动切换功能提供冗余。当主灯丝故障时备用灯丝可远程激活最小化停机时间。
常见问题
问：什么是电离真空计的X射线极限？
撞击栅极的电子产生软X射线在收集极上产生光电子。这种残余电流与离子电流无法区分设定了压力测量下限。
撞击栅极的电子产生软X射线在收集极上产生光电子。这种残余电流与离子电流无法区分设定了压力测量下限。
问：为什么需要针对不同气体进行灵敏度校准？
不同气体具有不同的电离截面。氦气灵敏度约为氮气的0.18倍而氩气约为1.3倍。必须应用气体修正因子。
不同气体具有不同的电离截面。氦气灵敏度约为氮气的0.18倍而氩气约为1.3倍。必须应用气体修正因子。
问：真空计放气如何影响压力测量？
真空计充当虚拟泄漏源释放吸附气体。在低于10E-5Pa的压力下指示压力可能比真实腔室压力高2-10倍。适当除气可减少此误差。
真空计充当虚拟泄漏源释放吸附气体。在低于10E-5Pa的压力下指示压力可能比真实腔室压力高2-10倍。适当除气可减少此误差。
