钛升华泵的原理和抽气速度

钛升华泵（TSP）对于活性气体如氢气和氮气有很高的抽速，还具有结构简单、功耗低、无振动、寿命长、不惧破空、无需激活等特点，在需要高真空、超高真空环境的许多领域有着广泛的应用。

钛升华泵工作原理

钛升华泵可以放置在溅射离子泵的内部，或作为单独的泵直接放入腔体，或者与屏蔽罩一起使用。它工作时，通过加热钛材料使其升华，并在真空腔体内表面或屏蔽罩内凝华，形成一层钛膜，这层钛膜与真空环境中残留的活性气体如氢气、氧气、氮气、水蒸气、一氧化碳等发生化学反应，生成氮化钛、碳化钛、氧化钛等稳定的固体化合物，将这些气体消耗掉，从而达到”抽气“的效果。

单位面积钛膜的抽速

钛膜的抽气速度与钛膜面积及粘附系数成正比，粘附系数是气体撞击钛膜并与钛发生反应的概率，该系数与气体种类及钛膜温度等有关。

下表列出了刚刚形成的、每单位面积的新鲜钛膜，在常温和液氮温度下对几种常见气体的抽速。使用该表格列出的单位面积抽速和钛膜总面积，可以计算出新鲜钛膜的总抽速 S：

需要注意的是，钛升华泵的实际有效抽速 Se 还取决于真空腔体和钛膜之间的流导 C，通过以下公式可计算实际有效抽速 Se：

1/Se=1/C+1/S

钛膜抽速和时间的关系

在真空度比较高时，残留的气体分子比较少；单层钛膜形成后，即使关闭钛升华泵，新鲜的钛也不会瞬间被反应消耗掉，而是需要一段时间；随着反应的进行，剩余的钛越来越少，相应的抽速也会不断降低。下图的曲线表示了在不同的压力下，钛膜抽速和时间的关系。使用该图可以估计钛升华泵抽气多久后需要重新升华一层新的钛膜。

持续升华时的抽速

当气体压力足够高或者钛膜生成的速度足够低时，钛膜与气体发生反应被消耗的速度大于钛膜生成的速度，这时的钛膜抽速将不再取决于粘附系数，而是跟可用钛原子的数量有关，如果与一个气体分子反应需要消耗 n 个钛原子（比如2Ti+N2←→2TiN,n=2)，那么

Q(mbarl/s)=P*S=0.13R(g/hr)/n

其中，R 是钛的升华速度

此时的Q，也即抽速 S 与压力 P 的乘积，是一个常数，并直接跟钛的升华速度相关，即下图曲线的右侧直线部分。

从上面曲线还可以看出，当压力比较低时，采用较小的升华速度所获得的抽速与采用较大升华速度所获得的抽速是一样的，说明在压力比较低时，需要的钛很少，采用很小的升华速度连续升华，或者通过断续升华的方式来使用钛升华泵是比较合适的。

安捷伦钛升华泵产品

安捷伦提供最流行的钛丝型升华源，采用 2¾''ODConFlat法兰（CF35）并装有三根钛钼丝，每根钛钼丝含有 1.1 克可用的钛，整个升华源组件可烘烤至 400°C。

还提供下面两种型式的屏蔽罩：

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