Page 137 - 《真空与低温》2025年第3期

408 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

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放电单元的影响。在实际工作中，当放电空间内的 结合 Hartwig 的流导修正模型 ，溅射离子泵的整
放电强度过大，空间温度会随之上升，阳极壁面的 体抽速 S eff 即为：
放气现象会加剧，会对抽速产生较大的影响。因此， tanh(D)
S eff = ns （2）
为了进一步提高抽速计算的精准度，需要考虑放气 D
现象对抽速的影响。 式中： S eff 为溅射离子泵的整体抽速，L/s； n为溅射
使用 COMSOL 中的传热模块与电流模块，模 离子泵中阳极筒数量； D为流导系数。
拟获得溅射离子泵工作时的温度。温度模拟中所 流导系数 D与抽气单元参数有关。抽气单元
需要的放电强度，通过积累轰击到阳极、阴极的带 是指多个阳极筒排列组成的结构，单个抽气单元有
电粒子获得。获得溅射离子泵工作温度后，计算获 着多个潘宁放电单元。

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得阳极表面的放气量 ，修正后的抽速即为 2.2 节 2.5 计算过程与步骤
中计算结果与放气量的差值。 溅射离子泵抽速计算方法的流程如图 2 所示，

2.4 溅射离子泵抽速计算 通过模拟方法得到入射离子参数，并计算溅射产额，
在实际工作中溅射离子泵内部有多个潘宁放 获得附着在阳极筒壁上的活性钛原子数。结合阳
电单元进行抽气工作，在计算溅射离子泵整体抽速 极壁面的放气量，计算单个潘宁放电单元抽速。最
时可以认为所有相同的放电单元拥有相同的抽速， 后通过流导修正，对溅射离子泵整体抽速进行计算。

放气量修正 Q m
入射离子数 N i
（离子电流 I）
溅射离子泵内潘
宁放电单元数量 n
附着在阳极筒壁上
的活性钛原子数 N Ti
入射离子能量 E
单个潘宁放电单
溅射产额 Y 元抽速 s 溅射离子泵抽速
阳极壁面上每秒吸
附的氮气分子数 N a
入射离子角度 φ
附着在阳极筒壁上 溅射离子泵抽气
的概率 J 单元参数

PIC-MCC 模拟仿真 Sigmund 溅射理论 联立计算覆盖率 Hartwig 流导修正

图 2 溅射离子泵抽速计算方法的流程图
Fig. 2 Flowchart of calculation method for sputtering ion pump pumping speed

3 结果与分析

−3
10
3.1 离子电流 实验测量值
模拟离子电流
离子电流是表征溅射离子泵工作性能的重要
指标，由离子在电磁场的作用下轰击阴极产生。在 10 −4
仿真计算中，离子电流通过统计入射离子数得到， 离子电流 I/A
即入射离子数与点电荷的乘积。而在实验测试中，
电流通过测量整个放电回路的电流得到，即为电子 10 −5
电流与离子电流的和，这也是实验测试值偏小的原
因，如图 3～6 所示。 10 −6
将通过仿真模拟获得的离子电流与耿健等 [7] 10 −2 10 −3 10 −4 10 −5 10 −6
工作压力/Pa
的实验结果相对比，对比结果如图 3 所示，仿真电
流与实验测量结果变化趋势相似，都是随着工作压 图 3 不同工作压力下的离子电流
力的下降而减小。 Fig. 3 Ionic currents under different working pressures