Page 139 - 《真空与低温》2025年第3期

410 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

工作压力小于过渡压力时，抽速会随着工作压力的 性，这种通过模拟仿真计算溅射离子泵潘宁放电单
[2]
减小而减小 。 元抽速的方法可以作为设计或改进溅射离子泵性
能的参考依据。

2.0
计算抽速
1.9 Hartwig 抽速
400
1.8 PIC-MCC 溅射离子泵整体计算抽速
溅射离子泵整体实验测量抽速
抽速/（L·s -1 ） 1.6 300
1.7
1.5
1.4
1.3 抽速/（L·s -1 ） 200
1.2
1.1 100
1.0
0.001 0.000 1 0.000 01
工作压力 p/Pa 0
0.001 0.000 1 0.000 01
工作压力 p/Pa
图 7 不同工作压力下单个潘宁放电单元的抽速与
Hartwig 理论抽速对比 图 9 不同工作压力下溅射离子泵整体抽速对比
Fig. 7 Comparison of pumping speed of a single Penning Fig. 9 Comparison of overall pumping speed of sputtering
discharge unit under different working pressures and ion pump under different working pressures
Hartwig's theoretical pumping speed

4 结论
为了进一步探究抽速计算结果的精准度，采用
与刘亦兵等 [22] 研制的 LH-300 型冷阴极泵相似的 采用 PIC-MCC 方法对溅射离子泵单个潘宁放
阳极筒排列方式对溅射离子泵整体抽速进行计算。 电单元进行模拟，通过模拟获得单个潘宁放电单元
单个抽气单元的结构与参数如图 8 所示，在溅 的离子电流（入射离子数）、入射能量、入射角度等
射离子泵内部存在 8 个类似的抽气单元。确定阳 相关参数，并通过计算得到单个潘宁放电单元的抽
极筒排列方式与抽气单元参数后，对单个潘宁放电 速。仿真得到的离子电流与实验测试变化趋势一
单元抽速进行修正，并结合抽气单元参数对溅射离 致，将计算得到的抽速与现有实验测量值对比，相
子泵整体抽速进行计算，溅射离子泵的计算抽速与 对误差不超过 5%。
实验结果对比如图 9 所示，计算抽速与实验测量抽 对不同工作压力下的离子入射参数以及抽速
速的相对误差为 4.4%。 进行了分析。在 10 ~10 Pa 压力下，工作压力的
−5
−3
变化对放电空间内电子的运动规律以及离子的入
射参数影响较小，离子的入射位置分布、入射能量
分布、入射角度分布在不同工作压力下变化趋势
阳极筒阵列
相似。
214 mm 速计算值与理论值对比一致性好，结果可靠，但是
尽管本文对溅射离子泵单个潘宁放电单元抽

还需要进一步的实验验证。且当前模拟仅局限于
单个潘宁放电单元，为了获得更加精准的抽速，在
阴极板 后续研究工作中，有必要对计算方法予以进一步优化。

120 mm 参考文献：

图 8 单个抽气单元内部的阳极筒排列方式 [1] SINGLETON J H. The performance characteristics of mod-
Fig. 8 The arrangement of anode cylinders inside ern vacuum[J]，Journal of Physics E：Scientific Instruments，
a single exhaust unit
1973，6（8）：685.
虽然理论计算值与实验测量值存在一定差异， [2] MALEV M D，TRACHTENBERG E M. Built-in getter-ion
但抽速的计算结果可以反映溅射离子泵的抽气特 pumps[J]. Vacuum，1973，23（11）：403−409.