안녕하세요. 오늘은 Sputter Ion Pump에 대해서 간략하게 알아보겠습니다. 우선은 크게 기본 구성과 배기 원리에
대해 살펴보겠습니다.
목차
●Sputter Ion Pump 기본구성
●Sputter Ion Pump 배기 원리
Sputter Ion Pump 기본구성
Sputter Ion Pump는 1960년대부터 지금까지 초고진공을 실현시킨 대표적인 펌프로서 사용되고 있습니다. 확산 펌프를 사용해도 초고진공을 얻을 수 있지만 유증기에 의한 영향을 무시할 수 없으므로, 기름 오염이 없고 구동부도 없는 Sputter Ion Pump가 주 펌프로 가장 애용되고 있습니다.
Sputter Ion Pump의 배기 작용은 Penning 방전의 원리에 기초하고 있습니다. 대항하는(마주 보는) Cathode(음극) (일반적은(Ti, Zr, Ta 또는 Mo와 같은 활성금속재료로 구성됩니다)과 동일축에 Anode(양극)가 놓여 축 방향에 자계가 걸려 있습니다. 자계가 없으면 냉음극 Glow 방전은 1Pa 정도의 압력에서 소멸하지만, 자계를 걸어서 1Pa 이하의 압력에서도 방전을 지속하게 됩니다. 이온 펌프의 기본 구조는 양쪽의 Cathode와 원통의 Anode에 둘러싸인 공간에서 발생한 전자는 공간 내부 자계의 방향에 나선 궤도를 그리면서 진행하지만 Cathode 부근의 전계에서 감속되어 원래 왔던 방향으로 다시 튕깁니다. 결국, 전자는 Anode에도 Cathode에도 들어가지 않은 채 이 공간을 몇 번이고 왕복하게 됩니다. 이와 같이 긴 시간을 주행한 전자는 공간 안의 기체 분자와 전리 충돌해, 유효한 2차 전자를 증식시킵니다.
Sputter Ion Pump 배기 원리
Sputter Ion Pump는 전리 충돌에 의해서 생성된 양이온은 전자에 비해 큰 질량을 가지고 있기 때문에 자계에 의해서 전자처럼 강하게 편향되지 않고, Cathode를 향해서 가속되어 Cathode 표면에 충돌합니다. 충돌한 이온은 Cathode의 금속 결정 내애 들어갑니다, Ion 충격에 의해서 Cathode 표면의 활성 금속(예를 들어 Ti 원자)이 Sputter 되고, Sputter 한 Ti원자는 Anode나 마주하는 Cathode에 부착되어 신선한 표면을 만듭니다.
Ti은 화학적으로 활성금속으로서 산소, 수소, 질소, 일산화탄소, 기 외 다수의 활성 가스를 화학흡착하는 능력을 가지고 있습니다. 그 때문에 기상에 잔류한느 활성 가스는 Sputter 막이나 신선한 Cathode표면에 화학흡착되어 기상으로부터 제거됩니다. 빈번한 Ion 충격을 받은 Cathode 면의 방전 중앙부 부근에서는 한번 화학흡착 혹은 Ion 보충이 행해져도 다시 Anode나 Cathode의 주변부에 퇴적됩니다. 한편 불황성 가사는 이온화된 후 Cathode면에 들어가서 뒤에서 날아온 Sputter원자에 의해 파묻힙니다. 이와 같이 기체 상태의 잔류 Gas는 배기됩니다. 이러한 과정으로 Sputter Ion Pump는 진공을 만들어 간다고 생각하시면 됩니다.
오늘은 Sputter Ion Pump의 구성과 배기원리에 대해 살펴보았습니다. 다소 원리가 어려울 수도 있으나 현존하는 진공펌프 중에 초고진공을 얻을 수 있는 펌프로 주로 연구소나 항공우주 장치 등을 개발하는 곳에서 지금도 많이 쓰이고 있습니다.
다음 시간에는 Sputter Ion Pump의 특징과 트러블 대책 사용 및 작업상 주의 사항에 대해 알아보도록 하겠습니다.