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Книга Nagamitsu Yoshimura Vacuum Technology Practice: for Scientific Instrument содержит подробное описание вакуумных устройств и принципов их работы.
Отличная книга для тех, кто занимается вакуумной аппаратурой. Книга написана на английском языке. Формат книги pdf. Качество высокое - создана изначально как pdf (не скан).
Содержание
1 Designing of Evacuation Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Selection of Pumping Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Pumping-downCharacteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Steady-State Evacuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Roughing System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Backstreaming of RP Oil Vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Backstreaming of DP Oil Vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Overload in High-VacuumEvacuation Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
DP In-Series System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
UltrahighVacuumElectronMicroscopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Know-how Technology in Designing UHV Evacuation Systems . . .. . . . . . . . 31
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2 Vacuum Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Mechanical Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Diffusion Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
Turbomolecular Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Dry VacuumPumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Cryopumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Vapor Pressures forGases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Sputter Ion Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Noble Pumps for Inert Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
Getter Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
Titanium-Sublimation Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Non-EvaporableGetter (NEG) Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69
Methods for Measuring Pumping Speeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
OrificeMethod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Three-Gauge Method (Pipe Method) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Three-Point Pressure Method (3PP Method) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
vii
viii Contents
3 Simulation of Pressures in High-Vacuum Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Conventional Calculation of SystemPressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . .. . . 85
3A VacuumCircuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 87
Basic Concept of VacuumCircuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . 87
Designing of VacuumCircuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 89
Simulation of Pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Resistor-Network SimulationMethod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .91
Matrix Calculation of Pressures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3B Molecular-Flow Conductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 108
Conductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Transmission Probability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 109
3C Gas-Flow Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 117
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4 Outgassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Process of Outgassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 124
Recombination-limitedOutgassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Data of Outgassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Stainless Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Electro-polishing andVacuumFiring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 137
Aluminum Alloy, Copper and Titanium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Permeation Through Elastomer Seals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 156
Methods for Measuring Outgassing Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Differential Pressure-riseMethod [4-41] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Variable ConductanceMethod [4-43] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 161
ConductanceModulation Method [4-44] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 164
Two-Point Pressure Method and One-Point Pressure Method [4-45] . . . . . . . . . . . . . . 167
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5 Phenomena Induced by Electron Irradiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5A Electron/Photon Stimulated Desorption (ESD/PSD) . . . . . . . . . . . . . . . 176
5B Polymerization of HydrocarbonMolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Transport of HydrocarbonMolecules in HighVacuum. . . . . . . . . . . . 182
Transport of HydrocarbonMolecules in UltrahighVacuum. . . . . . . . 185
Materials to be Polymerized by Electron Beam Irradiation . . . . . . . . 192
5C Darkening in Secondary Electron Images in SEM . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5D Etching of Carbonaceous Specimens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
6 Vacuum Gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Mechanical Gauges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
CapacitanceManometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Thermal Conductivity Gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Contents ix
Pirani Gauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Viscosity Gauges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Spinning Rotor Gauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Crystal Oscillation Gauge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
IonizationGauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
PenningGauge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Sputter Ion Pump as a Pressure Indicator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
Bayard-Alpert Ionization Gauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
ExtractorGauge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Hot-Cathode Magnetron Ionization Gauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Cold-Cathode Ionization Gauge for UHV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Magnetic Sector [6-24] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
QuadrupoleMass-Filter [6-24] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Mass Spectra Cracking Patterns. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Outgassing from Ionization Gauges with Incandescent Filaments . . . 239
Gas Species Emitted from Ionization Gauges with Incandescent
Filaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
New Gauges forMeasuring ExtremeHigh Vacuum . . . . . . . . . . . . . . 247
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
7 Microdischarges in High Vacuum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
7A Microdischarges over Insulator Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Charging of Dielectric Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Gas Molecules on Insulator Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Triple Junction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
Surface Flashover in SF6 Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
7BMicrodischarges betweenHigh-Voltage Electrodes . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Anode-Initiation Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Ion-Exchange Process and Total-Voltage Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Projection (Whisker) on Cathode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Gas Molecules on Electrode Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Ar-Glow Conditioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
High-Voltage Conditioning (HVC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Conditioning Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
8 Emitters for Fine Electron Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Keywords . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
8A W FE Emitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
Remolding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
Emission Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
x Contents
Build-up Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
FE-Initiated Vacuum Arc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
Morphological Changes of Tip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
FE-Related Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
8B ZrO/W Emitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Surface Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
8C LaB6 Emitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
Mounting Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
Material Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
8D Other FE Emitters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
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