溅射离子泵抽气单元放电及离子输运仿真

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2020.07.009

东北大学学报:自然科学版 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (7): 962-967.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.07.009

溅射离子泵抽气单元放电及离子输运仿真

宁久鑫，黄海龙，王晓冬，孙浩

(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)

收稿日期:2019-06-25 修回日期:2019-06-25 出版日期:2020-07-15 发布日期:2020-07-15
通讯作者: 宁久鑫
作者简介:宁久鑫(1994-)，男，辽宁锦州人，东北大学博士研究生; 王晓冬(1963-)，男，辽宁沈阳人，东北大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家重大科学仪器设备开发专项(2017YFF0105801).

Simulation Investigation on Discharge and Ion Transport of Pumping Units for Sputter Ion Pumps

NING Jiu-xin， HUANG Hai-long， WANG Xiao-dong， SUN Hao

School of Mechanical Engineering & Automation， Northeastern University， Shenyang 110819， China.

Received:2019-06-25 Revised:2019-06-25 Online:2020-07-15 Published:2020-07-15
Contact: WANG Xiao-dong
About author:-
Supported by:
-

摘要/Abstract

摘要： 基于有限元法，对溅射离子泵抽气单元内气体放电及离子输运过程进行了研究.采用商业软件COMSOL Multiphysics将等离子体模块、磁场模块、带电粒子追踪模块进行耦合，计算得到阳极筒内电子密度的分布规律.研究了气体压强、阳极电压、磁场强度等参数对电子密度的影响，追踪了离子在不同压强下的运动轨迹，得到了离子对阴极板的入射角度和冲击能量.将仿真结果代入到理论抽速计算公式中，所得结果与实验数据进行对比，两者具有很好的一致性，验证了仿真模型的准确性.对离子泵结构设计和性能优化提供了一种适用方法.

关键词: 溅射离子泵, 离子输运, 多物理场耦合, 仿真分析, 抽气速率

Abstract: Based on the finite element method(FEM)， the discharge and ion transport processes of the sputter ion pumping units were studied. The plasma module， the magnetic field module， and the charged particle tracking module were coupled by COMSOL Multiphysics. The distribution law of electron density in the anode cylinder was obtained. The effects of parameters such as pressure， anode voltage and magnetic field strength on electron density were investigated. The trajectories of the ions at different pressures were tracked， and the impact energy and angle of the ions to the cathode plates were obtained. The obtained parameters were then applied to the theoretical pumping speed calculation and the results were compared with the experimental pumping speed. They have good consistency and verify the accuracy of the simulation model， which provides a suitable method for structural design and performance optimization of sputter ion pumps.

Key words: sputter ion pump, ion transport, multiphysics coupling, simulation analysis, pumping speed

中图分类号:

TB752

宁久鑫，黄海龙，王晓冬，孙浩. 溅射离子泵抽气单元放电及离子输运仿真[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(7): 962-967.

NING Jiu-xin， HUANG Hai-long， WANG Xiao-dong， SUN Hao. Simulation Investigation on Discharge and Ion Transport of Pumping Units for Sputter Ion Pumps[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2020, 41(7): 962-967.

参考文献

[1]杨乃恒.真空获得设备［M］.北京:冶金工业出版社，1987.(Yang Nai-heng.Vacuum production device［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，1987.)
[2]Hall L D.Electronic ultra-high vacuum pump［J］.Review of Scientific Instruments，1958，29(5):367-370.
[3]杨树贵，周卓.反应磁控溅射离子镀TiN膜的工艺参数［J］.东北工学院学报，1987，8(3):376-380.(Yang Shu-gui，Zhou Zhuo.Technological parameters of TiN-ion sputter coating using reaction magnetron［J］.Journal of Northeast University of Technology，1987，8(3):376-380.)
[4]Vesel A，Mozetic M，Kovac J，et al.XPS study of the deposited Ti layer in a magnetron-type sputter ion pump［J］.Applied Surface Science，2006，253(5):2941-2946.
[5]Williamson A，Rivnay J，Kergoat L，et al.Epilepsy treatment:controlling epileptiform activity with organic electronic ion pumps［J］.Advanced Materials，2015，27(20):3138-3144.
[6]Green S R，Malhotra R，Gianchandani Y B.Sub-torr chip-scale sputter-ion pump based on a Penning cell array architecture［J］.Journal of Microelectromechanical Systems，2013，22(2):309-317.
[7]Sigmund P.Theory of sputtering:I.sputtering yield of amorphous and polycrystalline targets［J］.Physical Review，1969，184(2):383-416.
[8]Eninger J E.Experimental investigation of electron cloud containment in a nonuniform magnetic field［R］.Massachusetts:Avco-Everett Research Laboratory，1974.
[9]Rohwer P，Baumann H，Schütze W，et al.Studies of the center potential in a Penning discharge［J］.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research，1983，211(2/3):543-546.
[10]Porcelli T，Siviero F，Bongiorno G，et al.Growth of microscopic cones on titanium cathodes of sputter-ion pumps driven by sorption of large argon quantities［J］.Journal of Vacuum Science & Technology A:Vacuum Surfaces & Films，2015，33(5):05E109-1-05E109-8.
[11]何炜，王仁康，耿天鹏.溅射离子泵的抽速计算［J］.真空科学与技术，1982(4):5-14.(He Wei，Wang Ren-kang，Geng Tian-peng.Calculation of pumping speed of sputtering ion pump［J］.Chinese Journal of Vacuum Science and Technology，1982(4):5-14.)
[12]Mesyats G A.Ecton processes in the generation of pulsed runaway electron beams in a gas discharge［J］.Plasma Physics Reports，2017，43(9):952-956.
[13]石磊，钱沐杨，肖坤祥，等.低气压条件下氢气潘宁放电的模拟分析［J］.物理学报，2013，62(17):339-345.(Shi Lei，Qian Mu-yang，Xiao Kun-xiang，et al.Simulation study on hydrogen Penning source discharge at low pressure［J］.Acta Physica Sinica，2013，62(17):339-345.)
[14]Matsunami N，Yamamura Y，Itikawa Y，et al.Energy dependence of the ion-induced sputtering yields of monatomic solids［J］.Atomic Data & Nuclear Data Tables，1984，31(1):1-80.
[15]Cercignani C.The Boltzmann equation and its applications［M］.Berlin:Springer-Verlag，1988.
[16]Hagelaar G J M，Pitchford L C.Solving the Boltzmann equation to obtain electron transport coefficients and rate coefficients for fluid models［J］.Plasma Sources Science and Technology，2005，14(4):722-733.
[15]关守平，房少纯.一种新型的区间-粒子群优化算法［J］.东北大学学报(自然科学版)，2012，33(10):1381-1384.(Guan Shou-ping，Fang Shao-chun.A new interval particle swarm optimization algorithm［J］.Journal of Northeastern University(Natural Science)，2012，33(10):1381-1384.)

溅射离子泵抽气单元放电及离子输运仿真

Simulation Investigation on Discharge and Ion Transport of Pumping Units for Sputter Ion Pumps

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	耿健，王晓冬，郭美如，黄海龙. 流量计法测量微型溅射离子泵抽速的方法[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(9): 1298-1305.
[2]	李拓夫，陶文举，王兆文，孔令宇. 预焙炭阳极环形槽炭碗设计的仿真研究[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(12): 1715-1720.
[3]	姜世杰，杨松，吴丹，闻邦椿. 高速列车头车外流场气动噪声的仿真与实验研究[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(8): 1137-1142.
[4]	李播博，袁惠群，王光定，赵天宇. 基于振动环境预测的结构动力学特性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(2): 216-220.
[5]	李小彭，王雪，运海萌，安镰锤. 考虑弹塑性变形的结合面静摩擦系数分形模型[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(5): 673-677.
[6]	朱兴高，顾亮. 履带车辆行驶速度对负重轮动位移的影响[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(4): 548-553.
[7]	马彦，李威. 形状记忆合金管接头结构优化与有限元分析[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2013, 34(8): 1166-1170.
[8]	宋锦春;王磊;. 曲轴连杆轴颈静压轴承的设计与数值模拟[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2011, 32(3): 407-410.
[9]	吴春俐;肖景魁;张丽;王金星;. 磁共振成像超导接收线圈品质因数的仿真分析[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2009, 30(2): 184-186+199.
[10]	席广恒;陈啸;刘斌;王吉英;. 体外预应力桥钢索转向区力学性能仿真分析[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2008, 29(1): 133-136.
[11]	韩清凯;杨晓光;秦朝烨;闻邦椿;. 激振器参数对自同步振动系统的影响[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2007, 28(7): 1009-1012.
[12]	刘温;马兰;边景宏. 圆锥盘素线线轮廓度误差测量方法[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2000, 21(4): 397-400.
[13]	-. 待发表文章摘要预报[J]. 东北大学学报:自然科学版, 1994, 15(6): 1--.
[14]	得設备教学小組. 油封式机械真空泵的设计与计算[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 1963, 0(4): 99-110.
[15]	魯济順. 羅茨真空泵設計[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 1963, 0(1): 59-71.