Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВАКУУМНОГО ТРАКТА ЛУЧЕПРОВОДА МИНИАТЮРНОГО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Львов Б.Г. Ветров В.А.

В настоящее время, используя новые достижения научно-технического прогресса, ведутся исследовательские работы, направленные на миниатюризацию дорогостоящего и уникального технологического и контрольно-аналитического оборудования, что позволяет осуществить его кардинальное удешевление и расширение сферы применения.

Применение технологий микроэлектроники и современных материалов позволяет иметь стоимость, массогабаритные характеристики и энергопотребление масс-спектрометров, газовых хроматографов, растровых электронных микроскопов, установок литографии и другого оборудования на порядок меньшие по сравнению с традиционным исполнением.

Определены существенные функциональные требования к вакуумной системе миниатюрной электронно-лучевой колонны: рабочее давление в области электронно-оптической системы (ЭОС) не более 5·10-2 Па, предельное остаточное давление в области миникатода 5·10-7 Па, в вакуумной среде должны отсутствовать углеводородные соединения.

В соответствии с этими требованиями и концепцией электронно-оптической миниколонны, определяющей структуру вакуумного тракта лучепровода (ВТЛ) в виде отдельных отсеков, входы и выходы которых являются отверстиями диафрагм и вакуумной откачки, рассматриваются 3 расчетные вакуумные схемы колонны, представленные на рис. 1.

p                                    p                 p 

а)                                                           б)                                                       в)

Рисунок 1. Расчетные вакуумные схемы колонны:

а) с откачкой одним высоковакуумным насосом; б) с раздельной откачкой; в) с шунтированной откачкой;

1 - секция катода; 2 - экстрагирующая секция; 3 - секция ЭОС; 4 - приемная камера;

P - давление; V - объем; U - проводимость; S - быстрота действия насоса

Для расчета вакуумных характеристик при произвольном изменении сложной модульной структуры ВТЛ создана методика формирования моделей функционирования ВТЛ. Используя разработанную методику, построены модели, проведено моделирование и расчет вариантов откачки приведенных схем. В основе расчета лежит обобщенная модель функционирования (1):

f (1)

где V - объем секции; Р - давление в секции; Ci,  Cj  - проводимости соответственно i-го и j-го отверстия; Qka - поток активных источников газа; Sm - эффективная быстрота откачки вакуумного насоса; Q - поток газовыделения; n1 - число входных отверстий секции; n2 - число выходных отверстий секции; n3 - число источников газа; n4- число высоковакуумных насосов.

Формируя модели секций на основе обобщенной модели (1), получают системы дифференциальных уравнений для каждой из расчетных схем. Например расчетной схеме с шунтированной откачкой (рис. 1,в) соответствует система уравнений (2):

f  (2)

Проведенное моделирование позволяет сделать следующие выводы:

  • давление в секции ЭОС определяется проводимостью канала линз и не зависит от быстрот действия насосов в секции миникатода и приемной камеры; при принятых диаметрах отверстий линз давления 510-2 Па достаточно для функционирования электронного луча; при меньших диаметрах линз необходимо соблюдать соотношения (3), обеспечивающие допустимые потери электронного зонда по вакуумному критерию;

f                           (3)

где Qi - суммарная газовая нагрузка в секции;

Ui - суммарная проводимость выходных отверстий секции;

Vi - объем секции.

  • вакуум в секции катода и приемной камере определяется быстротой действия откачных средств, которыми они снабжаются; при этом существующие высоковакуумные миниатюрные средства откачки должны обеспечивать вакуум в секции катода менее 510-7 Па и обладать быстротой действия в диапазоне 0,1÷10 л/с;
  • при заданных геометрических размерах элементов электронно-лучевой колонны и имеющихся в наличии в отечественной вакуумной технике высоковакуумных мининасосов наиболее предпочтительна принципиальная схема вакуумной минисистемы с шунтирующей откачкой миникатода (рис.1,в).

Библиографическая ссылка

Львов Б.Г., Ветров В.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВАКУУМНОГО ТРАКТА ЛУЧЕПРОВОДА МИНИАТЮРНОГО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОБОРУДОВАНИЯ // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 4. – С. 69-70;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=12501 (дата обращения: 19.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074