對貝塞爾盒能量分析器規(guī)靈敏度、穩(wěn)定性、抽速、放氣率及電子激勵脫附( ESD) 效應等計量特性進行研究。實驗結(jié)果表明，N2、Ar、He 對應的靈敏度分別為2.47 × 10^-2， 3.27 × 10^-2， 5.13 × 10^-3Pa^-1 ，且在10^-9 ～ 10^-3 Pa 范圍內(nèi)，表現(xiàn)出良好的線性；其短期穩(wěn)定性及長期穩(wěn)定性測試中，靈敏度表現(xiàn)出較好的一致性；抽速為10 ^-5 ～ 10 ^-4 m³/s 量級；放氣率為8.1 ×10 ^-11 Pa·m³ /s，降低了電離規(guī)自身出氣對測量結(jié)果的影響，能夠滿足極高、超高真空測量的需要；ESD 效應的研究表明，貝塞爾盒能量分析器能夠有效地實現(xiàn)氣相離子與ESD 離子的分離，兩種離子經(jīng)加速后能量差約為40 eV。貝塞爾盒能量分析器規(guī)可以實現(xiàn)極高真空的精確測量。

　　極高真空電離規(guī)被廣泛的用于高能粒子加速器、空間技術、表面科學等研究中的真空度測量，但受電子激勵脫附( Electron Stimulated Desorption，ESD) 效應、軟X 線效應及陰極熱出氣效應影響，極高真空電離規(guī)測量下限難以延伸。貝塞爾盒能量分析器規(guī)( AxTRAN，ULVAC；以下簡稱A-T 規(guī)) 是目前測量下限最低( 5 × 10^-11 Pa) 的商品化的極高真空電離規(guī)。本文對其在N2、Ar、He 三種單一成分氣體中10^-9 ～ 10^-3 Pa 范圍內(nèi)的靈敏度、穩(wěn)定性、抽氣與出氣效應以及ESD 效應等計量特性開展研究，評價A-T規(guī)的性能。

1、實驗裝置及儀器

　　1.1、實驗裝置

　　實驗裝置的原理結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由極高真空校準系統(tǒng)A 和固定流導法氣體微流量計B 兩大部分組成。固定流導法氣體微流量計在分子流條件下，氣體通過小孔的流量用式(1) 計算。

圖1 極高真空校準裝置原理圖

　　式中，Q 為通過小孔的氣體流量，Pa·m³/s；C 為分子流條件下，氣體所對應小孔的流導，m³/s；p 為小孔入口的氣體壓力，Pa；p0為小孔出口的氣體壓力，Pa。

　　在實際測量過程中，p >> p0，且p 的變化量小于0. 1% 時，可認為小孔入口壓力是恒定不變的，式(1) 變?yōu)槭?2)

　　通過測量分子流下的小孔流導及小孔入口的氣體壓力值，即可計算得到氣體流量的大小。當流量計提供的氣體全部流入校準室時，校準室的氣體壓力用式(3) 計算

　　式中，Q 為流入校準室的氣體流量，即流量計提供的氣體流量，Pa·m3 /s；pstd為校準室內(nèi)的標準壓力，Pa；C9為校準室和抽氣室之間小孔的流導，m³ /s；Rp為返流比。當流導值為10 ^-9 m³ /s 量級時，通過非蒸散型吸氣劑泵( non-evaporable getter pump，NEGP) 在流量計穩(wěn)壓室中維持10 ^-3 Pa 量級的壓力，便可使流量計輸出10 ^-12 Pa·m³/s 量級的極小氣體流量，在校準室中產(chǎn)生10 ^-10 Pa 量級動態(tài)平衡的標準壓力。與廣泛采用的分流法相比，真空技術網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)認為可以通過氣體流量下限的有效延伸避免了因分流而引入標準壓力的不確定度分量。

　　1.2、實驗儀器

　　A-T 規(guī)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，由Akimichi. H 等研制。采用貝塞爾盒型能量分析器、裝有法拉第杯型的離子收集器以及與BA 規(guī)相同的電離器構(gòu)成。分析器中心的鉬片結(jié)構(gòu)，有效避免X 線對收集極的直接輻射，將軟X 線引起的測量下限延伸至10 ^{- 13} Pa量級；柵極由鍍鉑的鉬絲制成，有效降低氣體分子在柵極表面的吸附量，減小ESD 效應產(chǎn)生的與壓力無關的殘余電流；熱陰極由逸出功低、蒸發(fā)率低的稀土氧化物陰極———敷氧化釔的銥絲構(gòu)成，減小燈絲因熱出氣對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響；柵網(wǎng)未采用與分離規(guī)( IE514，LEYBOLD) 結(jié)構(gòu)相同的封閉結(jié)構(gòu)，更有利于貝塞爾盒能量分析器對氣相離子及ESD 離子的有效分離，且電離源處于柵極下端可顯著提高電離規(guī)的靈敏度。

圖2 A-T 規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖

2、結(jié)論

　　A-T 規(guī)在10 ^-9 ～ 10 ^-3 Pa 范圍內(nèi)具有良好的線性，短期及長期穩(wěn)定性測試中，靈敏度表現(xiàn)出較好的一致性，其抽速為10 ^-5 ～10 ^-4 m³/s 量級，對有效抽速大于10 ^-2 m³/s 的真空系統(tǒng)則其抽速引起的測量誤差可以忽略；其放氣率( 8.1 ×10 ^-11Pa·m³/s) 可以滿足對極高真空測量的需要；借助貝塞爾盒能量分析器結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)加速后ESD 離子與氣相離子的有效分離，40 eV 以上的能量差有效提高了兩種離子分辨率，降低極高、超高真空下主要的ESD 離子( H+、CO+、O2+等) 產(chǎn)生的殘余電流，實現(xiàn)壓力的精確測量。