DE2945925A1

DE2945925A1 - Ionisation manometer for vacuum measurement - has anode with window and grid wires for passage of electrons and screened cathode

Info

Publication number: DE2945925A1
Application number: DE19792945925
Authority: DE
Inventors: Horst Prof. Dr. 3000 Hannover Gentsch
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1979-11-14
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1981-05-27

Abstract

An ionisation manometer tube with a cylindrically-shaped anode is used to measure pressures in the fine, high and ultra-high vacuum region. The anode (1) is designed as an electrostatic closed hollow cylinder. The two ends of the hollow cylinder are covered with a plate (7). The anode has a window (2) with grid wires to allow the entry of electrons. All electrodes are coated with a fine gold layer. The electrodes are permanently heated. The cathode (3) is screened (4).

Description

Ionisationsmanometerröhre Ionization manometer tube

Die Erfindung betrifft eine Ionisationsmanometeröhre (IM-Röhre) mit etwa zylinderförmiger Anode. IM-Röhren dieser Art werden bei Druckmessungen im Fein-, Hoch- und Ultrahochvakuumgebiet eingesetzt.The invention relates to an ionization manometer tube (IM tube) with approximately cylindrical anode. IM tubes of this type are used for pressure measurements in fine, High and ultra high vacuum area used.

Zur Messung kleinster Drücke sind Ionisationsmanometer nach einem von ALPERT angegebenen Prinzip bekannt, bei denen in der Achse einer zylindrischen, gitterförmigen Anode ein drahtförmiger Kollektor angeordnet ist. Für Ultrahochvakuum-Messungen ist es erforderlich, die Anode vor einer Meßreihe zu entgasen oder, was noch zweckmäßiger ist, permanent zu heizen (Offenlegungsschrift 15 73 677) IM-Röhren mit zylindrischer, gitterförmiger Anode sind elektrisch offene Systeme, somit empfindlich gegenüber elektrostatischen Feldern. Solche Felder gehen z. B. von Oberflächenladungen auf der Innenwand des Röhrenkolbens aus und beeinflussen im Wege des Durchgriffs den Ionenstrom.Ionization manometers are used to measure the smallest pressures principle specified by ALPERT, in which a cylindrical, Lattice-shaped anode, a wire-shaped collector is arranged. For ultra-high vacuum measurements it is necessary to degas the anode before a series of measurements or what is even more useful is to be heated permanently (Offenlegungsschrift 15 73 677) IM tubes with cylindrical, Grid-shaped anodes are electrically open systems and are therefore sensitive to them electrostatic fields. Such fields go e.g. B. of surface charges the inner wall of the tubular piston and influence by means of penetration Ion current.

Bei konstantem Druck werden bisweilen lonenstromänderungen bis 300 % beobachtet.At constant pressure, changes in the ion current of up to 300 % observed.

Problematisch ist auch der drahtförmige Kollektor, der zur Unterdrückung des bremsstrahlungsinduzierten Photoelektronenstromes möglichst dünn sein muß. Hier gibt es jedoch eine Grenze. Je dünner der Kollektor, desto mehr Ionen werden wegen der thermischen Bewegung der Gasteilchen den Kollektor verfehlen. Ihre Ionenbahnen zeigen die bekannte Periheldrehung. Es bildet sich eine Raumladung, die die IM-Röhrencharakteristik verändert (G. Comsa, J. Vac.Sci.Technol. 9(1972) 117). Auch Ionen-Molekülreaktionen an den Elektroden und an der Röhrenwand wirken negativ auf die Röhrencharakteristik.The wire-shaped collector, which is used for suppression, is also problematic the braking radiation-induced photoelectron current must be as thin as possible. here there is a limit, however. The thinner the collector, the more ions are due the thermal movement of the gas particles miss the collector. Your ion trajectories show the well-known perihelion rotation. A space charge is formed, which has the IM tube characteristics changed (G. Comsa, J. Vac. Sci. Technol. 9 (1972) 117). Also ion-molecular reactions on the electrodes and on the tube wall have a negative effect on the tube characteristics.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Ionisationsmanometerröhre mit etwa zylinderförmiger Anode zu schaffen, bei der die geschilderten Probleme nicht mehr bestehen.The invention is based on the task of an ionization manometer tube to create with an approximately cylindrical anode, in which the problems described no longer exist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Anode wie ein Faraday-Käfig ausgeführt Xst. Boden- und Deckblech lassen ausreichend Strömungsquerschnitt frei. Vor einem mit Gitter versehenen Spalt im Zylindermantel stehen Kathode und Kathodenschirm.To solve this problem are contained in the claims Measures proposed. An essential feature of the invention can be seen in that the anode is designed like a Faraday cage Xst. Leave the bottom and top sheet sufficient flow cross-section free. In front of a grated gap in the The cylinder jacket stands for the cathode and cathode screen.

Ein weiteres wesentliches Merkmal ist darin zu sehen, daß der Kollektor nicht aus einem dünnen Draht, sondern aus einem Profil besteht. Zweckmäßig ist er als im Querschnitt V-förmig gefaltete Folie ausgebildet, die so befestigt ist, daß ihre öffnung in die Richtung weist, aus der die Hauptintensität der Bremsstrahlung kommt.Another essential feature is that the collector consists not of a thin wire, but of a profile. It is functional designed as a V-shaped folded film in cross section, which is attached so that its opening points in the direction from which the main intensity of the bremsstrahlung is comes.

Die Oberflächen aller Elektroden (außer der Kathode) tragen vorteilhafterweise eine dichte Plattierung aus Feingold oder einem ähnlich geeigneten Material. Die Anode steht in gut wärmeleitender Verbindung mit einem oder mehreren elektrischen Widerstandsheizelementen und kann daher auch während der Messung zur Vermeidung von Gasadsorption auf mäßig hoher Temperatur gehalten werden.The surfaces of all electrodes (except for the cathode) advantageously wear a dense plating of fine gold or a similar suitable material. the The anode is in good heat-conducting connection with one or more electrical ones Resistance heating elements and can therefore also be avoided during the measurement be kept at a moderately high temperature by gas adsorption.

Gegenüber den bekannten Ausführungsformen liegen die vorteilhaften Merkmale der Erfindung in folgendem: 1. Der elektrisch abgeschirmte Ionisierungsraum (Anode) garantiert ein rauscharmes Signal. Das Ionisationsmanometer hat damit bezüglich der Druckproportionalität die Qualität einer massenspektrometrischen Ionenquelle.Compared to the known embodiments are the advantageous Features of the invention in the following: 1. The electrically shielded ionization room (Anode) guarantees a low-noise signal. The ionization manometer has with respect to the pressure proportionality the quality of a mass spectrometric ion source.

2. Die Feingoldauflage auf den permanent geheizten Elektroden verleiht der IM-Röhre inerten Charakter gegenüber dem Gashaushalt des Rezipienten.2. The fine gold plating on the permanently heated electrodes gives the IM tube is inert in nature to the gas balance of the recipient.

3. Die weiche Röntgenstrahlung trifft überwiegend in den Hohlraum des V-förmig gefalteten Kollektors. Dort ausgelöste Photoelektronen werden mit hoher Wahrscheinlichkeit reabsorbiert. Das bedeutet kleinen Röntgenstrom trotz des relativ breiten Kollektors, der vorteilhaft alle Ionen sammelt, also Raumladung abbauen hilft.3. The soft X-rays mainly hit the cavity of the V-shaped folded collector. Photoelectrons released there are high Probability reabsorbed. That means small x-ray current despite the relatively wide collector, which advantageously collects all ions, thus reducing space charge helps.

4. Zylinderförmige (unabhängig von geschlossener oder offener Bauweise) Anode und V-förmiger Kollektor zusammen bewirken eine Erweiterung des Linearitätsbereiches bis ins Feinvakuumgebiet.4. Cylindrical (regardless of closed or open design) The anode and the V-shaped collector together result in an extension of the linearity range up to the fine vacuum area.

5. Die elektrostatisch geschlossene Bauweise der IM-Röhre senkt die Ionenpumpqeschwindigkeit sehr stark. Der Röhrenfaktor (Empfindlichkeit) entspricht Werten, die für Röhren gleicher Abmessungen aber mit gitterförmiger, zylindrischer Anode charakteristisch sind.5. The electrostatically closed design of the IM tube lowers the Ion pump speed very strong. The tube factor (sensitivity) corresponds to Values that apply to tubes of the same dimensions but with a grid-shaped, cylindrical Anode are characteristic.

Die Abbildung zeigt einen Querschnitt durch die IM-Röhre normal zur Achse der zylinderförmigen Anode 1. Vor dem vergitterten Fenster 2 in der Anode stehen Kathode 3 und Kathodenschirm 4. Der Anodenzylinder trägt an den Enden je ein Deckblech 7. Durch ein Loch im Deckblech ragt der Ionensammler 6 axial in den Anodenraum. Die Widerstandsheizelemente - zugleich Widerstands thermometer 5 - sind gut wärmeleitend mit der Anode verbunden. Der "Elektronenstrahl" hat von der Kathode 3 bis vor den Ionensammler 6 angenähert die Querschnittsform eines schmalen Rechtecks.The illustration shows a cross section through the IM tube normal to Axis of the cylindrical anode 1. In front of the barred window 2 in the anode stand cathode 3 and cathode screen 4. The anode cylinder carries at each end a cover plate 7. The ion collector 6 protrudes axially into the through a hole in the cover plate Anode compartment. The resistance heating elements - at the same time resistance thermometer 5 - are connected to the anode with good thermal conductivity. The "electron beam" came from the cathode 3 to in front of the ion collector 6 approximates the cross-sectional shape of a narrow rectangle.

Er spaltet vor dem Ionensammler in zwei Teile auf und trifft auf die Anode in den Bereichen 8. Nur ein kleiner Bruchteil der Elektronen wird am Ionensanwtler diffus reflektiert. Der Röhrenkolben 9 kann alternativ bei Eintauschsystemen entfallen.It splits into two parts in front of the ion collector and meets on the anode in areas 8. Only a small fraction of the electrons will diffusely reflected at the ion detector. The tubular piston 9 can alternatively be used in exchange systems omitted.

Claims

Ionization manometer tube Patent claims Ionization manometer tube with an approximately cylindrical anode, characterized in that the anode (1) as electrostatic closed hollow cylinder is executed.

2. ionization manometer tube according to claim 1, characterized in that that each of the two end faces of the hollow cylinder (1) is assigned a cover plate (7) is.

3. ionization manometer tube according to claim 1 or 2, characterized in that that a window (2) with grid wires in the anode allows the entry of electrons.

4. ionization manometer tube according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that all electrodes have a fine gold plating.

5. ionization manometer tube according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that all electrodes are permanently heated.

6. ionization manometer tube according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the anode (1) is designed as a closed hollow cylinder, but in particular also the cathode (3) is surrounded by a screen (4).

7. ionization manometer tube according to one of claims 1 to 6, characterized characterized that the anode (1) as a hollow cylinder with - except for an opening (2) for the passage of electrons - closed wall educated and that the cover plates (7) arranged in the area of the end faces of the anode, at least one of which has a central opening for the ion trap to pass through (6), approximately the size of one inscribed in the cross section of the anode cylinder Have squares.

8. ionization manometer tube according to claim 5 and one of the rest Claims, characterized in that the anode (1) conducts heat well with resistance heating elements (5) is connected, which are also designed as resistance thermometers.

9. Ionization manometer tube, preferably according to one of the preceding Claims, characterized in that an ion collector is parallel to the axis of the anode (6) housed in the form of a profile, preferably a V-shaped profile whose side facing away from the tip of the V points in the direction from which the Main intensity of bremsstrahlung comes.