對(duì)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(lì)脫附( ESD) 效應(yīng)等計(jì)量特性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，N2、Ar、He 對(duì)應(yīng)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(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)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(jí)；放氣率為8.1 ×10 ^-11 Pa·m³ /s，降低了電離規(guī)自身出氣對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，能夠滿足極高、超高真空測(cè)量的需要；ESD 效應(yīng)的研究表明，貝塞爾盒能量分析器能夠有效地實(shí)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(shí)現(xiàn)極高真空的精確測(cè)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(shù)、表面科學(xué)等研究中的真空度測(cè)量，但受電子激勵(lì)脫附( Electron Stimulated Desorption，ESD) 效應(yīng)、軟X 線效應(yīng)及陰極熱出氣效應(yīng)影響，極高真空電離規(guī)測(cè)量下限難以延伸。貝塞爾盒能量分析器規(guī)( AxTRAN，ULVAC；以下簡(jiǎn)稱A-T 規(guī)) 是目前測(cè)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(duì)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(yīng)以及ESD 效應(yīng)等計(jì)量特性開展研究，評(píng)價(jià)A-T規(guī)的性能。

1、實(shí)驗(yàn)裝置及儀器

　　1.1、實(shí)驗(yàn)裝置

　　實(shí)驗(yàn)裝置的原理結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由極高真空校準(zhǔn)系統(tǒng)A 和固定流導(dǎo)法氣體微流量計(jì)B 兩大部分組成。固定流導(dǎo)法氣體微流量計(jì)在分子流條件下，氣體通過(guò)小孔的流量用式(1) 計(jì)算。

圖1 極高真空校準(zhǔn)裝置原理圖

　　式中，Q 為通過(guò)小孔的氣體流量，Pa·m³/s；C 為分子流條件下，氣體所對(duì)應(yīng)小孔的流導(dǎo)，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(shí)際測(cè)量過(guò)程中，p >> p0，且p 的變化量小于0. 1% 時(shí)，可認(rèn)為小孔入口壓力是恒定不變的，式(1) 變?yōu)槭?2)

　　通過(guò)測(cè)量分子流下的小孔流導(dǎo)及小孔入口的氣體壓力值，即可計(jì)算得到氣體流量的大小。當(dāng)流量計(jì)提供的氣體全部流入校準(zhǔn)室時(shí)，校準(zhǔn)室的氣體壓力用式(3) 計(jì)算

　　式中，Q 為流入校準(zhǔn)室的氣體流量，即流量計(jì)提供的氣體流量，Pa·m3 /s；pstd為校準(zhǔn)室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)壓力，Pa；C9為校準(zhǔn)室和抽氣室之間小孔的流導(dǎo)，m³ /s；Rp為返流比。當(dāng)流導(dǎo)值為10 ^-9 m³ /s 量級(jí)時(shí)，通過(guò)非蒸散型吸氣劑泵( non-evaporable getter pump，NEGP) 在流量計(jì)穩(wěn)壓室中維持10 ^-3 Pa 量級(jí)的壓力，便可使流量計(jì)輸出10 ^-12 Pa·m³/s 量級(jí)的極小氣體流量，在校準(zhǔn)室中產(chǎn)生10 ^-10 Pa 量級(jí)動(dòng)態(tài)平衡的標(biāo)準(zhǔn)壓力。與廣泛采用的分流法相比，真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.healwit.com.cn/)認(rèn)為可以通過(guò)氣體流量下限的有效延伸避免了因分流而引入標(biāo)準(zhǔn)壓力的不確定度分量。

　　1.2、實(shí)驗(yàn)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(duì)收集極的直接輻射，將軟X 線引起的測(cè)量下限延伸至10 ^{- 13} Pa量級(jí)；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(yīng)產(chǎn)生的與壓力無(wú)關(guān)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(duì)測(cè)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(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)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(jí)，對(duì)有效抽速大于10 ^-2 m³/s 的真空系統(tǒng)則其抽速引起的測(cè)量誤差可以忽略；其放氣率( 8.1 ×10 ^-11Pa·m³/s) 可以滿足對(duì)極高真空測(cè)量的需要；借助貝塞爾盒能量分析器結(jié)構(gòu)，可實(shí)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(shí)現(xiàn)壓力的精確測(cè)量。