/ 1 ( cm 3
N 2 . 7 10 19 2 . 7 10 10 2 . 7 10 8 2 . 7 10 6 2 . 7 10 4
(分子數/秒)2 . 8 10 23 2 . 8 10 14 2 . 8 10 12 2 . 8 10 10 2 . 8 10 8 )
(cm 6 10 6 6 10 3 6 10 5 6 10 7 6 10 9
3 10 9 秒 3 秒 5 分 8 小時 . 5 35 天
表 3-1 不同壓力下氣體分子的各種參數值[45]
3-1-2 超高真空腔與抽氣系統
1. 超高真空腔：由美國 MDC 公司所製，型號為 SSAC-12D
2. 抽氣系統：本實驗室的抽氣系統包含四部分，目前真空腔的壓力最好可達
1
10
1
9
mbar。3. (a) 油式迴轉幫浦（rotary vacuum pump）：
原理：利用幫浦油使機械潤滑及真空密合，抽氣範圍從一大氣壓到 10
-3
torr。內部構造主要為帶有葉片的轉子，為使葉片與幫浦主體密合通 常會加入幫浦油，再透過轉子的轉動將氣體排出。但因內部有油幫助潤 滑，難免會有油氣回流真空腔之虞，所以此種幫浦主要用在外部氣體迴 路清潔，不直接連接真空腔。 設備：台灣中美科學公司代理，廠牌為 Edwards，型號為 BS-2212 (b)渦輪分子幫浦組：主要分為薄膜式幫浦（diaphragm pump）與渦輪分子幫浦
（turbo molecular pump）兩部分。為台灣漢彊公司代理，廠牌為 PFEIFFER，
型號為 TSU-521。
圖 3-1-2 最佳壓力圖
33
薄膜式幫浦：內部分為兩個不相連的空間，分別為抽氣及排氣空間，各由單 向閥門控制氣體出入，上方由彈性薄膜覆蓋形成密閉空間，薄膜透過連桿與馬達 相連接，馬達轉動帶動薄膜膨脹與壓縮，使內部空間產生壓力差藉由將氣體排出。
因在大氣下可運作，在渦輪分子幫浦組內作為前級抽氣系統。
渦輪分子幫浦：內部由多組扇葉組成，利用高速旋轉的扇葉將氣體分子壓縮，
再經旋轉的葉片帶動使氣體分子撞擊排出真空腔外。對不同氣體的抽氣效率有所 差別，一般而言，分子量愈小的氣體抽氣效率越差。而高速旋轉的扇葉難免有震 動方面的問題，若實驗環境需要極好的無震動狀態則不適合使用此種幫浦，且高 速旋轉的扇葉不可受外力撞擊，或大量氣體通過，否則會造成葉片受損；故一般 分子幫浦都有其他幫浦作為前級抽氣設備，且在 10
-2
mbar 以下的壓力才會全速 運轉。當真空腔內有大量氣體欲抽出時，也會先使其轉速降低後再進行抽氣動 作。(c) 離子幫浦（ion pump）:
原理：離子幫浦的工作原理是將氣體分子離子化，然後利用電場和磁 場，使其加速撞向活性大的鈦金屬板，進而吸附於上。其運轉時，安靜 無聲、沒有油氣產生的疑慮、不用冷卻裝置、操作時所需能量少、壽命 長…等都是其優點。但其適合的抽氣範圍為高真空，故並不適合獨立於 低真空中開始抽氣；故一般都配合機械及渦輪分子幫浦，等到達到高真 空後再交給離子幫浦獨立運作，在此種情況下，只要真空腔不漏氣，即 使遇到停電，只要電源回復，離子幫浦也可立即恢復運轉，是維護超高 真空的利器。但不可避免的，由於離子幫浦內有極強的磁場，因此在其
34
附近會產生雜散的磁場，對其他偵測的帶電粒子可能產生影響。
設備：美國 Varian 廠製 VacIon Plus 150 Diode，型號 919-0404。標準 抽氣(氮氣)速率 150
/s，使用壽命為在 1106
mbar 的壓力下連續使用 50000 小時，工作電壓為 7000 Vdc
±10%，最好可抽至壓力低於 1011
mbar。(d) 鈦昇華幫浦（Titanium sublimation pump）：
原理：鈦昇華幫浦的工作原理是利用大電流通過鈦燈絲，使鈦金屬加 熱昇華為氣體，藉由鈦活性大、容易游離，進而吸附其它分子，再由其 它抽氣設備抽走。不同於前三種幫浦，被動的等氣體分子跑到幫浦附近 時才加以捕捉的方式，鈦昇華幫浦算是主動出擊的，但鈦幫浦啟動時，
由於鈦蒸汽的釋出，因此壓力會先上升，且鈦燈絲為昂貴消耗品，故一 般不長時間開啟，只是間歇以作為增高真空度之用。
設備：英國 ITL 廠製，型號 TSP4C。共有三根鈦金屬棒，工作電流為 50 A。
單靠上述的抽氣設備達到超高真空並不足夠，還必須於提高真空度的過程，
將整個腔體進行烘烤的動作。且在達到超高真空後，對鍍源系統、加熱系統、以 及各類探測儀器進行釋氣的步驟，如此才可獲得一個好的超高真空環境。