日本愛發科ULVAC AxTRAN ISX2熱陰極電離真空計技術介紹

日本愛發科ULVAC AxTRAN ISX2熱陰極電離真空計技術介紹

日本愛發科ULVAC AxTRAN ISX2熱陰極電離真空計技術介紹：Bessel Box能量過濾原理與超高真空精密測量應用

在高能物理加速器、表面分析、半導體制造及空間環境模擬等對真空度要求達到10??Pa乃至10?1?Pa量級的應用場景中，真空測量面臨的核心挑戰并非僅僅是“測到多低”，而是“測得多準”。傳統熱陰極電離真空計在測量10??Pa以下壓力時，會受到軟X射線效應和電子激發布散（ESD）離子等寄生電流的干擾，導致測量值顯著偏高。愛發科（ULVAC）AxTRAN系列熱陰極電離真空計正是針對這一測量瓶頸而開發，其中ISX2作為該系列的通用型代表型號，依托Bessel Box型能量過濾器與三極管式離子源兩大核心技術，以5×10?11Pa可測下限、0.5×10?1?Pa測量分辨率、300℃可烘烤等特性，成為面向超高真空與真空精密測量的可靠選擇。

一、工作原理：熱陰極電離與Bessel Box能量過濾

ISX2的核心工作原理建立在熱陰極電子發射電離與Bessel Box型能量過濾兩大技術之上。

熱陰極電離原理

電離真空計的基本工作原理是：熱陰極燈絲發射的電子在電場加速下與真空腔室內的殘余氣體分子碰撞，使氣體分子電離為正離子；離子被收集極捕獲并形成離子電流；離子電流的強度與氣體分子密度（即壓力）成正比。

ISX2屬于熱陰極電離真空計，燈絲材料選用銥（Ir）·氧化釔（Y?O?） 復合燈絲，共配備2根。相比傳統的鎢或錸燈絲，銥·氧化釔燈絲在含氧環境中具有更優異的抗氧化能力和更長的使用壽命。測量過程中，離子源發射電流在1×10?3Pa以下時為1mA，在1×10?3Pa以上時為10μA。

Bessel Box型能量過濾器：突破超高真空測量精度瓶頸

ISX2在離子源與離子收集器之間設置了Bessel Box型能量過濾器。這一設計的核心價值在于解決傳統電離真空計在超高真空測量中的兩大固有誤差來源：

• 軟X射線效應：熱陰極燈絲發射的電子撞擊離子收集器時會產生軟X射線，這些軟X射線照射到離子收集器表面會激發出光電子，形成與壓力無關的殘余電流。在10??Pa以下，這一殘余電流可能超過真實的離子電流，導致測量值偏高1～2個數量級。

• ESD離子（電子激發布散離子） ：吸附在離子收集器表面的氣體分子被電子撞擊后脫附并電離，同樣會產生寄生電流。

Bessel Box型能量過濾器通過設定特定的電場勢壘，使來自離子源的正離子能夠通過并到達收集器，同時阻擋因軟X射線和ESD效應產生的低能電子和寄生離子。這一過濾機制使殘余電流得到有效抑制，測量分辨率達到0.5×10?1?Pa。

數字指示與多種輸出方式

ISX2采用數字指示，尾數為3位數字，指數為2位數字。測量值輸出方式包括：

• 線性輸出0～10VDC

• 偽對數輸出0～10VDC（每個數量級內1V線性信號）

• 2點設定點輸出

• BCD輸出和RS232C串行通信（可選） 

二、核心技術特點

1. 5×10?11Pa可測下限，覆蓋超高真空至高真空

ISX2的可測壓力范圍為5×10?11Pa至1×10?2Pa。這一量程跨越超過9個數量級，從真空（XHV，10?1?Pa以下）到高真空（10?2Pa）全域覆蓋。可測下限達5×10?11Pa，使其可適配高能物理加速器、表面分析等對真空度要求極為苛刻的應用場景。

2. 0.5×10?1?Pa測量分辨率

得益于Bessel Box型能量過濾器對軟X射線和ESD離子殘余電流的有效抑制，ISX2的測量分辨率達到0.5×10?1?Pa。在10?1?Pa量級的壓力測量中，這一分辨率可區分壓力值的微小變化，為高精度真空工藝控制提供數據基礎。

3. 雙燈絲設計與脫氣功能

ISX2配備2根銥·氧化釔燈絲。雙燈絲配置的實際價值在于：當一根燈絲達到使用壽命或發生故障時，可切換至另一根燈絲繼續工作，避免因單燈絲失效導致的測量中斷。設備搭載電子沖擊脫氣（DEGAS）方式，通過電子轟擊對離子源和收集器進行加熱脫氣，去除吸附在電極表面的氣體分子，降低測量本底。

4. 300℃可烘烤，適配超高真空系統

ISX2的測定子（傳感器頭）最高可烘烤至300℃（需拆除傳感器電纜）。在超高真空系統中，烘烤是去除腔體內壁吸附氣體、達到極限真空的必要工序。ISX2可承受300℃烘烤溫度，使其可在超高真空系統安裝后與腔體一同進行高溫烘烤除氣，無需拆卸真空計即可完成系統排氣。

5. 小型輕量化設計

ISX2控制器外形尺寸為240mm×350mm×99mm，重量5.3kg。在同類熱陰極電離真空計中屬于緊湊設計，便于在機柜和設備中安裝部署。

6. 寬電源電壓適配

ISX2支持AC85～240V寬電壓輸入，可適配全球不同國家和地區的電網標準。產品已通過CE認證。

7. 豐富的可選配置

ISX2提供多種選配件：

• 測定子（傳感器頭） ：X-11型

• 傳感器電纜：5m、10m、20m可選

• 通信接口：BCD輸出、RS232C/RS485串行通信

• 安裝法蘭：UFC-070

三、性能參數一覽

數據來源：愛發科產品規格表

四、典型應用場景

高能物理加速器：用于粒子加速器、同步輻射光源等大科學裝置的真空系統總壓測量。ISX2的5×10?11Pa可測下限和Bessel Box能量過濾技術使其可測量真空區域的殘余氣體壓力。

表面分析儀器：用于XPS、AES、SIMS、STM等表面分析儀器的超高真空系統。ISX2的測量精度和可烘烤特性使其可適配對真空度要求極為嚴格的表面科學實驗。

半導體制造：用于分子束外延（MBE）、離子注入等半導體工藝設備的超高真空測量。ISX2的雙燈絲設計和脫氣功能可滿足半導體制造對真空測量可靠性和連續性的要求。

空間環境模擬：用于空間環境模擬艙的真空度監測，ISX2的寬量程覆蓋從大氣壓附近到真空的全域壓力測量。

超高真空科研：用于各類超高真空（UHV）和真空（XHV）科研實驗裝置的真空測量。

真空標準與計量：用于真空標準實驗室的壓力校準和比對測量。

五、使用注意事項

ISX2作為熱陰極電離真空計，有以下使用要點需要注意：

• 燈絲壽命管理：熱陰極燈絲有使用壽命限制。ISX2配備2根燈絲，建議在使用中定期切換，延長整體使用壽命。

• 烘烤操作：進行300℃烘烤時，需拆除傳感器電纜。烘烤期間真空計控制器可不通電。

• 安裝方向：測定子X-11的安裝法蘭為UFC-070，安裝時需注意法蘭密封面的清潔。

• 電源確認：ISX2支持AC85～240V寬電壓，但使用前仍需確認供電電壓在允許范圍內。

• 測量氣體種類：電離真空計的測量值與氣體種類有關（氣體靈敏度系數不同）。測量非空氣或非氮氣氣氛時，需根據氣體種類進行讀數修正。

六、總結

ISX2是愛發科在熱陰極電離真空計領域的一款代表性產品。通過Bessel Box型能量過濾器對軟X射線和ESD離子殘余電流的有效抑制，在實現5×10?11Pa可測下限和0.5×10?1?Pa測量分辨率的同時，解決了傳統電離真空計在10??Pa以下壓力測量中讀數偏高的行業痛點。其雙銥·氧化釔燈絲、電子沖擊脫氣、300℃可烘烤、寬電壓適配及CE認證等特性，使其成為高能物理加速器、表面分析、半導體MBE及空間環境模擬等超高真空應用場景中可靠的精密測量方案。

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