Геттер — это отложение реактивного материала, которое помещается внутрь вакуумной системы для завершения и поддержания вакуума. Когда молекулы газа ударяются о геттерный материал, они соединяются с ним химически или путем адсорбции . Таким образом, геттер удаляет небольшие количества газа из вакуумированного пространства. Геттер обычно представляет собой покрытие, нанесенное на поверхность внутри вакуумной камеры.
Вакуум изначально создается путем подсоединения контейнера к вакуумному насосу . После достижения достаточного вакуума контейнер можно запечатать, или вакуумный насос можно оставить работающим. Геттеры особенно важны в герметичных системах, таких как вакуумные трубки , включая электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), вакуумное изоляционное стекло (или вакуумное стекло) [1] и вакуумные изоляционные панели , которые должны поддерживать вакуум в течение длительного времени. Это связано с тем, что внутренние поверхности контейнера выделяют адсорбированные газы в течение длительного времени после установления вакуума. Геттер непрерывно удаляет остатки реактивного газа, такого как кислород, пока он десорбируется с поверхности или непрерывно проникает в систему (небольшие утечки или диффузия через проницаемый материал). Даже в системах, которые постоянно откачиваются вакуумным насосом, геттеры также используются для удаления остаточного газа, часто для достижения более высокого вакуума, чем мог бы достичь насос в одиночку. Хотя он часто присутствует в небольших количествах и не имеет движущихся частей, геттер сам по себе ведет себя как вакуумный насос. Это конечный химический поглотитель реактивных газов. [2] [3] [4] [5] [6]
Геттеры не могут реагировать с инертными газами , хотя некоторые геттеры будут адсорбировать их обратимым образом. Кроме того, водород обычно обрабатывается адсорбцией , а не реакцией.
Чтобы избежать загрязнения атмосферой, геттер должен быть введен в вакуумную систему в неактивной форме во время сборки и активирован после откачки. Обычно это делается с помощью тепла. [7] Различные типы геттера используют разные способы сделать это:
Вспышечные геттеры готовятся путем размещения резервуара летучего и реактивного материала внутри вакуумной системы. После того, как система была откачана и запечатана под грубым вакуумом, материал нагревается (обычно с помощью радиочастотного индукционного нагрева ). После испарения он осаждается в виде покрытия на внутренних поверхностях системы. Вспышечные геттеры (обычно изготавливаемые из бария ) обычно используются в вакуумных лампах . Большинство геттеров можно увидеть как серебристое металлическое пятно на внутренней стороне стеклянной оболочки лампы. Большие передающие трубки и специальные системы часто используют более экзотические геттеры, включая алюминий , магний , кальций , натрий , стронций , цезий и фосфор .
Если геттер подвергается воздействию атмосферного воздуха (например, если трубка ломается или дает течь), он белеет и становится бесполезным. По этой причине вспыхивающие геттеры используются только в герметичных системах . Функционирующий фосфорный геттер очень похож на окисленный металлический геттер, хотя он имеет переливающийся розовый или оранжевый цвет, которого нет у окисленных металлических геттеров. Фосфор часто использовался до того, как были разработаны металлические геттеры.
В системах, которые необходимо открывать для доступа воздуха для обслуживания, титановый сублимационный насос обеспечивает функциональность, схожую с флэш-геттерами, но может быть флэш-повторно. В качестве альтернативы можно использовать неиспаряющиеся геттеры.
Те, кто не знаком с герметичными вакуумными устройствами, такими как вакуумные трубки /термоэлектронные клапаны, натриевые лампы высокого давления или некоторые типы металлогалогенных ламп , часто замечают блестящие отложения геттера вспышки и ошибочно думают, что это признак неисправности или деградации устройства. Современные разрядные лампы высокой интенсивности, как правило, используют неиспаряющиеся геттеры, а не геттеры вспышки.
Те, кто знаком с такими устройствами, часто могут делать качественные оценки твердости или качества вакуума внутри по внешнему виду отложений флэш-геттера, при этом блестящий осадок указывает на хороший вакуум. По мере того, как геттер израсходован, осадок часто становится тонким и полупрозрачным, особенно по краям. Он может принимать коричневато-красный полупрозрачный вид, что указывает на плохие уплотнения или интенсивное использование устройства при повышенных температурах. Белый осадок, обычно оксид бария , указывает на полный отказ уплотнения вакуумной системы, как показано на изображенном выше модуле флуоресцентного дисплея.
Типичный вспыхнувший геттер, используемый в небольших вакуумных трубках (видно в трубке 12AX7, вверху), состоит из кольцеобразной структуры, изготовленной из длинной полосы никеля, которая свернута в длинный узкий желоб, заполненный смесью азида бария и порошкообразного стекла, а затем свернута в форму замкнутого кольца. Геттер прикреплен так, чтобы отверстие желоба было обращено вверх к стеклу, в конкретном случае, изображенном выше.
Во время активации, пока колба все еще подключена к насосу, индукционная нагревательная катушка RF, подключенная к мощному генератору RF, работающему в диапазоне ISM 27 МГц или 40,68 МГц, располагается вокруг колбы в плоскости кольца. Катушка действует как первичная обмотка трансформатора, а кольцо — как один закороченный виток. Большие токи RF протекают в кольце, нагревая его. Катушка перемещается вдоль оси колбы, чтобы не перегревать и не расплавлять кольцо. По мере нагревания кольца азид бария разлагается на пары бария и азот. Азот откачивается, а барий конденсируется на колбе над плоскостью кольца, образуя зеркальный осадок с большой площадью поверхности. Порошковое стекло в кольце плавится и захватывает любые частицы, которые в противном случае могли бы свободно вырваться внутрь колбы, вызывая последующие проблемы. Барий соединяется с любым свободным газом при активации и продолжает действовать после того, как колба отгерметизирована от насоса. Во время использования внутренние электроды и другие части трубки нагреваются. Это может привести к выделению адсорбированных газов из металлических деталей, таких как аноды (пластины), сетки или неметаллических пористых деталей, таких как спеченные керамические детали. Газ улавливается на большой площади реактивного бария на стенке колбы и удаляется из трубки.
Неиспаряющиеся геттеры , которые работают при высокой температуре, обычно состоят из пленки специального сплава, часто в основном циркония ; требование заключается в том, что материалы сплава должны образовывать пассивирующий слой при комнатной температуре, который исчезает при нагревании. Обычные сплавы имеют названия в форме St (Stabil), за которыми следует число:
В трубках, используемых в электронике, геттерный материал покрывает пластины внутри трубки, которые нагреваются при нормальной работе; когда геттеры используются в более общих вакуумных системах, таких как производство полупроводников , они вводятся как отдельные части оборудования в вакуумную камеру и включаются при необходимости. Осажденный и структурированный геттерный материал используется в корпусировании микроэлектроники для обеспечения сверхвысокого вакуума в герметичной полости. Для повышения производительности геттера, температура активации должна быть максимизирована, учитывая ограничения процесса. [10]
Конечно, важно не нагревать геттер, пока система не находится в хорошем вакууме.
