Геттер — это отложение реактивного материала, которое помещается внутрь вакуумной системы для создания и поддержания вакуума. Когда молекулы газа ударяются о геттерный материал, они соединяются с ним химически или путем абсорбции . Таким образом, геттер удаляет небольшие количества газа из вакуумированного пространства. Геттер обычно представляет собой покрытие, нанесенное на поверхность внутри вакуумированной камеры.
Вакуум изначально создается путем подключения контейнера к вакуумному насосу . После достижения достаточного вакуума контейнер можно герметизировать или оставить вакуумный насос включенным. Геттеры особенно важны в герметичных системах, таких как вакуумные трубки , в том числе электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), вакуумное изоляционное стекло (или вакуумное стекло) [1] и вакуумно-изолированные панели , которые должны поддерживать вакуум в течение длительного времени. Это связано с тем, что внутренние поверхности контейнера выделяют поглощенные газы в течение длительного времени после установления вакуума. Геттер постоянно удаляет остатки химически активного газа, например кислорода, пока он десорбируется с поверхности или постоянно проникает в систему (небольшие утечки или диффузия через проницаемый материал). Даже в системах, которые постоянно откачиваются с помощью вакуумного насоса, 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 незначительных количествах и не имеет движущихся частей, геттер сам по себе ведет себя как вакуумный насос. Это идеальный химический поглотитель химически активных газов. [2] [3] [4] [5] [6]
Геттеры не могут реагировать с инертными газами , хотя некоторые геттеры адсорбируют их обратимо. Кроме того, с водородом обычно обращаются путем адсорбции , а не реакции.
Во избежание загрязнения атмосферой геттер необходимо вводить в вакуумную систему в неактивном виде при сборке и активировать после вакуумирования. Обычно это делается путем нагревания. [7] Различные типы геттеров используют разные способы сделать это:
Мгновенные геттеры готовятся путем размещения резервуара с летучим и химически активным материалом внутри вакуумной системы. После того, как система вакуумирована и герметизирована под высоким вакуумом, материал нагревается (обычно с помощью радиочастотного индукционного нагрева ). После испарения он осаждается в виде покрытия на внутренних поверхностях системы. Флэш-геттеры (обычно изготовленные из бария ) обычно используются в электронных лампах . Большинство геттеров можно увидеть как серебристое металлическое пятно на внутренней стороне стеклянной оболочки трубки. В больших передающих трубках и специальных системах часто используются более экзотические геттеры, включая алюминий , магний , кальций , натрий , стронций , цезий и фосфор .
Если на геттер воздействует атмосферный воздух (например, если трубка порвется или произойдет течь), он побелеет и станет бесполезным. По этой причине флэш-геттеры используются только в герметичных системах . Функционирующий геттер фосфора очень похож на геттер из окисленного металла, хотя он имеет переливающийся розовый или оранжевый цвет, которого нет у геттеров из окисленного металла. Фосфор часто использовался до того, как были разработаны металлические геттеры.
В системах, которые необходимо открыть для доступа воздуха для технического обслуживания, титановый сублимационный насос обеспечивает аналогичные функции, что и пропаренные геттеры, но его можно промывать неоднократно. Альтернативно можно использовать неиспаряемые геттеры.
Те, кто незнаком с герметичными вакуумными устройствами, такими как вакуумные трубки /термионные клапаны, натриевые лампы высокого давления или некоторые типы металлогалогенных ламп , часто замечают блестящий налет на светопоглотителе и ошибочно полагают, что это признак неисправности или ухудшения качества устройства. . В современных газоразрядных лампах высокой интенсивности, как правило, используются неиспаряющиеся геттеры, а не импульсные геттеры.
Те, кто знаком с такими устройствами, часто могут сделать качественную оценку твердости или качества вакуума внутри по внешнему виду отложений в газопоглотителе, причем блестящий осадок указывает на хороший вакуум. По мере использования геттера осадок часто становится тонким и полупрозрачным, особенно по краям. Он может приобретать коричневато-красный полупрозрачный вид, что указывает на плохую герметизацию или интенсивное использование устройства при повышенных температурах. Белый налет, обычно оксид бария , указывает на полный отказ уплотнения вакуумной системы, как показано на модуле флуоресцентного дисплея, изображенном выше.
Типичный флэш-геттер, используемый в небольших вакуумных лампах (на трубке 12AX7, вверху), состоит из кольцеобразной структуры, сделанной из длинной полоски никеля, которая сложена в длинную узкую ванну, заполненную смесью азида бария и напудренное стекло, а затем сложено в форму закрытого кольца. В конкретном случае, изображенном выше, газопоглотитель крепится желобом вверх, к стеклу.
Во время активации, пока лампа еще подключена к насосу, вокруг лампы в плоскости кольца располагается катушка ВЧ- индукционного нагрева , подключенная к мощному ВЧ-генератору , работающему в диапазоне ISM 27 МГц или 40,68 МГц . Катушка действует как первичная обмотка трансформатора, а кольцо — как один закороченный виток. По кольцу текут большие радиочастотные токи, нагревая его. Катушку перемещают вдоль оси колбы, чтобы не перегреть и не расплавить кольцо. При нагревании 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 попасть внутрь колбы, что приведет к последующим проблемам. Барий при активации соединяется со свободным газом и продолжает действовать после того, как баллон отсоединен 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 реакционноспособного бария на стенке колбы и удаляется из трубки.
Неиспаряющиеся геттеры , работающие при высокой температуре, обычно состоят из пленки специального сплава, часто преимущественно циркония ; требование состоит в том, что материалы сплава должны образовывать пассивирующий слой при комнатной температуре, который исчезает при нагревании. Обычные сплавы имеют названия в виде St (Стабил), за которыми следует номер:
В трубках, используемых в электронике, геттерный материал покрывает пластины внутри трубки, которые нагреваются при нормальной работе; когда геттеры используются в более общих вакуумных системах, например, в производстве полупроводников , они вводятся в вакуумную камеру как отдельные части оборудования и включаются при необходимости. Нанесенный и структурированный геттерный материал используется в упаковке микроэлектроники для обеспечения сверхвысокого вакуума в герметичной полости. Чтобы повысить производительность геттера, температура активации должна быть максимальной, учитывая ограничения процесса. [10]
Конечно, важно не нагревать геттер, когда система еще не находится в хорошем вакууме.
