표면 공학의 개념과 진공펌프 & 진공게이지란 무엇인가?

소개글

표면 공학의 개념과 진공펌프 & 진공게이지란 무엇인가?에 대한 보고서 자료입니다.

목차

- 표면 공학의 개념 -
1. How Do We Define Surface?
2. How Many Atoms In A Surface?
3. Information Required
4. Surface Sensitivity
5. Radiation Effects

- 진공의 정의 그리고 진공펌프 & 진공게이지 -
1. Gases And Vapours
2. The Pressure Regions Of Vacuum Technology And Their Characteristics
3. Production Of A Vacuum
4. Measurement Of Low Pressures

본문내용

yard-Alpert 게이지
보통 'BA 게이지'라 부르는데 앞의 이온게이지의 측정하한선이 연X선(soft X-ray)에 의해 제한을 받게 되었는데 디자인을 바꿔 그 영향을 최소화하였다. 즉, 아래 그림에서 보듯이 filament가 바깥쪽에 위치하게 되고 이온 콜렉터가 가느다란 선으로 바뀌었다. 이온콜렉터가 가늘어짐에 따라 연X선을 맞을 확률이 줄어들어 10-10Torr까지 측정이 가능하다. 감도가 대부분 10Torr-1이고 누드게이
< BA 게이지의 구조 >
지의 경우 약 25Torr-1정도 된다. 우선 형태면에서 튜브 형은 누드 형에 비해 투명한 유리 튜브로 감싸져 있는 것이 다르다. 이 차이는 외형상으로는 큰 차이가 아닐지 모르겠지만 이 두 게이지의 경우 오히려 누드형의 경우가 금속 flange에 부착되어 진공 용기 속을 향하고 있어 그 내부를 볼 수 없다. 튜브 형은 filament를 포함한 전극들이 유리튜브 속에 갇혀있고 또한 그 단자가 유리에 접합이 되어있기 때문에 filament 가 끊어지면 교체가 불가능하다. 반면 누드 형은 filament의 교체가 용이하고 감도가 좋으나 진공용기 내부의 환경에 직접적으로 노출이 되어있기 때문에 오염이 되거나 다칠 염려가 있다. 그래서 유리의 진공도가 문제가 되는 초고진공에 사용하면 좋다.
▶ Penning 게이지
Penning 게이지의 구조는 ring 형태의 anode에 cathode가 아래위에 하나씩 있다. 그리고 자기장과 전기장이 평행인 특징이 있다. 보통 수 kv의 전기장으로 방전을 일으켜 이온화가 일어나고 이때 생긴 전자들은 보통 수천 gauss 자기장의 영향으로 anode에 다다를 때까지 회전운동을 하므로 더 많은 기체 분자들과 충돌을 하게 되므로 낮은 기압에서도 방전을 지속할 수 있다. 또한 이온들이 cathode를 치면서 생산하는 이차 전자들도 방전의 지속에 한 몫을 하게 된다. 열음극 이온 게이지에 비해 작동범위가 좁으나 열음극 이온게이지와 열음극 이온게이지와 열 특성 게이지의 중간 영역을 담당해 준다. 이온화로 인한 배기 효과가 열음극 이온게이지의 경우에 비해 심각하게 크고(약 100배) 낮은 압력에서는 방전이 되지 않아 사용이 불가능하게 된다. 정확한 사용을 위해 장착시 전자기장이나 강한 플라즈마 빛으로부터 차단된 곳에 설치를 해야 photo emission 등으로 인한 오차를 줄일 수 있다.
< Penning 이온 게이지의 구조 >
▶ 마그네트론 게이지 (magnetron gauge)
원리에 있어서는 Penning 게이지와 큰 차이가 없으나 자기장이 전기장에 수직으로 작용함으로 해서 이온화 율이 높아 저기압에서도 방전이 가능해 작동 영역이 10-10Torr또는 그 이하까지 내려갈 수 있다는 점이 다르다. 전극관에서 사용하는 magnetron과 구조가 비슷해서 붙은 명칭인데 그 구조를 살펴보면 원통형의 anode 중심에 가느다란 cathode가 있고 자기장은 원통의 길이 방향으로 작용하기 때문에 전기장에 대해서 정확히 수직으로 작용한다. cathode와 anode의 위치를 바꾼 inverted magnetron gauge도 있다. 이 모두가 Redhead에 의해 이온 게이지의 단점을 보완한 것으로 UHV에서의 사용이 가능하다.
▶ 게이지의 선택 및 사용
많은 진공 게이지의 종류에서 예상할 수 있듯이 사용자가 관심을 기울여야 할 사항은 다음과 같다.
첫째, 올바른 게이지의 선택
우선 고려해야 할 것이 사용할 압력의 범위인데 대부분의 경우 최저 압력이다. 그리고 사용 환경을 고려해야 하는데 응답속도, 정밀도, 사용의 용이성 등을 고려해야 할 것이다.
둘째, 올바른 설치
어떤 위치에 어떤 방법으로 설치하느냐에 따라 측정치가 크게 변할 수 있다. 일반적으로 진공 게이지를 사용하는 경우 그 측정값을 참고적으로만 사용해야 하지 절대적으로 믿어서는 안 된다. 예를 들어보자. 우선 펌프의 위치와 진공 작업을 위해 기체가 유입되는 부분의 압력차는 상당하다. 하지만 진공 게이지는 보통 그 어느 곳도 아닌 엉뚱한 곳에 부착되어 그 곳의 압력을 측정하고 있는 것이 대부분의 현실이다. 진공 증착이나 etching등을 위해 기체를 넣고 국부적으로 플라즈마를 켜는 경우를 생각해 보자. 플라즈마가 생긴 공간은 기체분자가 분해되어 분자 수가 증가하게 된다. 따라서 플라즈마를 켜는 순간 실체로 진공 용기 속의 압력은 상승하게 된다. 진공 게이지가 실제로 작업이 진행되는 공간에 놓이지 않는 한 우리는 그 지역의 정확한 압력을 알 수 없는 것이다. 설치 위치뿐 아니라 설치 방법이 중요한 경우도 있고 때로는 이 외에도 압력 측정에 있어 불확실성은 사용자에 따라 수 배에서 수십 배의 차이가 날 수 있다는 것도 명심해야 한다.
셋째, 올바른 사용
정확한 압력값을 측정하고 또한 게이지에 손상을 방지하기 위해서는 운용상의 주의가 필요하다. 오염의 제거라든지, 주어진 기체에 대한 calibration등 운용에 있어서도 주의를 기울여야 한다. 특히 열특성을 이용한 게이지의 경우 각종 기체에 대한 민감도가 엄청나게 다르니 조심할 필요가 있다. 그리고 고진공과 오가는 작업의 경우, 자동 제어 장치가 없다면 고진공 게이지를 켜고 끄는데도 세심한 주의가 필요하다.
▶ Reference
◆. 진공과학입문 / 정석민교수,이진원교수,박종윤교수 著 / 청문각 출판부
◆. 진공의 기초 ‘진공의 기본원리 및 응용’ / 김홍배, 손상희 著 / 전자 재료사
◆. Vacuum Technology and Applications '진공의 원리, 발생, 계측, 리크테스트,
시스템, 응용’/ D. Hucknall
◆. 진공공학 / 배석희, 인상렬 외 3인 著 / 한국 경제 신문 출판부
◆. 진공물리 및 진공기술 / 안일신 著 / 한양대학교 출판부
◆. http://metal.or.kr/new/college/lecture/heattreat/heat09-09.htm
◆. http://www.pvdworld.net/
◆. http://kr.softwise.yahoo.com/bin/query
◆. http://www.yik.co.kr/pds/view.asp

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