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잔류 가스 분석기 7.4 잔류 가스 분석기 지금까지 공부해온 대부분의 게이지들은 기체의 종류를 구별하지 않고 압력을 측정하는 압력계로써, 진공 펌프를 이용하여 단순히 진공 용기 내에 존재하는 다양한 기체 분자들을 배기하는 경우에는 전체 압력을 측정하여 진공도를 나타내는 것으로 충분하였다. 그러나 진공 시스템에서 공정을 진행하거나 초고진공을 이용한 분야에서 정성적인 진공상태를 분석할 경우에는 전반적인 진공의 양뿐만 아니라 잔류하는 기체의 구성 성분이나 종류에 대한 정보가 중요하다. 즉, 공정을 진행하는 과정에서 진공 용기 중에 전체 압력을 구성하는 각 기체에 대한 분압을 측정하고 분석하는 것이 유용하다. 이와 같이 진공 용기 중에 잔류하는 기체의 성분이나 조성 등을 측정하는 것으로 잔류 가스 분석기(RGA;residual .. 2022. 10. 3.
냉음극 이온 게이지 7.3.5 냉음극 이온 게이지 이미 기술하였듯이, 열음극 이온 게이지의 가장 중요한 문제점은 필라멘트에서 발생하는 고온이 문제이다. 필라멘트는 보통 2000 K 정도의 고온으로 가열되어 동작하기 때문에 기체분자를 해리하거나 합성하여 필라멘트에 화학적인 변화를 일으키며, 필라멘트 표면의 변화를 야기한다. 즉, 이러한 필라멘트의 오염은 게이지의 감도를 저하시키며, 특히 압력이 높아지면 필라멘트가 산화되어 타거나 손상되는 등의 문제도 일으킬 수 있다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위해 Penning이 냉음극 이온 게이지(cold cathode ion gauge)를 개발하였다. 그림 7-20은 냉음극 이온 게이지의 기본 구조를 나타내며, 유리 용기 내에 두 개의 음극과 원통형의 양극이 있고, 외부에 영구자석과 .. 2022. 10. 3.
측정 게이지의 종류 7.3 간접측정 게이지 대부분의 진공 게이지는 간접 측정방식을 이용하는데, 이는 기체의 물리적인 특성을 이용하여 측정하는 게이지이다. 즉, 기체가 가지는 특성 중에서 열전달에 의한 방식이나 기체의 이온화를 이용하여 측정하는 게이지가 많이 사용되며, 본 절에서는 진공 시스템에서 주로 사용하는 진공 게이지에 관해 기술하도록 한다. 7.3.1 열전대 게이지 열전대 게이지(thermocouple gauge; TC gauge)는 필라멘트의 온도 변화를 열전대로 측정하는 게이지이다. 러핑 진공 영역에서 주로 사용하며 구조가 간단하고 견고하지만, 다른 게이지에 비해 반응속도가 느리다는 단점이 있다. 이는 가열된 필라멘트를 식히기 위해 시간이 필요하기 때문이다. 그림 7-8은 열전대 게이지의 기본 원리를 나타내는데, .. 2022. 10. 1.
직접 측정 게이지 7.2 직접 측정 게이지 기체의 압력을 직접 측정하는 진공 게이지는 일반적으로 기체의 물리적인 성질과는 무관하다. 액체의 높이를 측정하여 압력차를 측정하거나 압력에 의한 기계적 변화를 측정하는 것으로 주로 저진공 영역에서 동작하게 된다. 7.2.1 액체 압력계 그림 7-4는 액체 압력계(liquid manometer)의 간단한 구조를 나타내는데, 가장 오래된 진공 게이지라고 할 수 있다. 구조는 U자형의 유리관에 들어있는 액체 높이의 차를 이용한 것으로 양단의 압력을 $P_1$과 $P_2$라고 하면, 압력의 차는 다음과 같다. $$ P_1 - P_2 = h \rho g $$ 여기서, h는 높이의 차이고, $\rho$는 액체의 밀도 g는 중력 가속도이다. 압력계의 액체는 증기압이 낮은 수은이나 확산 펌프류.. 2022. 9. 30.
이온 펌프 및 진공 게이지 6.3 이온펌프(전 글에 이어서) 불활성 기체에 대한 배기 효율을 높이기 위해서는 기체분자의 이온화도를 높여야 하며, 이를 위해서는 전자의 생성을 높이거나 이온화되는 영역에서 전자의 체류 시간을 증가시켜 전자의 밀도를 집중시켜야 한다. 그림에서 보여주듯이, 자기장과 전기장을 이용하면 이온이 생성되는 영역에서 전자의 체류시간을 길게 하여 전자밀도를 높임으로써 이온화도를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 전자기력에 의해 집중된 전자밀도를 이용하여 얻는 안정된 방전을 페닝방전(Penning discharge)라고 한다. 스퍼터 이온 펌프는 이러한 방전을 이용하여 불활성 기체에 대한 배기속도를 개선한 것이다. 펌프의 내부 구조를 살펴보면, 원통형의 양극에 축 방향으로 자기장을 인가하게 되고 원통 밖으로 음극이 설치.. 2022. 9. 29.
티타늄 승화 펌프 6.2 티타늄 승화 펌프 티타늄 승화 펌프(titanium sublimation pump; TSP)는 대표적인 증발형 게터 펌프로써, 티타늄이 기체분자와 화학적으로 반응하여 기체를 배기하는 방식으로 구조가 매우 간단한 펌프이다. 티타늄을 승화하여 동작하기 때문에 티타늄을 사용하지 않는 공정에 적용하며, 탄화수소나 오염 물질을 사용하지 않는 진공 시스템에 장착하게 된다. 그림 6-4에서는 티타늄 승화 펌프의 표면에서 기체 분자가 배기되는 간단한 과정을 나타내고 있다. 티타늄은 화학적으로 반응이 잘되는 소재로써, 적절히 가열하면 액체를 거치지 않고 증기 상태의 기체로 승화하여 표면에 흡착한다. 그림에서 나타나듯이, 티타늄으로 흡착된 막은 진공 용기 중에 질소, 산소 및 수소와 같은 기체분자와 결합하여 티타늄.. 2022. 9. 28.
게터펌프의 종류와 원리 6.1.1 게터펌프의 종류와 원리 이외에 비증발형의 게터들은 대부분 합금이며, 현재 가장 많이 상용화되고 있다. 이러한 합금 소재는 분말 형태로 철이나 콘스탄탄(constantan) 위에 약 $100\mu m$ 정도의 두께로 증착하여 소결한다. 비증발형 게터는 메탄이나 불활성 기체를 제외하고 거의 모든 기체를 배기할 수 있으며, CO, CO$_2$, N$_2$, O$_2$ 및 H$_2$O 등과 같은 기체분자는 표면의 게터와 화학적으로 결합하여 화합물을 형성하는데, 예로서 Zr를 게터로 사용한다면 화합물로 ZrC와 ZrO 등이 생성된다. 이들이 포화하면 가열하여 재생하게 되며, 표면에는 새로이 Zr이 만들어지고 C나O는 내부로 확산하게 된다. 그러나 수소는 원자 형태로 분해되어 금속 원자 사이에 용해되어 .. 2022. 9. 27.
초고진공펌프 초고진공펌프 초고진공(UHV; ultra high vacuum) 영역은 대표적으로 $10^{-8}$ torr 이하의 압력으로 정의하며, 이미 제3장 펌프의 분류나 선정에서 기술하였듯이 초기의 저진공을 형성하기 위해 먼저 러핑 펌프를 사용하여 배기하고, 연이어 고진공 펌프를 동작시켜 고진공 압력 영역으로 배기한 후에 초고진공 펌프를 이용하여 희망하는 초고진공 영역으로 배기한다. 혹은 초고진공 펌프의 종류에 따라 고진공 펌프를 사용하지 않고 바로 초고진공 펌프를 동작시켜 초고진공 압력 영역으로 배기할 수도 있지만, 일반적으로 고진공 펌프와 초고진공 펌프를 동시에 동작하거나 혹은 두 개 이상의 초고진공 펌프를 병행하여 배기하게 된다. 그러나 초고진공 영역에 성공적으로 도달하기 위해서는 심지어 탈가스(out-g.. 2022. 9. 26.

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