1. 概述與原理

NEXTorr? Z 100 ND Float Pump 是一種將非蒸發吸氣劑（NEG, Non-Evaporable Getter）與濺射離子泵（SIP, Sputter Ion Pump）結合的混合型超高真空泵。NEG 元件負責高效抽除活性氣體（如 H?、CO、CO?、O?、H?O 等），而離子泵則處理惰性氣體（如 Ar）和甲烷，并提供電流信號作為壓力指示。Z100 的體積小、功耗低、磁干擾少，非常適合掃描電鏡等對空間和穩定性有嚴格要求的設備。

NEG 的工作原理是通過表面化學吸附與固溶反應在室溫下持續抽氣，但必須經過一次高溫活化（約 400–500 °C、1 小時以上）以去除表面鈍化層。活化后，NEG 能在室溫下長時間抽氣且幾乎不消耗電力。離子泵則利用高壓電場和磁場電離殘余氣體分子，正離子被加速撞擊電極材料并被捕獲，從而實現抽氣。ND（Noble Diode）結構對惰性氣體的抽除更穩定。

2. 適用場景

• 掃描電鏡超高真空腔體

• 空間有限的科研設備

• 對振動和磁干擾敏感的系統

• 存在一定惰性氣體背景的應用環境

3. 安裝與調試

3.1 機械安裝

• 確認法蘭接口與密封件完好，清潔無劃痕。

• 使用銅墊或 O 型圈密封，按力矩交叉緊固。

• 避免真空脂污染，保持泵口清潔。

• 盡量遠離掃描電鏡物鏡磁場，必要時增加磁屏蔽。

3.2 電氣連接

• 離子泵部分需接入高壓電源（通常 3–7 kV）。

• NEG 加熱/溫控需連接控制器進行活化。

• 高壓電纜必須牢固鎖定，注意極性。

3.3 初抽與漏檢

• 使用前級泵將系統抽至 10?? mbar 級以下。

• 使用氦質譜檢漏，確保法蘭無漏點。

3.4 NEG 活化

• 在真空下將 NEG 加熱至 400–500 °C，保持約 1 小時。

• 活化時監控真空壓力和離子泵電流，防止放電。

• 活化完成后冷卻至室溫，NEG 即可在室溫抽氣。

3.5 離子泵啟動

• 在真空良好且 NEG 已激活后，逐步升高電壓啟動離子泵。

• 監控離子電流下降趨勢作為壓力參考。

4. 使用與維護

• 離子泵電流可作為系統壓力的近似指示。

• 短期停機可保持真空不動，長期停機建議充干氮正壓。

• NEG 可多次活化，但次數有限，抽速逐漸衰減。

• 避免油蒸氣和有機物進入真空系統。

5. 常見故障與解決

1. 抽氣速度不足：可能是漏氣、NEG 未激活或活化不足、污染或導氣不暢。→ 檢漏、重新活化、烘烤。

2. 離子泵電流異常高：可能是漏氣、放電或接線錯誤。→ 檢查密封、降低高壓、復核接線。

3. NEG 效果下降：可能已吸附飽和或表面被污染。→ 再次活化，必要時更換。

4. 高壓放電：可能因真空度不足或絕緣受潮。→ 降壓、重新抽氣、清潔電纜。

5. 讀數跳變：離子泵電流受氣體種類影響大。→ 使用獨立真空規交叉驗證。

6. SEM 集成建議

• 減少樣品前處理中的 Ar 殘留。

• 控制活化溫度，避免超過 SEM 腔體耐溫。

• 將離子泵電流聯鎖 SEM 高壓邏輯。

• 保持清潔操作，防止污染 NEG 表面。

7. 安全事項

• 離子泵供電為高壓，操作需斷電并放電。

• NEG 活化涉及高溫，注意絕緣和耐溫。

• 嚴格遵守設備廠商的操作規范。

8. 總結

NEXTorr? Z 100 ND Float Pump 結合了 NEG 的高效抽速與離子泵的全氣體覆蓋能力，具有體積小、功耗低、壽命長的優勢。在 SEM 等 UHV 應用中，合理安裝、正確活化與定期維護是保證其長期穩定運行的關鍵。