什么是渦輪分子泵？

渦輪分子泵的特點

渦輪分子泵是真空泵的一種，由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片和靜止的固定葉片組成。轉(zhuǎn)子葉片以每秒數(shù)萬次的驚人速度旋轉(zhuǎn)，通過使氣體分子飛走而形成真空。

然而，這種高速旋轉(zhuǎn)會給處于大氣壓下的轉(zhuǎn)子葉片帶來很大的負載，從而造成損壞。

因此，渦輪分子泵必須在預先已形成一定真空度的環(huán)境中使用，并與干泵或旋轉(zhuǎn)泵等輔助泵組合使用。

優(yōu)點

渦輪分子泵在半導體制造工藝中展示了其真正的價值。 

高速旋轉(zhuǎn)的刀片快速排出在硅片上形成精細電路圖案時產(chǎn)生的氣體，從而可以制造高質(zhì)量的半導體器件。

此外，在科學研究領域，我們提供材料分析和合成所必需的高真空環(huán)境，支持新的發(fā)現(xiàn)。

渦輪分子泵的缺點

渦輪分子泵是可以實現(xiàn)高真空水平的優(yōu)秀泵，但它們也面臨一些挑戰(zhàn)。

• 價格高：由于需要精密加工，因此通常比其他真空泵更昂貴。

• 故障風險：由于高速旋轉(zhuǎn)的部件較多，存在因振動或異物污染而發(fā)生故障的風險。特別是軸承的磨損極大地影響泵的壽命。

• 輕質(zhì)氣體的排氣速度降低：氦、氫等輕質(zhì)氣體分子高速運動，因此即使與轉(zhuǎn)子葉片發(fā)生碰撞，也很容易被彈回，從而容易降低排氣速度。

然而，這些缺點被它的優(yōu)點所抵消，因此它被廣泛應用于需要高真空的領域，例如半導體制造和分析設備。

許多制造商正在努力開發(fā)更便宜、更可靠的材料和結(jié)構(gòu)。新的設計也正在開發(fā)中，以提高輕氣體的排氣性能。

渦輪分子泵的工作原理

渦輪分子泵具有多級結(jié)構(gòu)，其中高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片和靜止的固定葉片（定子葉片）交替布置。

轉(zhuǎn)子葉片以一定角度傾斜，根據(jù)傾斜和旋轉(zhuǎn)方向，可以沿特定方向引導氣體分子。

①氣體分子的流動

• 吸入：從高真空側(cè)流入泵內(nèi)的氣體分子與高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)葉片碰撞。

• 動量傳遞：轉(zhuǎn)子葉片將動量傳遞給氣體分子，將它們推向下游方向。

• 同時，轉(zhuǎn)子葉片的傾斜將分子引導到更容易通過定子葉片的方向。

• 多級壓縮：通過后一級定子葉片的分子再次與下一級轉(zhuǎn)子葉片碰撞，并被推出到下一級。

• 通過多次重復這個過程，氣體分子被分級壓縮并被引導至排氣口。

• 排氣：通過末級轉(zhuǎn)子和固定葉片的氣體分子被排出到泵的外部。

②動葉片和靜葉片的作用

• 動葉片：通過高速旋轉(zhuǎn)，為氣體分子提供動量，并將其推向下一級。此外，分子的運動方向受傾斜度控制。

• 固定葉片：將獲得動量的氣體分子從移動葉片引導到下一個移動葉片。

③各階段的作用

• 第一級：有效捕獲氣體分子并將其發(fā)送到第二級。轉(zhuǎn)子葉片的傾斜設計是為了讓分子能夠輕松通過。

• 第二階段：第一階段捕獲的分子被進一步壓縮并引導至排氣口。轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角度設計使得分子難以倒流。

④分子盆內(nèi)操作

渦輪分子泵在氣體分子小于其平均自由程（分子流場）的環(huán)境中運行效率高。

在此條件下，氣體分子直接受動、靜葉片控制，不與其他分子碰撞，因而可以獲得高真空。

渦輪分子泵的應用

為了制造半導體芯片、液晶面板和太陽能電池等高性能產(chǎn)品，需要高的真空度。

在這種情況下，渦輪分子泵兼具高真空和大流量的特點，應用領域十分廣泛。

其優(yōu)異的性能在半導體制造和分析設備等需要高純度環(huán)境的領域尤其受到好評。

渦輪分子泵的發(fā)展正在加速高性能、低成本產(chǎn)品的開發(fā)，為工業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻。

渦輪分子泵的歷史

如果用一個詞來概括渦輪分子泵的歷史，那就是“它們?nèi)绾胃哒婵占夹g的發(fā)展，并發(fā)展成為支撐現(xiàn)代工業(yè)不可少的設備的故事。”

①分子泵的曙光與停滯

1912年，Gaede發(fā)明第一臺分子泵，開啟了真空技術的新可能性。

然而，當時的技術出現(xiàn)了很多失敗，并被汞擴散泵所取代。

隨后Holweck、Siegbahn等人進行了改進，但隨著大容量油擴散泵的出現(xiàn)，分子泵再次失去了人們的關注。

[觀點]
雖然分子泵的概念誕生了，其潛力也得到了證明，但存在很多技術問題，并沒有投入實際使用。

② 渦輪分子泵的誕生及其對半導體產(chǎn)業(yè)的貢獻

1958年，貝克爾推出了渦輪分子泵，這是一種具有多個渦輪葉片的高性能分子泵，給真空技術帶來了新的創(chuàng)新。

同時，哈伯蘭展示了汽車增壓器可以用作真空泵，向世界展示了渦輪分子泵的潛力。

20世紀70年代以來，隨著半導體工業(yè)的快速發(fā)展，渦輪分子泵引起了人們的關注。

渦輪分子泵作為重要設備而廣受歡迎，因為其無油和高真空特性符合半導體制造工藝所需的高純度環(huán)境。

[要點]
采用高速旋轉(zhuǎn)渦輪葉片的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高真空，克服了傳統(tǒng)泵的問題。

③渦輪分子泵的進一步發(fā)展及未來展望

渦輪分子泵現(xiàn)在不僅應用于半導體行業(yè)，還應用于分析設備、濺射設備等各個領域。

近年來，隨著材料科學和納米技術的發(fā)展，對真空泵提出了更高性能的要求，渦輪分子泵的開發(fā)競爭也日趨激烈。

[要點]
隨著半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要高純度的環(huán)境，渦輪分子泵設備而得到廣泛普及。