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，由高速旋轉的轉子葉片和靜止的固定葉片組成。轉子葉片以每秒數萬次的驚人速度旋轉，通過使氣體分子飛走而形成真空。

然而，這種高速旋轉會給處于大氣壓下的轉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境中使用，并與干泵或旋轉泵等輔助泵組合使用。

優點

渦輪分子泵在半導體制造工藝中展示了其真正的價值。 

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

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境，支持新的發現。

渦輪分子泵的缺點

渦輪分子泵是可以實現高真空水平的優秀泵，但它們也面臨一些挑戰。

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

• 輕質氣體的排氣速度降低：氦、氫等輕質氣體分子高速運動，因此即使與轉子葉片發生碰撞，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更便宜、更可靠的材料和結構。新的設計也正在開發中，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構，其中高速旋轉的轉子葉片和靜止的固定葉片（定子葉片）交替布置。

轉子葉片以一定角度傾斜，根據傾斜和旋轉方向，可以沿特定方向引導氣體分子。

①氣體分子的流動

• 吸入：從高真空側流入泵內的氣體分子與高速旋轉的旋轉葉片碰撞。

• 動量傳遞：轉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，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送到第二級。轉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。轉子葉片的傾斜角度設計使得分子難以倒流。

④分子盆內操作

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。

其優異的性能在半導體制造和分析設備等需要高純度環境的領域尤其受到好評。

渦輪分子泵的發展正在加速高性能、低成本產品的開發，為工業的發展做出了巨大貢獻。

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“它們如何高真空技術的發展，并發展成為支撐現代工業不可少的設備的故事。”

①分子泵的曙光與停滯

1912年，Gaede發明第一臺分子泵，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，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業的貢獻

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，隨著半導體工業的快速發展，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境。

[要點]
采用高速旋轉渦輪葉片的創新結構實現高真空，克服了傳統泵的問題。

③渦輪分子泵的進一步發展及未來展望

渦輪分子泵現在不僅應用于半導體行業，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展，對真空泵提出了更高性能的要求，渦輪分子泵的開發競爭也日趨激烈。

[要點]
隨著半導體產業的發展，需要高純度的環境，渦輪分子泵設備而得到廣泛普及。