什么是涡轮分子泵？

涡轮分子泵的特点

涡轮分子泵是真空泵的一种，由高速旋转的转子叶片和静止的固定叶片组成。转子叶片以每秒数万次的惊人速度旋转，通过使气体分子飞走而形成真空。

然而，这种高速旋转会给处于大气压下的转子叶片带来很大的负载，从而造成损坏。

因此，涡轮分子泵必须在预先已形成一定真空度的环境中使用，并与干泵或旋转泵等辅助泵组合使用。

优点

涡轮分子泵在半导体制造工艺中展示了其真正的价值。 

高速旋转的刀片快速排出在硅片上形成精细电路图案时产生的气体，从而可以制造高质量的半导体器件。

此外，在科学研究领域，我们提供材料分析和合成所必需的高真空环境，支持新的发现。

涡轮分子泵的缺点

涡轮分子泵是可以实现高真空水平的优秀泵，但它们也面临一些挑战。

• 价格高：由于需要精密加工，因此通常比其他真空泵更昂贵。

• 故障风险：由于高速旋转的部件较多，存在因振动或异物污染而发生故障的风险。特别是轴承的磨损极大地影响泵的寿命。

• 轻质气体的排气速度降低：氦、氢等轻质气体分子高速运动，因此即使与转子叶片发生碰撞，也很容易被弹回，从而容易降低排气速度。

然而，这些缺点被它的优点所抵消，因此它被广泛应用于需要高真空的领域，例如半导体制造和分析设备。

许多制造商正在努力开发更便宜、更可靠的材料和结构。新的设计也正在开发中，以提高轻气体的排气性能。

涡轮分子泵的工作原理

涡轮分子泵具有多级结构，其中高速旋转的转子叶片和静止的固定叶片（定子叶片）交替布置。

转子叶片以一定角度倾斜，根据倾斜和旋转方向，可以沿特定方向引导气体分子。

①气体分子的流动

• 吸入：从高真空侧流入泵内的气体分子与高速旋转的旋转叶片碰撞。

• 动量传递：转子叶片将动量传递给气体分子，将它们推向下游方向。

• 同时，转子叶片的倾斜将分子引导到更容易通过定子叶片的方向。

• 多级压缩：通过后一级定子叶片的分子再次与下一级转子叶片碰撞，并被推出到下一级。

• 通过多次重复这个过程，气体分子被分级压缩并被引导至排气口。

• 排气：通过末级转子和固定叶片的气体分子被排出到泵的外部。

②动叶片和静叶片的作用

• 动叶片：通过高速旋转，为气体分子提供动量，并将其推向下一级。此外，分子的运动方向受倾斜度控制。

• 固定叶片：将获得动量的气体分子从移动叶片引导到下一个移动叶片。

③各阶段的作用

• 第一级：有效捕获气体分子并将其发送到第二级。转子叶片的倾斜设计是为了让分子能够轻松通过。

• 第二阶段：第一阶段捕获的分子被进一步压缩并引导至排气口。转子叶片的倾斜角度设计使得分子难以倒流。

④分子盆内操作

涡轮分子泵在气体分子小于其平均自由程（分子流场）的环境中运行效率高。

在此条件下，气体分子直接受动、静叶片控制，不与其他分子碰撞，因而可以获得高真空。

涡轮分子泵的应用

为了制造半导体芯片、液晶面板和太阳能电池等高性能产品，需要高的真空度。

在这种情况下，涡轮分子泵兼具高真空和大流量的特点，应用领域十分广泛。

其优异的性能在半导体制造和分析设备等需要高纯度环境的领域尤其受到好评。

涡轮分子泵的发展正在加速高性能、低成本产品的开发，为工业的发展做出了巨大贡献。

涡轮分子泵的历史

如果用一个词来概括涡轮分子泵的历史，那就是“它们如何高真空技术的发展，并发展成为支撑现代工业不可少的设备的故事。”

①分子泵的曙光与停滞

1912年，Gaede发明第一台分子泵，开启了真空技术的新可能性。

然而，当时的技术出现了很多失败，并被汞扩散泵所取代。

随后Holweck、Siegbahn等人进行了改进，但随着大容量油扩散泵的出现，分子泵再次失去了人们的关注。

[观点]
虽然分子泵的概念诞生了，其潜力也得到了证明，但存在很多技术问题，并没有投入实际使用。

② 涡轮分子泵的诞生及其对半导体产业的贡献

1958年，贝克尔推出了涡轮分子泵，这是一种具有多个涡轮叶片的高性能分子泵，给真空技术带来了新的创新。

同时，哈伯兰展示了汽车增压器可以用作真空泵，向世界展示了涡轮分子泵的潜力。

20世纪70年代以来，随着半导体工业的快速发展，涡轮分子泵引起了人们的关注。

涡轮分子泵作为重要设备而广受欢迎，因为其无油和高真空特性符合半导体制造工艺所需的高纯度环境。

[要点]
采用高速旋转涡轮叶片的创新结构实现高真空，克服了传统泵的问题。

③涡轮分子泵的进一步发展及未来展望

涡轮分子泵现在不仅应用于半导体行业，还应用于分析设备、溅射设备等各个领域。

近年来，随着材料科学和纳米技术的发展，对真空泵提出了更高性能的要求，涡轮分子泵的开发竞争也日趋激烈。

[要点]
随着半导体产业的发展，需要高纯度的环境，涡轮分子泵设备而得到广泛普及。