成都四洋科技有限公司官方网站

最新真空测量系统通过首次测试!

美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的研究人员发明的一种基于量子的新型真空计系统已经通过了第一次测试。此标准本质上是准确的,无需校准,它的出现将成为真正意义上的基础标准。

NIST 科学家 Stephen Eckel 将 pCAVS 单元(中心左侧的银色立方体)连接到真空室(右侧的圆柱体)。图片来源:C. Suplee/NIST

精密压力测量对于半导体制造商来说是必须的,在真空室中逐层制造芯片,其工作压力等于相当于大气压力的千亿分之一,必须严格控制该环境以确保产品质量。

NIST 高级项目科学家 Stephen Eckel 说:“下一代半导体制造、量子技术和粒子加速型实验都需要精密的真空测量系统。”

目前,大多数工业生产和研究设备都使用传统的高真空传感器,该传感器基于当腔室中的稀有气体分子被电子源电离(带电)时检测到的电流。随着时间的推移,这些电离计可能变得不准确,需要定期重新校准。

相比之下,NIST 的系统通过测量它们对被捕获的锂原子微观簇的影响来测量真空室中剩余的气体分子(通常是氢)的数量,该原子簇被冷却到绝对零度以上的千分之几度并被激光照亮。它不需要校准,因为锂原子和氢分子之间的相互作用动力学可以根据第一原理精确计算。

这种便携式冷原子真空标准 (pCAVS)体积为 1.3 升,不包括激光系统,可以很容易地连接到真空室;一个狭窄的通道将腔室内部连接到 pCAVS 核心。在最近的一系列实验中,当科学家将两个 pCAVS 单元连接到同一个腔室时,它们都在非常微小的差别内产生了完全相同的测量结果。

该设备能够测量的最低真空度为4×10-9(Pa),误差在2.6% 以内。这与国际空间站周围的压力大致相同。

“便携式冷原子真空标准已经通过了它的第一次大测试,”埃克尔说。埃克尔及其同事于7月15日在AVS量子科学杂志上发表了他们的研究成果。

在 pCAVS 传感器核心中,汽化的超冷锂原子从源头分配,然后固定在 NIST 设计和制造的芯片级磁光阱 (MOT) 中。进入陷阱的原子在四束激光束的交汇处被减慢:一束输入激光束和另外三束由专门设计的光栅芯片反射。激光光子被调整到恰好合适的能级以抑制原子的运动。

为了将它们限制在所需的位置,MOT使用由六个永久钕磁铁组成的周围阵列产生球形磁场。中心的场强为零,并随着距离向外增加。高场区域的原子更容易受到激光光子的影响,因此被向内推。

锂原子装入 MOT 后,激光器关闭,一小部分原子(约 10,000 个)被磁场捕获。等待一段时间后,激光重新打开。激光使原子发出荧光,通过相机测量它们产生的光量并进行计数,光越多,陷阱中的原子越多,反之亦然。

每当一个被捕获的锂原子被真空中移动的少数分子撞击时,碰撞就会将原子踢出磁阱。原子从陷阱中射出的速度越快,真空室中的分子就越多。

冷原子真空计的花费成本主要是冷却和检测原子所需的激光器数量。为了缓解这个问题,两个 pCAVS 单元通过光纤开关接收来自同一激光器的光,并交替进行测量。该方案允许多达四个单元连接到同一个激光源。对于需要多个传感器的应用,例如加速器设施或半导体生产线上的应用,这种 pCAVS 传感器的多路复用可以降低成本。

对该理论的最终测试是建立一个特殊的真空室,可以在其中产生一定压力并连接到 pCAVS 来测量该压力。如果 pCAVS 和动态膨胀标准在压力上一致,则证明该理论是正确的。

                                                                                                                                                                                                                                            来源:本文转载自网络,版权归原作者所有。






版权所有© 成都四洋科技有限公司官方网站    蜀ICP备14007155号    技术支持: 竹子建站