1. 概述与原理

NEXTorr® Z 100 ND Float Pump 是一种将非蒸发吸气剂（NEG, Non-Evaporable Getter）与溅射离子泵（SIP, Sputter Ion Pump）结合的混合型超高真空泵。NEG 元件负责高效抽除活性气体（如 H₂、CO、CO₂、O₂、H₂O 等），而离子泵则处理惰性气体（如 Ar）和甲烷，并提供电流信号作为压力指示。Z100 的体积小、功耗低、磁干扰少，非常适合扫描电镜等对空间和稳定性有严格要求的设备。

NEG 的工作原理是通过表面化学吸附与固溶反应在室温下持续抽气，但必须经过一次高温活化（约 400–500 °C、1 小时以上）以去除表面钝化层。活化后，NEG 能在室温下长时间抽气且几乎不消耗电力。离子泵则利用高压电场和磁场电离残余气体分子，正离子被加速撞击电极材料并被捕获，从而实现抽气。ND（Noble Diode）结构对惰性气体的抽除更稳定。

2. 适用场景

• 扫描电镜超高真空腔体

• 空间有限的科研设备

• 对振动和磁干扰敏感的系统

• 存在一定惰性气体背景的应用环境

3. 安装与调试

3.1 机械安装

• 确认法兰接口与密封件完好，清洁无划痕。

• 使用铜垫或 O 型圈密封，按力矩交叉紧固。

• 避免真空脂污染，保持泵口清洁。

• 尽量远离扫描电镜物镜磁场，必要时增加磁屏蔽。

3.2 电气连接

• 离子泵部分需接入高压电源（通常 3–7 kV）。

• NEG 加热/温控需连接控制器进行活化。

• 高压电缆必须牢固锁定，注意极性。

3.3 初抽与漏检

• 使用前级泵将系统抽至 10⁻⁶ mbar 级以下。

• 使用氦质谱检漏，确保法兰无漏点。

3.4 NEG 活化

• 在真空下将 NEG 加热至 400–500 °C，保持约 1 小时。

• 活化时监控真空压力和离子泵电流，防止放电。

• 活化完成后冷却至室温，NEG 即可在室温抽气。

3.5 离子泵启动

• 在真空良好且 NEG 已激活后，逐步升高电压启动离子泵。

• 监控离子电流下降趋势作为压力参考。

4. 使用与维护

• 离子泵电流可作为系统压力的近似指示。

• 短期停机可保持真空不动，长期停机建议充干氮正压。

• NEG 可多次活化，但次数有限，抽速逐渐衰减。

• 避免油蒸气和有机物进入真空系统。

5. 常见故障与解决

1. 抽气速度不足：可能是漏气、NEG 未激活或活化不足、污染或导气不畅。→ 检漏、重新活化、烘烤。

2. 离子泵电流异常高：可能是漏气、放电或接线错误。→ 检查密封、降低高压、复核接线。

3. NEG 效果下降：可能已吸附饱和或表面被污染。→ 再次活化，必要时更换。

4. 高压放电：可能因真空度不足或绝缘受潮。→ 降压、重新抽气、清洁电缆。

5. 读数跳变：离子泵电流受气体种类影响大。→ 使用独立真空规交叉验证。

6. SEM 集成建议

• 减少样品前处理中的 Ar 残留。

• 控制活化温度，避免超过 SEM 腔体耐温。

• 将离子泵电流联锁 SEM 高压逻辑。

• 保持清洁操作，防止污染 NEG 表面。

7. 安全事项

• 离子泵供电为高压，操作需断电并放电。

• NEG 活化涉及高温，注意绝缘和耐温。

• 严格遵守设备厂商的操作规范。

8. 总结

NEXTorr® Z 100 ND Float Pump 结合了 NEG 的高效抽速与离子泵的全气体覆盖能力，具有体积小、功耗低、寿命长的优势。在 SEM 等 UHV 应用中，合理安装、正确活化与定期维护是保证其长期稳定运行的关键。