초고진공에서 정상압까지 가변 압력 제어 솔루션

1. 원자력 현미경이란 무엇인가요?

원자력 현미경(AFM)은 진공 환경, 대기 환경, 액체 환경, 가변 온도 환경 등 다양한 작업 환경을 선택할 수 있는 정밀 기기로, 시료와 탐침 사이의 약한 상호작용을 감지하여 재료의 표면 형태 및 물리화학적 특성을 연구합니다. 원자력 현미경은 다음과 같은 응용 분야의 요구 사항 때문에 진공 및 대기 환경 기능을 반드시 갖춰야 합니다.

(1) 우리 모두 알다시피, 원자 사이의 상호작용력은 매우 작습니다. AFM이 작동할 때, 두 원자 사이의 힘을 유지하기 위해 프로브와 시료 사이의 거리는 매우 가까워야 하며, 일반적으로 수 나노미터 또는 수십 나노미터에 불과합니다. 이는 기기 주변 환경에 매우 높은 요구 조건을 부과합니다. 현재 시판되는 원자력 현미경은 일반 대기 환경에서 작동합니다. 그러나 공기 중에는 다양한 기체 분자, 다양한 기계적 진동 및 전자기 간섭이 활발하게 존재하기 때문에 극도로 높은 해상도를 얻기는 여전히 어렵습니다. 원자력 현미경을 사용하여 진정한 원자 수준의 해상도를 얻으려면 진공 및 초고진공 환경에서 작업해야 합니다.

(2) 마이크로-나노 스케일 연구가 점차 심화됨에 따라 많은 연구에서 진공 환경이나 동일한 분위기 환경(질소, 산소, 습도, 알코올 증기 등)에서 시료 표면의 동일한 실험 영역에서 다양한 검출 실험(예: 마찰 에너지 소산 측정)을 현장 검출을 위해 작업 환경을 손상시키지 않고 다른 기능을 가진 프로브로 교체해야 하는 경우를 포함하여 다양한 검출 실험을 수행해야 합니다.

(3) 일부 마이크로-나노 스케일 연구에서는 다양한 진공도와 다양한 분위기 하에서의 힘 스펙트럼 측정 결과가 AFM 팁과 연구 대상 물질 사이의 접착력이 진공 압력과 노출되는 가스에 크게 의존한다는 것을 보여줍니다.

요컨대, 원자력 현미경에 환경 제어 기능을 부여하기 위해서는 원자력 현미경의 진공도와 환경 분위기를 정밀하게 제어하는 문제를 해결하는 것이 핵심입니다.

 

2. 이 문제를 어떻게 해결할까요?

다양한 진공도 범위에 따라 공기 흡입 유량이 적은 Kao Lu의 비례 압력 조절기 와 유량이 많은 Kao Lu의 비례 압력 조절기가 사용됩니다.

전체 진공 압력 폐쇄 루프 제어 시스템은 다음과 같은 기능을 수행하는 네 개의 가스 파이프라인으로 나뉩니다.

(1) 저진공 범위(10mBar~1Bar): 저진공 범위에서 이중 채널 진공 압력 제어기의 첫 번째 채널은 1000Torr 정전식 진공 게이지(측정 정확도 0.25%)의 진공 측정 신호를 수집합니다.

(2) 고진공 범위(0.01mBar~10mBar): 고진공 범위에서 이중 채널 진공 압력 컨트롤러의 두 번째 채널은 10Torr 용량성 진공 게이지(측정 정확도 0.25%)의 진공 측정 신호를 수집하여 장치와 비교합니다.

 

고정값을 비교한 후, 카오루(Kao Lu) 비례 압력 조절기를 구동하여 카오루 비례 압력 조절기 의 개방 정도를 빠르게 조절함으로써 공기 흡입 유량을 조정하고, 고진공 영역에서 1% 이내의 제어 정확도를 달성합니다. 고진공 영역을 제어할 때는 배기 파이프라인의 전자식 볼 밸브가 항상 완전히 열린 상태여야 한다는 점에 유의해야 합니다.

 

고진공 범위(10mBar~0.01mBar): 초고진공 범위에서 진공 압력 제어기는 이온화 진공 게이지의 진공 측정 신호(측정 정확도 15%)를 수집하고, 설정값과 비교하여 누설 밸브의 유입 유량을 빠르게 변경함으로써 전기식 가변 누설을 구동하여 초고진공 범위 내에서 15% 이내의 제어 정확도를 달성합니다.

 

진공 압력 제어 과정에서 고정밀 제어를 달성하기 위해서는 다음과 같은 구성 요소들이 해당 기술 사양을 충족해야 합니다.

(1) 진공도 센서: 진공도 센서의 측정 정확도는 제어 정확도를 결정하는 핵심 지표 중 하나입니다. 본 솔루션은 저진공 및 고진공 영역에서 0.25%의 정확도를 갖는 박막 정전 용량식 진공 게이지를 사용하며, 초고진공 영역에서는 고진공 영역에 사용됩니다.

최대 15%의 정확도를 가진 이온화 진공 게이지가 개발되었습니다.

(2) 밸브: 각종 흡기 및 배기 밸브의 조정 정확도와 속도 또한 제어 정확도를 결정하는 핵심 지표이다.

Kao Lu의 비례 압력 조절기는 모두 매우 우수한 조절 정확도를 자랑하며, 응답 속도는 1초 미만입니다.

해당 범위 내에서 가변 누출 밸브의 응답 속도는 10마이크로초 이상에 도달할 수 있어 초고진공 공기 흡입 제어 요구 사항을 완벽하게 충족할 수 있습니다.

(3) 진공 압력 제어기: 진공 압력 제어기의 수집 정확도, 조정 출력 정확도 및 선형화 처리 기능 또한

제어 정확도를 결정하는 핵심 지표로서, 이 솔루션은 카오루(Kao Lu)의 비례 압력 조절기를 사용하여 대규모 진공을 정밀하게 제어할 수 있습니다.

 

요약하자면, 카오루의 비례 압력 조절기는 초고진공에서 1기압의 완전진공에 이르기까지 환경 제어형 원자력 현미경에서 모든 진공 압력 설정값을 정밀하게 제어할 수 있으며, 설정된 진공도에 따라 압력 변화 곡선을 프로그램으로 제어할 수도 있습니다. 또한, 이 솔루션은 다양한 현미경의 진공 및 대기 환경을 정밀하게 제어하는 데 적용할 수 있습니다.