Der kondensative Dünnfilm-Vakuummesser ist aufgrund seiner hohen Genauigkeit, seiner breiten Reichweite und seiner Eigenschaften, die nicht mit der Gaszusammensetzung zusammenhängen, als "absolute Druckmessung" bekannt und nimmt eine zentrale Position in der Halbleiterherstellung, Vakuumbeschichtung, wissenschaftlichen Experimenten und anderen Bereichen ein. Sein Kernprinzip kann in drei Schlüsselknüpfe aufgeteilt werden:
1. Druckgetriebene mechanische Veränderungen
Das Kernbauteil des kondensativen Dünnfilmvakuumreglers ist eine ultradünne Metallfolie (in der Regel aus einer Cornell-Chromnickellegierung oder Keramik mit einer Dicke von nur wenigen Dutzenden Mikrometer), deren beiden Seiten den Vakuumhöhl und den Referenzhöhl jeweils verbinden. Wenn sich der Druck in der Vakuumhöhle ändert, wird die Membran unter Druckdifferenz elastisch deformiert: Wenn der Druck der Vakuumhöhle niedriger ist als die Referenzhöhle, steigt die Membran zum Vakuum; Umgekehrt auf die Referenzseite. Diese Veränderung spiegelt den absoluten Druck direkt wider und ist unabhängig von der Gasart und nur von der Druckdifferenzgröße abhängig.
Präzise Ermittlung von Kapazitätsänderungen
Die Membran und die Festelektrode bilden einen parallelen Plattenkondensator. Bei einer Membranformation ändert sich der Elektrodenabstand geringfügig (z. B. im Maßstab von 0,1 Mikrometer), was zu erheblichen Schwankungen der Kapazität führt (etwa 0,3 pF). Um die Messgenauigkeit zu verbessern, verwenden moderne Vakuumgeräte eine differentielle Doppelkondensatorstruktur: Die Elektroden sind symmetrisch auf beiden Seiten der Membran angeordnet und bilden zwei unabhängige Kondensatoren. Wenn die Membran verschoben wird, erhöht sich die eine Kapazität und verringert sich die andere, wodurch die Differenz der Kapazität in ein Spannungssignal durch die Brückenscheizung umgewandelt wird und Umweltstörungen effektiv beseitigt werden.
Signalwandlung und kalibrierte Ausgabe
Die Back-End-Schaltung konvertiert die Kapazitätsveränderungen in Standard-elektrische Signale wie Spannung oder Strom um und berechnet den tatsächlichen Druckwert mit einer vorgegebenen Formel. Beispielsweise erreicht ein bestimmtes Vakuummessgerät eine breite Abdeckung von 10-3 Pa bis 105 Pa durch die Messung des Verhältnisses zwischen Kompensationsspannung und Druckdifferenz (P = KU, K ist die Regelkonstante). Um die Auswirkungen des Temperaturdrifts zu beseitigen, verwenden einige Geräte ein polykristallines Siliziumsubstrat zur Aufrechterhaltung einer konstanten Arbeitsumgebung (z. B. 28 °C), um langfristige Stabilität zu gewährleisten.
Die Linearität und Wiederholbarkeit des kondensativen Dünnfilmvakuumreglers sind besser als 0,1% und erfordern keinen Referenzdruck, selbst wenn er plötzlich der Atmosphäre ausgesetzt ist, wird er nicht beschädigt und ist das ideale Werkzeug für die absolute Druckmessung.