Diffusionspumpen

Diffusionspumpen sind Vakuumpumpen, die durch Diffusion von Gasen durch einen heiß verdampften Ölnebel niedrige Drücke erzeugen. Im Gegensatz zu Pumpen mit beweglichen Teilen arbeiten sie weitgehend ohne mechanische Gaspfad-Bauteile. Das zu pumpende Gas wird durch einen Jet aus Öldampf in einen Diffusionsabschnitt geführt; Gasmoleküle treffen auf den Öldampf, werden mitgerissen und gelangen so zum Auslass, wo sie dem Abluftstrom übergeben werden. Typischerweise arbeiten sie in Kombination mit einer Foreline-Pumpe, um den Systemdruck zunächst zu senken.

Typische Diffusionspumpen verwenden reines Diffusionsöl und arbeiten bei erhöhten Temperaturen, meist etwa 150 bis 250 °C. Der Diffusionsabschnitt enthält Düsen, durch die der Öldampf versprüht wird; der Öldampf-Jet erzeugt eine hohe Geschwindigkeit, die Gasmoleküle mitzieht. Das System erreicht Vakuumswerte im Bereich von etwa 10^-3 bis 10^-5 mbar, abhängig von Ölqualität, Temperatur und der Vorpumpe. Wegen der Ölrückströmung in die Kammer bestehen Maßnahmen wie Kaltfallen, Baffles und geeignete Ölarten zur Reduktion dieser Kontamination.

Zu den Vorteilen gehören hohe Pumpgeschwindigkeiten bei bestimmten Gasarten und der Verzicht auf bewegliche Teile im Gaspfad. Nachteile sind Ölrückströmung, Kontamination der Kammerinhalte sowie regelmäßige Wartung der Ölzufuhr. Zur Vermeidung von Verschmutzungen werden oft Kaltfallen vorgelagert; das Öl muss regelmäßig ausgetauscht werden.

Typische Anwendungen finden sich in der Halbleiterindustrie, Oberflächenbeschichtungsverfahren, Elektronenmikroskopie, Analytik und Vakuumsystemtechnik. Diffusionspumpen werden häufig mit Turbopumpen oder Scrollpumpen als Forepumpe eingesetzt. Sicherheitsaspekte betreffen heiße Oberflächen, Ölbrandgefahr und ordnungsgemäße Entlüftung der Öldämpfe.