中古 アルバック Ulvac イオンゲージ GI-3TLRY

■ イオンゲージの基本概念

イオンゲージ（電離真空計）は、主に高真空から超高真空領域（およそ10のマイナス1乗パスカルから10のマイナス10乗パスカル以下）の微小な気体圧力を測定するために用いられる真空計です。大気圧付近を測定するダイヤフラム真空計やピラニ真空計とは異なり、極めて気体が薄い環境で高精度な測定を行える点が大きな強みです。

■ イオンゲージの仕組みと動作原理

イオンゲージの基本的な測定原理は、残留気体分子を電離（イオン化）させ、それによって生じるイオン電流の大きさを計測することに基づいています。空間に存在する気体分子の密度が高ければ発生するイオンの数が増え、密度が低ければイオンの数は減少します。このイオン電流と気体圧力（分子密度）が比例関係にあることを利用して圧力を算出します。

イオンゲージは大きく分けて「熱陰極型」と「冷陰極型」の2つの方式に分類されます。

熱陰極型（熱電離真空計）では、金属フィラメントに電流を流して加熱し、熱電子を放出させます。放出された熱電子はグリッド（加速電極）に向かって加速され、その過程で空間の気体分子と衝突してイオン化を起こします。生成された正イオンはコレクタ（集電極）に集められ、微小な電流として検出されます。代表的な構造として、X線限界（コレクタに電子が衝突する際に発生する軟X線によって生じる測定限界）を低減し、超高真空まで測定できるようにしたバヤード・アルパート（B-A）ゲージが広く知られています。

冷陰極型（冷電離真空計・ペニングゲージ）では、フィラメントによる加熱を行わず、高電圧を印加することで放電を発生させます。磁場を併用することで電子の飛行距離を長く伸ばし、効率よく気体分子と衝突させて電離を促進します。熱源がないためフィラメント切れの心配がなく、耐久性が高いという利点があります。

■ イオンゲージの主な特徴

第一に、極めて低い圧力領域（超高真空・極高真空）まで測定できる点が最大の特徴です。他の方式では検出不能な真空空間の正確な圧力把握が可能です。

第二に、測定原理上、指示値が気体の種類に依存するという特性（全圧測定における気体種依存性）を持っています。窒素や空気以外のガスを測定する場合、そのガスの電離しやすさ（電離確率）に応じた補正係数（感度係数）をかける必要があります。

第三に、環境に対する注意点が存在します。熱陰極型の場合、フィラメントが高温になるため、急激な圧力上昇（大気突入）や反応性ガスとの接触によってフィラメントが断線したり劣化したりするリスクがあります。また、フィラメント熱による脱ガス（ガス放出）や、気体分子の熱分解・表面反応が起こることもあります。一方、冷陰極型では、高圧下でのスパッタリング現象により内部電極が汚れて精度が低下することがあります。

■ イオンゲージの主な用途

イオンゲージは、高真空や超高真空状態の維持・管理が不可欠な先端産業および科学研究の現場で幅広く活用されています。

半導体および電子デバイスの製造工程：
スパッタリング、真空蒸着、CVD（化学気相成長）、ドライエッチングといった薄膜形成装置やプロセス装置で利用されます。チャンバー内が規定の真空度に達しているかを確認し、残留ガス（酸素や水分など）による膜質劣化を防ぐためのモニタリングに必須です。

科学研究および大規模実験施設：
素粒子物理学などで使用される大型粒子加速器や、宇宙空間の環境を再現する宇宙環境試験機、電子顕微鏡、分子線エピタキシー（MBE）装置などに導入されています。極限の真空状態を維持・測定するためにB-Aゲージなどが頻繁に用いられます。

分析機器および表面分析装置：
質量分析計（MS）の真空室、X線光電子分光装置（XPS）、オージェ電子分光装置（AES）など、微小な粒子や電子を扱う装置において、気体分子との衝突を防ぎ分析精度を確保するために超高真空状態を正確に計測する用途で利用されています。