Nociones de tecnología de vacío

FUNDAMENTOS DE
PROCESAMIENTO CON LÁSER
3. NOCIONES DE TECNOLOGÍA DEL VACÍO
• Introducción.
• Recordatorio.
– Sólidos, líquidos, gases.
– Definiciones y leyes “útiles”.
– Tipos de flujos, rangos de presión y tipos de vacío.
• Interacciones Gas/Sólido o Gas/Líquido.
– Presión de vapor, saturación.
– Ad-, ab- y desorción, difusión, permeabilidad, efusión.
• Dónde y cómo hacer vacío.
– Materiales, superficies, uniones, juntas, válvulas.
– Bombas de vacío: ejemplos, limitaciones e inconvenientes.
– Medidores y su dependencia del tipo de gas.
– Medidores para medir presiones muy bajas.
• Búsqueda de fugas.
– Técnicas sencillas.
– Técnicas sofisticadas.
• Ejemplos:
Aparatos y técnicas utilizadas en el Laboratorio de
Procesamiento de Materiales en capa delgada.
S.Chiussi, Dpto. Física Aplicada, Univ.Vigo
INTRODUCCIÓN
Para procesar materiales de alta calidad mediante láser, se necesitan
buenos conocimientos de la tecnología de vacío, ya que se debe:
• Eliminar moléculas que contaminan substratos y productos,
antes, mientras y después del procesamiento (p.e. H2O, ... ).
• Evitar la absorción de la radiación láser antes de que llegue a la
zona que queremos procesar.
• Controlar la concentración de gases que contienen los elementos
a procesar (Gases precursor: SiH4 , Si2H6 , GeH4 , B2H6 , PH3 ,
N2O , NH3 , CH4 , C2H4 , H2O , O2 , CO2 , ... ) para
– producir recubrimientos (p.e. de a-Si:H, SiGe, SiOxNy,
SiCx, SiGeC, ... ),
– añadir elementos a las capas en crecimiento (p.e. OH en
HA, N en CNx ...).
• Controlar la cantidad de moléculas que diluyen los gases
precursores (Gases inertes: He, Ar, ... ) para
– repartirlos en un mayor volumen,
– homogeneizar su distribución en el volumen que se procesa,
– evitar cadenas de reacción que producen productos no
deseados.
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RECORDATORIO
SÓLIDOS:
Materiales con elementos, moléculas o partículas en posiciones
“fijas”, organizados a largo o corto alcance. Pueden estar
ordenados (cristales, metales) o desordenadas (vidrios, materiales
amorfos).
Cristalino
Amorfo
LÍQUIDOS:
Si los componentes tienen suficiente energía
(calentándolos a la temperatura de fusión Tm ),
se “desorganizan”, pero sin dejar de mantener
enlaces débiles entre ellos.
GASES:
Al incrementar su energía aún más (calentando
por encima de la temperatura de ebullición Tb),
adquieren suficiente energía cinética para
vencer los enlaces entre ellos (el material
evapora).
Movimientos de los átomos:
Sólido:
Líquido:
Gas:
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DEFINICIONES Y LEYES “ÚTILES”:
ECUACIONES DE ESTADO:
Si no hay fuerzas entre las moléculas del gas, se trata de un
Gas Perfecto o Gas Ideal y la relación entre Temperatura T,
Presión P, Volumen V y cantidad de sustancia n sigue la
ecuación de estado : PV = nRT (con R = constante de los gases).
(Ejemplo: gases apolares a baja presión como H2, He, Ar, ... )
Ley de Dalton: En el mismo V con la misma T la presión total es
la suma de las presiones parciales de los gases ideales.
Ley de Avogadro: En el mismo V con la misma T y P hay
siempre el mismo Nº de Moléculas de gas ideal.
Si existen interacciones entre ellas
(fuerzas repulsivas a corto alcance o
atractivas a relativamente largo alcance),
se trata de un Gas Real que sigue
ecuaciones más complicadas:
Van der Waals : P=RT/(Vm-b)-a/Vm2
Repulsión de los núcleos
(que no se pueden deformar)
Interacción entre cargas positivas y
negativas, dipolos etc
Enlace
( b tiene en cuenta el V ocupado por
la partícula, a = constante característica del gas y Vm = Vol. molar V/n )
del virial :
PVm=RT{1 + B/ Vm + C/ Vm2 + ... }
( con B, C, D, ... datos experimentales
de determinados gases
a determinadas P y T )
La desviación del
comportamiento ideal
se puede expresar mediante el
Factor de Compresión: Z = PVm/RT
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TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES:
Presión :
Según la teoría cinética de los gases, la fuerza por unidad de área
que experimenta p.e. una pared debido a las colisiones “elásticas”
de moléculas de gas con ella.
Estos choques elásticos provocan
una variación de la cantidad de
movimiento :
Nº de moléculas en un volumen
A vx∆t que chocan con la pared
⎧1
⎫
NA
v
∆
t
⎨
⎬ ⋅ { 2m v x
x
⎩2
⎭
} = mNA v
2
x
∆t
Cambio de cantidad de movimiento
por el choque elástico
(con N = Número de moléculas por volumen, m = masa de una molécula,
vx = su velocidad normal a la pared, A = área de la pared considerada)
cuya velocidad es la fuerza ejercida por el gas sobre la pared :
F = mNAv2x
dando lugar a la expresión para la presión :
P=
F
= mNv 2x
A
Unidad
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Tablas de conversión de unidades
Según el Centro de Metrología Español en
http://www.cem.es/esp/unidades.htm
las únicas unidades legales son : Pa
y sólo admitidas : bar .
Unidad
bar
mbar
kbar
Pa
kPa
MPa
1 bar
1
1000
0,001
105
100
0,1
1 mbar
0,001
1
10-6
100
0,1
10-4
1 kbar
1000
106
1
108
105
100
1 Pa
10-5
0,01
10-8
1
0,001
10-6
1 kPa
0,01
10
10-5
1000
1
0,001
1 MPa
10
104
0,01
106
1000
1
1 Pa = 1 N / m2
1 kPa = 1 kN / m2
1 MPa = 1 MN / m2
Además se acepta, sólo en medicina,
para la medida de la presión arterial los mmHg o Torr .
Unidad
bar
Pa
MPa
kg/cm2
mm Hg
mm CE
psi
plg H2O
plg Hg
1 bar
1
105
0,1
1,02
750
1,02 x 104
14,50
401,5
29,53
1 Pa
10-5
1
10-6
1,02 x 10-5
7,5 x 10-3
0,102
0,1450 x 10-3
4,015 x 10-3
0,2953 x 10-3
1 MPa
10
106
1
10,2
7500
10,2 x 104
145,0
4015
295,3
1 kg / cm2
0,981
9,81 x 104
9,81 x 102
1
736
104
14,22
393,7
28,96
1 mm Hg
1 Torr
1,333 x 10-3
133,32
1,333 x 10-4
1,36 x 10-3
1
13,6
1,934 x 10-2
0,535
3,937 x 10-2
1 mm CE
9,81 x 10-5
9,81
9,81 x 10-6
10-4
7,36 x 10-2
1
1,422 x 10-3
3,937 x 10-2
2,896 x 10-3
1 psi
6,895 x 10-2
6895
6,895 x 10-3
7,031 x 10-2
51,70
703,1
1
27,88
2,036
1 plg H2O
2,491 x 10-3
249,1
2,491 x 10-4
2,54 x 10-3
1,868
25,4
3,613 x 10-2
1
7,36 x 10-2
1 plg Hg
3,386 x 10-2
3386,4
3,386 x 10-3
3,453 x 10-2
25,4
345,3
0,491
13,6
1
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Velocidad cuadrática media:
Dado que las moléculas se mueven al azar (con velocidades y
direcciones diferentes) pero son muchísimas, se puede considerar
que el valor cuadrático medio de su velocidad es igual para todas
las direcciones
2
2
2
v x = v y = vz
velocidad cuadrática media es :
y que la
2
2
2
2
c = 3vx = vx + v y + vz
con lo cual se obtiene la ecuación clave de la teoría cinética de los
gases para la presión :
1
P = m N c2
3
Teniendo en cuenta que N = nNa/V ( n = cantidad de gas, Na = Nº
de Avogadro = 6 x 10 23 mol -1 ) se puede relacionar la ecuación
P=
con la ley del gas ideal
1 n Na 2
m
c
V
3
1
PV = m n N a c 2 = n R T
3
y escribir para la velocidad cuadrática media:
( con k =constante de Boltzmann y R = kNa )
3R T
3k T
c=
=
mNa
m
Ecuación que nos sirve para calcular la velocidad cuadrática
media de las partículas a cualquier temperatura.
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Probabilidad que moléculas tengan una velocidad determinada:
Hasta ahora conocemos un valor medio de la velocidad :
Ni
c = ∑ vi = ∑ X i vi
N
(con Ni = Nº de moléculas con velocidad vi , N = Nº total de moléculas y
Xi la probabilidad de encontrar una molécula con velocidad vi )
Para saber la probabilidad de tener unas determinadas velocidades
tenemos que recurrir a la distribución de Maxwell :
3
⎛ m ⎞
⎟⎟ e
F(v x , v y , v z ) d v x d v y d v z = ⎜⎜
⎝ 2π kT ⎠
2
mv 2
−
2 kT
d vx d vyd vz
(que sería la probabilidad de que una partícula tenga en cada dirección
componentes de velocidad entre v y v+dv )
Considerando una capa esférica de volumen V = 4π v 2 d v
obtenemos para la probabilidad de tener una partícula con
velocidad entre v y v+dv:
3
2
con
2 − mv
⎛
⎞
m
⎟⎟ e 2 kT ⋅ d v
F(v ) d v = 4π v 2 ⎜⎜
⎝ 2π kT ⎠
∞
velocidad media
c = ∫ v F (v ) d v =
0
8k T
y
πm
velocidad más probable
2kT
c* =
c*
m
c*
c
c*
c*
c*
c
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Aplicada, Univ.Vigo
Frecuencia de colisión:
Proporciona el número de colisiones realizadas por una sola
partícula por unidad de tiempo.
Suponiendo partículas de diámetro efectivo d y velocidad media c
en un “tubo de colisión” de sección transversal σ = π d 2 y
longitud c∆t , (por tanto con un volumen V = σ c∆t = π d 2 c∆t ),
cada partícula que pasa por
el centro del tubo de colisión
chocara en el tiempo ∆t con
Nσ c∆t partículas y la
frecuencia de colisión sería
Z = Nσ c
(N = Nº de moléculas por volumen)
Teniendo en cuenta la velocidad media según Maxwell se obtiene
para la frecuencia de colisión:
z = Nσ ⋅
8k T
π m
=
Ν
σ⋅
V
8k T
π m
Dado que las moléculas no son estacionarias y se mueven, se
debe utilizar la velocidad relativa que utiliza como masa de las
moléculas la masa reducida :
µ = ma ⋅ mb m + m
a
que en caso de ser moléculas idénticas es :
y por tanto
Ν
z= σ ⋅
V
8k T
Ν
π µ = 2V σ ⋅
8k T
b
2
µ = m 2⋅m = m2
Ν
π m = 2 V σ ⋅c
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Recordando la Ley de los gases ideales
PV = NkT
se obtiene finalmente para la frecuencia de colisión :
Ν
P
z = 2 σ ⋅c = 2
σ ⋅c
V
kT
Distancia de recorrido libre medio (mean free path length):
Es la distancia que puede recorrer una partícula sin chocar con
otra (lo que podría dar lugar a una reacción química) :
c V
l= =
= kT
2 Νσ
2 Pσ
z
Velocidad de efusión:
Nº de partículas / unidad de tiempo que “escapan” por un orificio
muy pequeño con área A de una gas con P y T detreminadas hacía
el vacío.
A ⋅ Zw = A ⋅ P
2π m k T
( Con Zw el Nº de colisiones con paredes y superficies por unidad de área )
Algunos valores típicos
He
N2
CO2
C6 H6
Velocidad
media
Sección transversal
de colisión (σ)
1256 m/s
475 m/s
379 m/s
284 m/s
0.21 nm2
0.43 nm2
0.52 nm2
0.88 nm2
Tiempo para formar una
monocapa a Temp. ambiente
10 −6 mbar ⇒ 1,9 s
10−9 mbar ⇒ 1.900 s
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TIPOS DE FLUJOS:
Viscoso :
Con la distancia de recorrido libre (l) mucho menor del diámetro
(d) del tubo utilizado ( l << d ). Las partículas chocan entre sí y
provocan una determinada distribución de velocidades.
Se distingue entre el flujo laminar, turbulento y en el caso de tener
tubos cilíndricos flujo de Poisseuille.
P ⋅ d > 6 ⋅10 −1 mbar ⋅ cm
Knudsen :
Cuando ya no hay muchos choques pero no se llegó todavía al
flujo molecular. Ocurre con l ≈ d .
6 ⋅10 −1 mbar ⋅ cm > P ⋅ d > 1,3 ⋅10 −2 mbar ⋅ cm
Molecular :
Los choques entre las partículas son despreciables.
P ⋅ d < 1,3 ⋅10 −2 mbar ⋅ cm
Ocurre con l >> d.
Rangos de presión, tipos de vacío, densidades, MFP
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INTERACCIÓN GAS/SÓLIDO (O GAS/LÍQUIDO)
PRESIÓN DE VAPOR:
Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de las moléculas
que forman un líquido o un sólido y por tanto su presión hacia el
exterior. Esto provoca que algunas moléculas se escapan del
conjunto y pasan a la fase gaseosa, i.e., se observa una presión del
líquido o sólido hacía el “vacío”, una presión de vapor.
PRESIÓN DE VAPOR SATURADO:
Presión de vapor después de haberse establecido un equilibrio
entre las moléculas que escapan y las que se reincorporan al
chocar casualmente con la interfase. Es la presión de vapor que se
utiliza normalmente en las tablas.
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Presión de vapor saturado [mbar]
Presión de vapor saturado [Torr]
Presión de vapor saturado de líquidos típicos
Temperatura [ºC]
Presión de vapor saturado de algunos sólidos
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Presión de vapor saturado de algunos materiales importantes
en la tecnología del vacío
Silicona
La curva del Viton estaría
entre la silicona y el Teflón.
(Viton y Perbunan son típicos
materiales para juntas tóricas en
sistemas de alto vacío)
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Perbunan
Teflon
ADSORCIÓN :
Cuando una molécula llega a una superficie y se queda “pegada”.
La Adsorción Física es solamente debida a la atracción
electrostática de dipolos (suele ser la 1ª fase de la condensación).
La Adsorción Química incluye una reacción química, es decir, el
intercambio de electrones formando enlaces iónicos o covalentes
(es por tanto mucho más fuerte que la adsorción física, pero se
suele limitar a la formación de una monocapa) .
DESORCIÓN :
Al calentar, se “despega” la molécula y vuelve a la fase gaseosa.
Si fue adsorbida por Adsorción Física, vuelve a tener las características anteriores. Si fue adsorbida por Adsorción Química
puede tener lugar una disociación, recombinación o
reorganización de la molécula adsorbida .
(p.e. adsorción de D2O y H2O con desorción de DOH).
DIFUSIÓN “superficial” :
Una molécula adsorbida no se
queda necesariamente en el punto
de “impacto”. Normalmente se
mueve hasta llegar a un punto
más favorable (esquina, hueco
etc.). Esta movilidad superficial
aumenta con la temperatura (p.e. se
suele depositar a altas temperaturas
para obtener recubrimientos más
uniformes).
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ABSORCIÓN :
No es un fenómeno sólo superficial como la adsorción. Las
moléculas se “disuelven” en el sólido y ocupan posiciones
intersticiales. La difusión de las moléculas a través del sólido se
denomina permeabilidad (difusión en fase sólida).
RECONSTRUCCIÓN:
Cuando la molécula, al moverse por la red, se incorpora dando
lugar a un cambio de la red cristalina.
EFUSIÓN:
Cuando moléculas, al moverse por la red, llegan a la superficie y
desorben (p.e. Efusión de H2 de a-Si:H, N2 o (CN)2 de CNx etc.).
Adsorción
Absorción
Permeabilidad
Efectos que se observa
al hacer vacío :
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Reconstrucción
Desorción,
Efusión
Permeabilidad
DÓNDE Y CÓMO HACER VACÍO
Básicamente se debe saber:
* Dónde se hace el vacío
(sistema de vacío, material, soldaduras, válvulas, juntas de
alto vacío, juntas de ultra alto vacío, etc.)
* Cómo se eliminan los gases
(bombas de vacío, qué bomba para cada rango de vacío,
desgasificación, etc.)
* Cómo se mide la cantidad de gas
(medidores de presión, dependientes e independientes del tipo
de gas, qué medidor se utiliza en cada rango de presión, etc.)
* Cómo se introduce gases a propósito
(botellas de gas, tubería, medidores de flujo, etc.)
(se trata en el Tema: Instalación de gases)
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Dónde se hace el vacío:
La cámara de vacío y todos los componentes en su interior deben
tener una presión de vapor baja que permita obtener un vacío ( a
temperaturas suficientemente altas para:
– Desgasificar las paredes interiores (eliminar rápidamente
impurezas adsorbidas como H2O, aceites, etc. (típicamente
a T<100ºC) (Tr.13)).
– Calentar determinadas piezas (porta-sustratos) a altas
temperaturas (p.e. hasta 1200 ºC) (Tr.14).
MATERIALES:
Paredes y componentes interiores de Acero Inox de alta calidad
(304 ó 315), ventanas de cristales especiales (de acuerdo con la
Transmisión y Temperatura que se necesita), juntas de Vitón para
alcanzar una presión hasta mín. 10-7 mbar y juntas de Cu o Au
para presiones menores.
(NUNCA piezas de latón, aleaciones baratas etc. ! ! !)
SOLDADURAS:
Las soldaduras deben ser de alta
calidad y estar en el interior de la
cámara para evitar grietas en las
cuales se acumularían impurezas
como H2O, aceites, etc.
SUPERFICIES:
Las superficies deben ser lo menos
rugosas posible para disminuir la
superficie en la cual pueden ser
adsorbidas impurezas (Aumentaría
mucho el coste del sistema).
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INCORRECTO
CORRECTO
VACÍO
VACÍO
VACÍO
VACÍO
VACÍO
VACÍO
VACÍO
JUNTAS:
Sistemas de alto vacío
( HV - High Vacuum )
Juntas tóricas de VITON que sellan caras planas y pulidas de
acero inoxidable.
Las conexiones de tipo NW o KF (según empresa) y ISO son
“Bocadillos” con VITON deformado por las caras planas.
(Hay que comprobar siempre que tanto goma como metal no tengan
grietas, estén rayadas, sucias etc. )
Limpiar con Etanol o Metanol antes de colocarlas!
NW o KF
ISO
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Sistemas de ultra alto vacío: ( UHV – Ultra High Vacuum )
Juntas de COBRE o de ORO que sellan caras de acero inox.
con una arista afilada y pulida.
Conexiones de tipo CF : “Bocadillo” con la junta de metal blando
deformado por las aristas de acero.
(Hay que comprobar siempre que todas las componentes de la junta no
estén rayadas, sucias etc. ) Limpiar con Etanol o Metanol !
Junta de Cu deformada
por el acero INOX
Base 1
Junta de Cu
Piezas de acero con aristas
Junta usada
Junta nueva
(guardadas en vacío)
Base 2
Junta dañada
(oxidada y arañada)
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Sistema de introducción de gases:
Para ser compatible con presiones altas y de HV
Juntas VCO
Juntas tóricas de materiales elásticos como el VITON que
sellan caras planas y pulidas de acero inoxidable.
Como con las juntas NW, KF o ISO, hay que comprobar siempre que
tanto goma como metal no tengan grietas, estén rayadas, sucias etc.
Para ser compatible con presiones altas, de HV y de UHV
Juntas VCR
Parecido a las juntas VCO pero con un anillo de metal.
Similar a las justas CW, hay que comprobar siempre que todas las
componentes de la junta no estén rayadas, sucias etc.
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Juntas para tubos galgable y compatible con presiones altas
(200 bar), HV y UHV )
Juntas “Swagelok”
Conjunto de piezas (macho, anillo trasero, anillo delantero y
hembra) del MISMO METAL. Todas las superficies que se
tocan (excepto las roscas) deben ser pulidas.
Al enroscar macho y hembra se deforma el tubo y el anillo
interior.
Tipo de junta
Ventaja
VCO
Fácil de intercambiar, simplemente hay que desenroscar
y a veces cambiar la junta tórica.
VCR
Fácil de intercambiar como la VCO pero la junta de
metal debe ser substituida. Aguanta temperaturas más
altas (permite desgasificar mejor) que la VCR.
Swagelok
El mejor de los cierres y muy fácil la modificación
forma y longitud de las tuberías (líneas de gas).
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Instrucciones para colocar y cambiar juntas SWAGELOK
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VÁLVULAS:
La calidad de las juntas y caras de
unión de válvulas deben también
estar en estado óptimo para evitar
fugas hacia el exterior.
Válvula convencional
Dependiendo de la calidad (precio)
de las válvulas tienen juntas VCO
y/o VCR en su interior y se acoplan
al sistema de vacío mediante
uniones KF o CF.
vacío
Válvula mariposa
UNIONES de varias componentes:
Al unir varias piezas mediante tubos, estos deben ser lo más
cortos posible, y, si es posible, en forma de cilindros rígidos en
lugar de tubos flexibles (minimizar la superficie interior). Las
secciones sin embargo deben ser lo más grandes posible.
Tubos 1, 2 y 3
Tubo 3
C = conductancia
Tubo 2
Tubo 1
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Típicas bombas de vacío:
Cámara
* Bombas de arrastre
H20
Cámara
Vapor del medio
(aceite, Hg)
“Trompa” de H2O
Bomba difusora
(Presión mín. 19 mbar)
(se puede alcanzar hasta 10-6 mbar)
Desventajas
(limitación por la presión
de vapor de H2O a 17ºC)
Desventajas
(limitación por la presión de vapor
del medio utilizado)
* Bombas rotatorias ( comprimen el gas y lo expulsan )
Cámara
Cámara
Son las típicas bombas de vacío previo y se puede alcanzar hasta
10-4 mbar. (Limitación por la presión de vapor del aceite utilizado)
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Utilización del “gas balast” ( lastre de gas inerte ):
Introducción de gas inerte para diluir los gases y así evitar la
condensación de gases (como H2O) que deterioraría la calidad
del aceite lubricante.
sin “gas balast”
con “gas balast”
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El aumento del caudal es posible
mediante bombas a 2 pasos
Desventajas de bombas rotativas
La gran desventaja de todas las bombas que utilizan aceites es la
posible contaminación de la cámara y la limitación del vacío a
la presión de vapor del aceite utilizado.
Espectro de masas del gas residual
después de vaciar con una bomba
rotatoria.
Solución:
Bomba Turbomolecular (turbina que
“empuja” las moléculas de gas hacia la
salida).
Cámara
Espectro de masas del gas residual
después de vaciar con una bomba
turbomolecular.
La bomba turbomolecular requiere una
bomba previa que elimine las moléculas
acumuladas en su salida (normalmente una
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bomba rotatoria).
Además existen bombas iónicas, trampas de N2 líquido,
bombas de sublimación, bombas getter, etc. etc. etc.
Cómo se mide la cantidad de gas
MEDIDORES DE PRESIÓN:
(con sus correspondientes rangos de presión)
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Típicos manómetros cuya medida NO depende del tipo de gas
Miden, según la teoría cinética de los gases, la fuerza que ejercen
las moléculas sobre una pared.
* Tubo de Bourdon
Mide la fuerza sobre un muelle.
* Baratrón
Condensador con una placa
flexible. Al variar la presión
varía la distancia entre las
placas y por tanto la capacidad
del condensador.
Típicos manómetros cuya medida depende del tipo de gas
Miden cambios de temperatura, corrientes eléctricas, etc.
* Pirani
Dependiendo de la cantidad de gas se detecta menor o mayor
gradiente de temperatura entre 2 puntos. Este gradiente
depende además de la capacidad calorífica del gas .
Desventaja : No se puede medir presiones < 10-4 mbar.
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* Cátodo caliente
Dependiendo de la cantidad de gas se detecta menor o mayor
corriente eléctrica entre un cátodo caliente y un ánodo. Esta
corriente depende además de la energía de ionización del gas.
Desventaja :
No se puede trabajar con gases que reaccionan a altas temperaturas.
* Penning “cátodo frío”
Dependiendo de la cantidad de gas se detecta menor o mayor
corriente eléctrica entre un cátodo frío y un ánodo. La
corriente depende también de la energía de ionización del gas.
Al tener pocos iones, se aumenta su recorrido mediante un
campo magnético.
Ánodo
Iman
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Cátodo
BÚSQUEDA DE FUGAS
La presión final en una cámara de vacío
depende del caudal de bombeo y el caudal de fugas del sistema.
Opción 1 : Bombas muy grandes (y, por tanto, muy caras)
Opción 2 : Minimizar el tamaño y la cantidad de fugas
Para saber dónde hay fugas y cómo podemos encontrarlas:
Seguir el comportamiento de la
presión interior al cerrar todas las
válvulas.
Presión
1) Aumento debido a fugas
2) Aumento de presión debido a
la desorción de las paredes
3) El caso típico
Tiempo
Mojar posibles fugas con líquidos (no agresivos, para no dañar
el metal pulido y las juntas de vitón) que tengan una elevada
presión de vapor a temperatura ambiente (p.e. CH3OH, C2H5OH ).
(El líquido entra por la fuga en la cámara “vacía” y se evapora
inmediatamente, lo que provoca un aumento de presión)
Conectar un detector de fugas (Espectrómetro de masas
calibrado para He) y “gotear” He en los puntos con posibles
microfugas hacia el exterior.
(El He entra por la fuga en la cámara “vacía” y es detectado por
el espectrómetro de masas)
S.Chiussi, Dpto. Física Aplicada, Univ.Vigo
Algunas típicas representaciones (Norma DIN)
de bombas,
válvulas,
medidores de presión,
trampas frías etc.
Otras representaciones
se encuentran en las
normas ASME, …
S.Chiussi, Dpto. Física Aplicada, Univ.Vigo
EJEMPLOS
Sistema híbrido (HV/UHV) para el procesamiento láser de
semiconductores y dieléctricos.
Laboratorios del Dpto. Física Aplicada Univ. De Vigo,
Juntas KF
Juntas Swagelok
Juntas CW
S.Chiussi, Dpto. Física Aplicada, Univ.Vigo
Válvula Mariposa entre Sistema
y Bomba Turbomolecular
Penning
Pirani
Baratron
Filtros
de
Zeolita
Bombas
rotatorias
Bomba Turbomolecular
S.Chiussi, Dpto. Física Aplicada, Univ.Vigo
Cintas calefactoras para desgasificar las paredes interiores.
Papel de Al para repartir mejor el calor en toda la superficie.
Válvula Mariposa electrónica para controlar la
Presión en el interior de la cámara
S.Chiussi, Dpto. Física Aplicada, Univ.Vigo
Portasubstratos para obleas de 3''
Boquilla para los gases reactivos
(GeH4-Si2H6-NH3-N2O-C2H2-Ar-He)
Substrato
Portasubstratos con
oblea de 3''
Salida
de
gases
S.Chiussi, Dpto. Física Aplicada, Univ.Vigo
BIBLIOGRAFÍA
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- Harland G.Tompkins, The Fundamentals of Vacuum Technology, ed.
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- A.Abalde López, Proyecto Fin de Carrera Tomo 1 y 2 (2002)
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- Nor-Cal Products, Catálogo “nw & iso flanges” August 1992
- Swagelok, Catálogo “VCO® O-ring face seal Fittings” January 2000
- Swagelok, Catálogo “Racores de cierre frontal con junta plana metálica
VCR®” Diciembre 1999
- Swagelok, Catálogo “Racores para tubos Galgables” Enero 1995
S.Chiussi, Dpto. Física Aplicada, Univ.Vigo