Лабораторная работа №1 определение параметров вакуумных систем установок для получения тонких пленок



страница1/4
Дата15.01.2018
Размер426 Kb.
Название файлаLaboratornaya_rabota_Бадаев.doc
ТипЛабораторная работа
  1   2   3   4

Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ УСТАНОВОК ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
Цель работы

Ознакомление с принципами построения и действия ступенчатых систем откачки вакуумных установок, изучение методики расчета вакуумных систем и определение их основных рабочих параметров.

Указания по технике безопасности

K paбoтe с вакуумным напылительным оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие проверку знаний по правилам технической эксплуатации (ПТЭ) и правилам техники безопасности (ПТБ) при эксплуатации электроустановок потребителей и прошедшие инструктаж на рабочем месте.

Квалификационная группа по ПТЭ и ПТБ - 1.

Во избежание электроопасности работу проводить на исправном оборудовании и при наличии заземления.

Во избежание ожогов жидким азотом при переливании не допуска­ется работа без перчаток и защитных очков, а также в спецодежде, загрязнен­ной маслами и другими жирами.

Для предупреждения пожароопасности в помещениях, где проводятся работы с этиловым спиртом, запрещается работать с открытым огнем. Работы проводить согласно инструкции по охране труда для работающих с синтетическим и гидролизным спиртами ШИ 0.091.162 ОТ.

Настройку электрической части разрешается производить лицам, имеющим по технике безопасности допуск к работе с электрооборудованием свыше 1000 В и изучившим конструкцию установки.
2. Домашние задания и методические указания по их выполнению
Физические методы получения тонких пленок основаны на образовании потока атомных частиц (отдельных атомов, молекул или ионов) из напыляемых материалов и последующей их конденсации на поверхности подложки. Для этого необходимо применение высокого вакуума, поэтому физические методы нанесения тонких пленок называют вакуумными.

На распространение потока пара испаряемого вещества существенно влияет степень вакуума в рабочей камере, от которой зависит длина свободного пробега l. Согласно кинетической теории газов


, (1)
где k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура; δ – эффективный диаметр молекулы газа (для воздуха δ = 3,7∙10-10 м).

Из выражения (1) следует, что значение l зависит от степени вакуума (при p = 1,33 Па l = 4,7 мм, при р = 1,33∙10-2 Па l = 47 см).

Кроме того, степень вакуума сильно влияет на процесс образования пленок, на их структуру и свойства. Наличие остаточных газов в рабочей камере нарушают условия конденсации и ухудшают свойства напыляемых пленок.

Поэтому одной из центральных проблем производства пленоч­ных изделий электронной техники (ИЭТ) является проблема создания чистой технологической среды - высокого и сверх­высокого вакуума.

В современных технологических установках для получения высокого и сверхвысокого вакуума используются механические (объемного и молекулярного действия), диффузионные, турбомолекулярные, сорбционные и криогенные насосы.
Принципиальная схема высоковакуумной системы пр 10-5 Па) стандартного типа, которая применяется в пле­ночной технологии, показана на рис. 2.

Вакуумная система состоит из диффузионного насоса 1 с охлаждаемой ловушкой 4, форвакуумного баллона 3. Высоко­вакуумный затвор 5 изолирует вакуумную систему от контак­та с атмосферой во время установки нового изделия. При от­качке воздуха из вакуумной камеры через линию предвари­тельного разрежения диффузионный насос 1 работает на форвакуумный баллон 3, который отделен в это время от механи­ческого насоса 2 клапаном 9. При выключении системы для исключения попадания масла в клапаны 9 и 10 предусмотрен клапан-натекатель 11. Измерение давления производится ма­нометрическими датчиками 6, 7 и 8.




Рис. 1. Принципиальная схема высоковакуумной системы стандартного типа: 1 - диффузионный насос; 2 - механический насос; 3 - форвакуумный баллон; 4 - ловушка; 5 - высоковакуумный затвор; 6, 7, 8 - манометрические датчики; 9, 10 - клапаны; 11-12 клапаны-натекатели; 13 - рабочая камера
Схема вакуумного поста ЭВП-2 представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема вакуумного поста ЭВП-2: К1 – К5 – клапаны; РО – рабочий объем; ФН – форвакуумный насос; ДН ‑ диффузионный насос; БФ – баллон форвакуумный


Состояние клапанов в зависимости от положения ручки распределителя представлено в таблице («О» – открыт; «З» – закрыт).
Таблица 1


Положение ручки распределителя

Клапаны

К1

К2

К3

К4

К5

0

0

3

3

3

3

В

3

3

0

3

3

ПВ

3

0

3

3

3

ВВ

3

3

0

0

3

На рис. 3 показана принципиальная схема сверхвысоковакуумной системы комбинированной откачки (Рпр ≤ 10-5 Па).



В качестве сверхвысоковакуумного насоса используется ионно-геттерный, геттерный испарительный или магнитный электроразрядный насос 1, который производит откачку через прогреваемый клапан 2. Для создания предварительного раз­режения пр 10-5 Па) в камере и откачки сверхвысоковаку­умного насоса предназначен диффузионный насос 5 с азотной ловушкой 4 и механический насос 6.

Рис. 3. Принципиальная схема сверхвысоковакуумной системы: 1 - сверхвысоковакуумный сорбционный насос; 2, 3 - клапаны; 4 - азотная ловушка; 5 -диффузионный насос; 6 - механический насос; 7, 8 - манометрические датчики; 9 - клапан; 10 - клапан-натекатель; 11 – рабочая камера
В вакуумных системах, приведенных на рис.2 и 3, используются диффузионные и механические насосы. Эти на­сосы загрязняют остаточную атмосферу технологической ус­тановки парами масла и продуктами их крекинга. Адсорбируясь на поверхности подложки, пары органических соединений образуют прочно связанные с ней слои, которые препятствуют созданию хорошей адгезии между покрытием и подложкой. Кроме того, в процессе осаждения пленки загрязняются пара­ми масел, что в некоторых случаях приводит к необратимому изменению свойств напыленных пленок. Поэтому в настоящее время в сверхвысоковакуумных системах нашли широкое применение безмасляные средства откачки, когда использу­ются сорбционные и криогенные насосы.

Длительный предварительный прогрев рабочего объема, вызывая де­сорбцию газов с их откачкой, способствует улучшению вакуума.

Приборы для измерения давления в вакуумной системе называют вакууметрами. Они состоят из манометрического преобразователя и измери­тельного устройства. Наиболее распространенные манометрические преобра­зователи - тепловые, ионизационные и магниторазрядные.

Тепловые манометры чувствительны к меняющейся в процессе откачки теплопроводности газовой среды и эффективны только для измерения низкого вакуума.

Ионизационные манометры действуют на принципе пропорциональности давления ионному току, возникающему при ионизации остаточных га­зов термоэлектронами. Диапазон измеряемого вакуума 10 ÷ 10-6 Па.

Принцип действия магнитных преобразователей основан на зависимости тока самостоятельного газового разряда в скрещенных магнитном и электрическом полях от давления. Применение сильных магнитных полей (Н > 0,1 Тл) расширяет диапазон измеряемых давлений до 10 ÷ 10-11 Па.


Задание № 2

Методика проектного расчета вакуумной системы.

Проектный расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Определение суммарного газового потока, поступающего в вакуумную систему. В общем случае суммарный газовый поток определяют четыре потока газов, поступающих в вакуумную систему:


QΣ = Qизд + Qст + Qнат + Qпрон = Pпред∙ S0, (2)
где Qизд - поток газов, поступающих из обрабатываемых изделий; Qст - поток газов, выделяющийся со всех стенок, обращенных в вакуумную полость; Qнат - поток газов, натекающих в вакуумную систему через неплотности; Qпрон - поток газов, поступающих в вакуумную систему за счет проницаемости; Pпред - предельное давление в рабочей камере; So - эффективная быстрота откачки вакуумного объема при давлении Pпред.

Поток газов Qизд можно определить по формуле


, (3)
где т - масса обрабатываемых изделий, кг; qизд - удельное газовыделение из материала обрабатываемых изделий при данной температуре, (м3Па)/кг (значения величины удельного газовыделения qизд для материалов при различных температурах являются справочными данными); п - коэффициент, учитывающий неравномерность процесса газовыделения, обычно п = 1,5-3.

Поток газов Qcm суммируется из потоков газов, выделяющихся со всех стенок вакуумной системы, обращенных в вакуумную полость, и определяется как


, (4)
где gi газ - скорость удельного газовыделения с поверхности стенки вакуумной системы после 1 ч отжига, (м3 Па)/(м2.с); Ai - площадь поверхности стенок, обращенных в вакуумную полость, изготовленных из разных материалов.

Поток газов Qнат, натекающих в вакуумную систему через соединения, обычно берется или по характеристикам элементов вакуумной системы, или равным чувствительности течеискателя, умноженной на число мест, которые могут быть источниками натекания


, (5)

где gтеч - чувствительность течеискателя или минимально обнаруживаемый поток пробного вещества; n - число источников натекания.



Поток газов Qпрон суммируется из потока газов , протекающего в вакуумную камеру через резиновые уплотнители, и потока газов, протекающих через стенки нагреваемых элементов, отделяющих вакуумную систему от атмосферы (например, стакан для термопары):
(6)
(7)
где gпрон,i- удельный поток проницаемости данного газа, (м3Па)/(м2с); А - площадь стенки, м; d - толщина стенки, м; Pi - парциальное давление i-го газа (N2, O2, Н2, ...).
Выбор основного насоса, исходя из заданного предельного давления. Например, если Рпред = 10-3 – 10-4 Па, то в качестве основного насоса выбирается пароструйный диффузионный насос.

Определение эффективной быстроты откачки камеры S0 для заданного предельного давления Рпред и рассчитанного суммарного газового потока


. (8)

Определение скорости откачки диффузионного насо­са. Быстрота действия насоса при проектном расчете выбира­ется из условия обеспечения рабочего давления в установлен­ном режиме работы вакуумной системы:


, (9)



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©coolnew.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Теоретические основы
Общая характеристика
Лабораторная работа
Методические указания
Теоретические аспекты
Дипломная работа
Федеральное государственное
Пояснительная записка
Рабочая программа
Методические рекомендации
История развития
Общие сведения
Практическая работа
Теоретическая часть
государственное бюджетное
Физическая культура
Основная часть
Краткая характеристика
квалификационная работа
Выпускная квалификационная
Практическое задание
Современное состояние
Направление подготовки
государственное образовательное
теоретические основы
Самостоятельная работа
Методическая разработка
Название дисциплины
история возникновения
Финансовое планирование
История возникновения
бюджетное учреждение
Гражданское право
Теория государства
Учебное пособие
Общая часть
Конституционное право
Российская академия
Правовое регулирование
образовательное бюджетное
прохождении учебной
Политические партии
Административное право
Организация производства
истории развития
Финансовое право
Организационная структура
Фамилия студента
Общие понятия