Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 25
Текст из файла (страница 25)
2-27). Недостаточная скорость откачки часто бывает причиной того, что в процессе прогрева и испарения ряда материалов, обладающих значительным газовыделением, рабочий вакуум в установке ухудшается и достигает 5 ° 10-б мм рт. ст. 127 Одннгн из возможных путей частичной модернизации существх ющпх напылительных установок является встраивание в пх рабочпс обьемы малогабаритных титановых испарительных насосов. При этом значительно снижается парцнальное давление таких вредных компонентов, как тяжелые углеводороды, окись углерода, пары воды и гидрокснльная группа, и по сути дела основной 0 лунем Ол/сел УООлу .." сушка Ю0л/г Рис.
2-27. Изменение эффективной скорости откачки паромасляного насоса прн использовании различных охлаждаемых ловушек. компонентой остаточных газов является водород (рис. 2-28) . Разработка новых рабочих жидкостей, облада1ощих исключительно низким давлением пара, позволяет отказаться от использования азотных ловушек Так, например, пснтафенилметилсилоксан марки ДС-705 имеет при комнатной температуре давление пара 3 1Π—" млг Рт. ст. и одновременно обладает высокой термической стойкостью.
Современные модернизированные конструкции паромасляных насосов, работающие на силоксане ДС-705, прн сравнительно небольших размерах имеют высокие эксплуатационные параметры. Так, например, насос Д12 000 фирмы «Негаепз» при диаметре впускного патрубка 200 мш и длине корпуса 496 мм имеет скорость откачки 2 000 л)сек в диапазоне давлений !0-'— 10-' мм рт. ст. и обеспечивает предельный вакуум 1О-' мм ртз ст. Насос 17НЯ фирмы «)х)а1!опа! Рсезеагс)) Согрога)1оп» при диаметре впускного патрубка 150 мм 128 и длине корпуса 600 лсл) имеет скорость откачки 2 4 00 л) сек. Использование силоксана ДС-705 позволяет полу- чить в насосе предельный вакуум <1О-э мм рт.
ст. без применения низкотемпературных ловушек и 10 — "— 10-и мм рт. сг. с охлажденными до минус 20 — 30'С ло- вушками. Обратный поток паров силоксана 10 хй) ДС-705 из насоса в от- з качнваемый объем составляет 0,3 лгг7ч см' без ловушки и 5 ° !Π— а лег)'и ° слсз 7 при охлаждаемом проточной водой угловом па- м трубке над насосом.
Снлоксан обладает высокой К)7) термоокислительной стой- р э костью. Так, например, 800 повторяющихся цик- 4 х)1) х)1) лов из 5-минутного папу- 2 хй) ска в работающий насос атмосферного воздуха и последующей 15-минутной о г, м,тм откачки без напуска воздуха не приводят к заметному осмолению рабочей жидкости и ухудшению характеристик насоса. Возможность работы на силоксане ДС-705 без азотных ловушек позволяет значительно повысить эффективность использова- ния быстроты действия паромасляных насосов, и насосы этого типа целесообразно применять в качестве основ- ного откачного средства при проектировании высокопро- изводительных непрогреваемых напылительных устано- вок, Высокое предельное разрежение и «безмасляную» атмосферу остаточных газов, практически не содержа- щую тяжелых углеводородов, обеспечивают насосы, ис- пользующие распыление титана.
В частности, титановые насосы магнитно-электроразрядного типа обладают це- лым рядом достоинств. В процессе эксплуатации они 9 — 2б! 129 Рис. 2-28. Спектр масс остаточных газов в рабочем объеме напылительной установки при отказ. ке только паромасляным насосом )не заштриховано) и при совместной работе парокасляного и титанового испарительного насосов !заштриховано]. практически не расходуют электроэнергии и для их ра. боты не обязательны хладагенты. Насос сам регулирует распыление титана, что позволяет экономно расходовать его запас и обеспечивает высокий срок службы насоса. В насосе нет нагретых деталей, и он не боится аварийного прорыва атмосферы.
В работе (Л. 86) производилось сопоставление эксплуатационных свойств паромаслянаго и магнитноэлектроразрядного насосов при изменении газовой нагрузки. При этом было установлено, что если после напуска в откачиваемый объем газа до давления 10-' мм рт. ст. паромасляный насос очень быстро (в течение нескольких минут) снижает давление до предельного (2 10 †' мм Рт, ст.), то при использовании магнитно-электрозарядного насоса даже для снижения давления с 3 10-е до 3 10-' мм рт.
ст. требуется значительное время (около получаса). В работе делается вывод„ что при больших или сильно меняющихся нагрузках (которые, кстати, обычно имеют место при очередном разогреве напылясмого вещества) следует избегать применения магнитно-электроразрядных насосов в качествс основного откачнога средства. Выводы, сделанные в этой работе, могут быть объяснены при сравнении скоростных характеристик различного вида насосов (рис. 2-26).
В отличие от паромасляного насоса,(кривая 2), имеющего постоянную быстроту действия вплоть до давления ! 10-и мм рт. ст., магнитный электроразрядный насос (кривая 4) снижает свою быстроту действия уже при давлении (3 — 5) ° 10-е мм рт. ст. По этой причине ° при резких газовыделениях магнитно-электроразрядные насосы, нс обладающие достаточно большой быстротой действия, могут «захлебываться», и потребуется длительное время для восстановления в откачиваемом объеме рабочего вакуума. Резкое снижение быстроты действия при увеличении давления, длительный пусковой период (несколько часов), высокая селективиость при откачке газовой смеси, большие габариты, вес и высокая стоимость сушественно ограничивают применение магнитно-электроразрядных насосов в напылительных установках промышленного типа.
Быстрота действия титанового испарительного насоса (семейство кривых 3 на рис. 2-26) также снижается с увеличением давления в откачиваемом объеме, и насос обладает селективностыо при откачке газовой смеси. 130 Однако достоинством этого насоса является возможность регулирования в широких пределах скорости откачки за счет изменения мощности нагрева испарителя. При повышении мощности нагрева испарителя скоростная характеристика насоса сдвигается в область бальших давлений.
Эта особенность насоса в сочетании со сравнительно небольшой инерционностью позволяет использовать его в качестве ю ' вспомогательного откачнаго л средства, включая в период,,о-г непосредственно предшесг- Е вующий обильному газоны- в м л делению. На рис. 2-29 приведены ч м 1 кривые откачки иепрогревасмой напылнтельной уста- ' го л новки с помошью магнитна- 4 5 ЭЛЕКтРОРаЗРЯДНОГО И тИта- Ч 1О л. нового испарительного насосов,(Л. 104).
Кривая, показанная сплошной линией,со- О гО ЭО ОО ЗО 1ОО ггО дкелгя,,и и и ответствует процессу откач- Рис. 2-29. Кривые откачки веки рабочего объема в том счучче когда магнитна-элен- установки с помощью иагиит троразрядный насос был кого электрераэоккиего и типредварительно откачан до текевеге исиигитеиьиеги иивысокога вакуума и отсое- сосов. динен от рабочего объема при помощи вакуумного затвора. Штриховая кривая соответствует процессу откачки после одночасовой выдержки как рабочего объема, так и магнитно-электро- разрядного насоса при атмосферном давлении. Предварительная откачка производится с помощью двух (участок 1), а затем одного (участок 2) цеалитового насоса, после чего открывается вакуумный затвор и для откачки рабочего объема используется магнптпоэлектроразрядный насос (участок 3). В момент времени 4 затвор закрывается, и производится прогрев титанового испарителя для его обезгаживания.
В момент времени 5 затвор вновь открывается, и дальнейшая откачка на участке б производится как магнитно-электро- разрядным, так и титановым пспарительным насосом. После 2 ч непрерывной откачки в рабочем объеме не- ЯЭ 131 прогреваемой установки получается разрежение 5 ° 10 †' мм рг. Пг.
в том случае, если магнитный электро- разрядный насос не сообщался с атмосферой. Если же в него был напущен атмосферный воздух, то после двухчасовой откачки не удается получить давление ниже 1 10-в мла рт. ст. Отсюда очевидно, что магнитно-электроразрядные насосы целесообразно применять в качестве основного откачного средства только в высоковакуумных и сверхвысоковакуумных прогреваемых напылительных установках лабораторного типа, где длительность технологического цикла не имеет первостепенного значения и где в процессе запуска установки допустим ее длительный прогрев.
Высокое предельное разрежение (10-а — !О-'мм рт. Пг.), постоянство быстроты действия в очень широком диапазоне давлений (10'' — !О-' мм рт. Пг.), сравнительно небольшой пусковой период и отсутствие резко выраженной селективности при откачке газовой смеси показывают перспективность использования турбомолекулярного насоса для откачки напылительных установок, К недостаткам насоса следует отнести его высокую стоимость, большие размеры н вес, наличие быстро вращающегося ротора (около 15 000 об)уиин), а также возможность выхода нз строя в результате заклинивания вращающихся частей.
Сопоставление стоимости откачки при использовании различного типа насосов (рис. 2-30) показывает, что хотя по мере увеличения откачиваемого объема (диаметра впускного отверстия) затраты на откачку 1 л резко снижаются, однако у рассматриваемых насосов соотношение стоимостей остается постоянным. Так, например, откачка с помощью диффузионного паромасляного насоса примерно в 2 раза дешевле, чем при использовании титанового насоса (Л. 1061 Успехи криогенной техники позволяют в настоящее время реально обсуждать возможности применения криогенных конденсационных насосов для откачки напылительных установок.
Достоинством насосов этого типа является то, что они обеспечивают возможность получения значительных скоростей откачки при сравнительно небольших размерах откачивающей части насоса (конденсатора). Одним из существенных отличий криогенных насосов от обычных средств откачки является то, что конденсатор может непосредственно устаиавли. 132 ваться в самбм откачиваемом обьеме, в результате чего эффективная скорость откачки установки фактически приближается к быстрое действия насоса. Скорость откачки насоса практически постоянна в широком диапазоне давления, и насос способен обеспечить предельный вакуум 10-' узм рт.
Пг. при полном отсутствии паров рабочей жидкости в откачиваемом объеме. По существу 700 й пп 90 е й70 "ыПП 90 е 900 70 мости длительного прогрева рабочего объема установки. Конструкции насосов достаточно просты, и основной проблемой их эксплуатации является получение, использование и утилизация низкотемпературных хладагентов.
Прп этом энергетические затраты, необходимые для получения хладагентов, сопоставимы с затратами при работе паромасляных агрегатов, обеспечивающих ту же самую скорость откачки, Недостатком криогенных насосов является то, что они не откачивают те газы, которые не конденсируются или не адсорбируются охлажденными поверхностями. Так, например, если в качестве хладагента использовать жидкий водород, то насос будет откачивать гелий н водород. Если необходима откачка этих газов, то, помимо криогенного насоса, к рабочему объему установки может быть подсоединен насос другого типа (например, паромасляный или титановый насос с небольшой быстротой действия). Для удаления водорода во многих случаях достаточно эпизодическое напыление титана на поверхность, охлаждаемую жидким азотом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
