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¿Cómo regular la presión parcial de los gases?

¿Cómo regular la presión parcial de los gases? 

Algunos procesos, como los procesos reactivos de sputtering, necesitan que las tasas de incidencia de las moléculas del gas reactivo sobre la superficie recubierta sean lo más constantes posible. 

La "tasa de incidencia" es la misma que la "tasa de impacto" ("impingement rate") que se trata en la página sobre desgasificación; es directamente proporcional a la presión parcial. El intento más sencillo de mantener la presión parcial de una constante de componente de gas se lleva a cabo mediante regulación por medio de una regulación de caudal. Tiene una desventaja: el regulador no es capaz de determinar dónde y cómo se modifican el consumo de gas o la composición del gas presente en la cámara de vacío. La opción más eficaz y efectiva es el control de la presión parcial mediante un espectrómetro de masas, a su vez mediante válvulas de admisión de gas. En este método, los picos significativos de los gases en cuestión se asignan a canales del espectrómetro de masas. Unos reguladores adecuados comparan las señales de salida analógicas de estos canales con puntos de consigna y, para cada canal, derivan la señal de accionamiento adecuada para la válvula de admisión de gas correspondiente de la diferencia entre los valores de destino y real. En la unidad QUADREX PPC se ha dispuesto una configuración de este tipo para controlar seis canales. Asimismo, también pueden facilitarse válvulas de admisión de gas a juego con ella. 

El gas usado para medir la "tasa de impacto" (impingement rate; correspondiente a la presión parcial) debe obtenerse obviamente de un punto representativo de la cámara de vacío. A la hora de evaluar la constante temporal de un circuito de regulación de este tipo, es importante tener en cuenta todos los aspectos temporales (no solo la propagación de la señal eléctrica y el procesamiento del espectrómetro de masas), además de las constantes temporales de la tecnología de vacío y las velocidades de circulación, conforme a lo indicado en la Figura 4.17. Los convertidores de presión o las líneas de admisión de gas que haya instaladas y que conecten la válvula de control y el depósito de vacío contribuyen de manera especialmente significativa a la constante temporal total. Suele ser mejor idea establecer una relación señal/ruido con una señal de gran envergadura (esto es, mediante un diafragma de admisión con una abertura de gran tamaño) en lugar de con periodos de integración prolongados en los distintos canales. En la Figura 4.18 se contrastan los efectos de la presión de sobrealimentación y la prolongación del tiempo de integración de la capacidad de detección de la señal. En las representaciones a, b y c solo se incrementa el periodo de integración de 0,1 a 1,0 y 10 segundos (en total un factor total de 100), respectivamente. Comparativamente, en la secuencia a-d-e-f y en un tiempo de integración constante, la presión total se incrementó en tres pasos: de 7,2 · 10-6 mbar a 7,2 · 10-5 mbar (o en total en un factor de solo 10). 

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Fig. 4.17: Porciones parciales correspondientes a las restricciones temporales totales

Fig. 4.18; Mejorar la relación señal-ruido por aumento de la presión o prolongación del tiempo de integración

Mantenimiento

Vida útil de los cátodos

La vida útil de los cátodos depende enormemente de las características de la carga. En la experiencia se ha demostrado que el producto del periodo de funcionamiento y la presión de funcionamiento puede servir de medida de la carga. Las presiones de funcionamiento superiores (de un intervalo de entre 1 · 10-4 y 1 · 10-3 mbar) tienen un efecto especialmente pernicioso en la vida útil, al igual que determinados influjos químicos, como el de, por ejemplo, los refrigerantes. Cambiar el cátodo es tarea bastante fácil gracias a la sencillez del diseño del sensor. Sin embargo, se recomienda aprovechar la oportunidad para cambiar toda la fuente iónica o al menos limpiarla. 

Equilibrado de sensores

El equilibrado del sensor en el eje de masas (a menudo denominado erróneamente "calibración") se lleva a cabo hoy en día de una manera muy fácil mediante software (por ejemplo, SQX, Transpector-Ware) y se puede observar directamente en la pantalla. Como cabe esperar, en este procedimiento no solo se determina cuál será la disposición a lo largo del eje de masa, sino también la forma de las líneas, esto es, la resolución y la sensibilidad (véase la página sobre Especificaciones en espectrometría de masas).

Limpieza de la fuente iónica y del sistema de varillas

Solo será necesario limpiar el sensor en casos excepcionales en los que esté muy sucio. Por lo general, basta con limpiar la fuente iónica, que resulta muy sencilla de desmontar y limpiar. El sistema de varillas puede limpiarse mediante un baño de ultrasonidos una vez retirado de la configuración. Si la suciedad estuviera lo suficientemente incrustada como para impedir el desmontaje del sistema, el ulterior desmontaje de las varillas, que será necesario, deberá hacerse de fábrica.  

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References

Vacuum symbols

A glossary of symbols commonly used in vacuum technology diagrams as a visual representation of pump types and parts in pumping systems

 

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Glossary of units

An overview of measurement units used in vacuum technology and what the symbols stand for, as well as the modern equivalents of historical units

 

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References and sources

References, sources and further reading related to the fundamental knowledge of vacuum technology

 

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