Ventajas de las bombas criogénicas en procesos de recubrimiento y semiconductores 17 de septiembre de 2020
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Para depositar películas finas de alta calidad para mercados ópticos, como revestimientos antirreflectantes y de filtros, es esencial una alta presión de vacío, que es de 10-3 mbar a 10-7 mbar. Lo mismo ocurre con el recubrimiento metálico, incluidos el aluminio y el cobre, requerido por el sector de los semiconductores. Aunque hay algunas bombas diferentes que pueden alcanzar esta presión, compartimos por qué el uso de bombas criogénicas le ayudará a mantenerse a la vanguardia de su industria.
La diferencia entre las bombas criogénicas, de difusión y turbomoleculares
A primera vista, hay varios tipos de bombas que pueden alcanzar esta presión, a saber:
- Bomba criogénica
- Bombas difusoras
- Bombas turbomoleculares
Al igual que con cualquier bomba de alto vacío, también se necesitará una bomba de vacío previo adecuada.
Las bombas de difusión, aunque ofrecen velocidades de bombeo de hasta 50 000 l/s, crean contaminación por aceite y, por lo general, no son adecuadas para las películas de alta calidad que exigen los sectores óptico y de semiconductores. Se podrían añadir deflectores, pero estos pueden reducir la velocidad de bombeo real hasta en un 50 %. Además, las bombas de difusión tienen costes de funcionamiento relativamente altos en términos de energía y agua de refrigeración. Además de la bomba de vacío previo, se necesita una bomba de retención más pequeña y una línea de derivación adicionales para mantener la bomba de difusión cuando el sistema se evacua inicialmente de la atmósfera.
Aunque las bombas turbomoleculares están exentas de aceite, la velocidad de bombeo máxima es de unos 3000 l/s, lo que suele ser demasiado bajo para procesos de alto rendimiento. Además, estas bombas son deficientes a la hora de bombear vapor de agua y gases ligeros, algo crucial para muchas aplicaciones de recubrimiento.
Los gases más ligeros, como el hidrógeno, no se condensarían a 20 K, por lo que se aplica un recubrimiento de carbón para “crioabsorber” estas especies. Esto, de nuevo, permite velocidades de bombeo más altas para estos gases, en comparación con una bomba turbomolecular. Estos gases acabarán saturando la 2a etapa, lo que provocará un aumento de la presión final.
A continuación, la bomba debe regenerarse calentando las etapas mientras se bombean las especies gaseosas liberadas con una pequeña bomba de vacío previo (se recomienda una bomba exenta de aceite, como una espiral). Esto evita la contaminación de los paneles criogénicos de la bomba. La regeneración suele durar 2 horas y se puede incorporar como parte del mantenimiento rutinario. Una bomba criogénica puede satisfacer todas estas demandas. Como su nombre indica, la bomba emplea un principio de refrigeración. El helio-4 se comprime y expande para alcanzar temperaturas extremadamente bajas, lo que provoca la condensación de especies gaseosas. La bomba criogénica está clasificada como bomba de atrapamiento. El siguiente esquema ilustra un sistema de bomba criogénica típico:
El siguiente diagrama muestra cómo la bomba condensa los gases en función de su punto de congelación:
Hay dos temperaturas distintas, que se logran comprimiendo el helio-4 de alta pureza. La primera etapa atrapa el vapor de agua y ofrece una velocidad de bombeo extremadamente buena, produciendo películas de alta calidad. El tiempo de bombeo de un sistema de alto vacío depende en gran medida de la desgasificación de las moléculas de agua absorbidas, por lo que esta fase de bombeo alto reducirá esta demanda de tiempo crucial.
El tiempo entre regeneraciones se ve obviamente influido por la carga de gas, pero suele ser de 7-10 días, dependiendo de la presión del proceso.
Ventajas clave de las bombas criogénicas
Las bombas criogénicas tienen cuatro ventajas clave para las aplicaciones de película fina en comparación con las bombas de difusión y turbo, a saber:
- Sin riesgo de contaminación por aceite
- Velocidades de bombeo totales de hasta 60 000 l/s
- Bajo coste de propiedad
- Alta velocidad de bombeo para vapor de agua y gases ligeros.
Damos el siguiente paso con el crio
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