Praktikum z vakuové fyziky
Úloha 6: Vakuová napařovačka
Úvod
Tato úloha se zabývá principem činnosti vakuové napařovačky a měřením čerpací rychlosti vývěv metodou konstantního objemu.
Aparatura je sestavena z velké pracovní komory kulového tvaru, v komoře je umístěn vypařovací element pro deponovaný materiál. Ke spodní části komory je připojen ventilový blok. Aparatura je čerpána pomocí Scroll vývěvy a turbomolekulární vývěvy. Pro měření tlaku je použit ionizační manometr se studenou katodou a Pirani manometr. Pro měření tloušťky naparované vrstvy je použit krystalový oscilátor.
Čerpací rychlost metodou konstantního objemu můžeme určit pomocí vztahu
kde St2-tx je průměrná čerpací rychlost v časovém intervalu t2 — t\, V je objem aparatury, Pt\ je tlak v čase t\, Pt2 je tlak v čase t<i a Po je mezní tlak aparatury.
Kontrolní otázky
• Proč metoda konstantního objemu není vhodná pro měření čerpací rychlosti turbomolekulární vývěvy?
• Jaké vrstvy se dají připravovat vakuovým naparováním?
• Proč nestačí čerpat vakuovou napařovačku jen Scroll vývěvou?
i
Úkoly a pracovní postup
• Prohlédněte si vakuovou napařovačku a seznamte se s jejím ovládáním.
• Z geometrických rozměrů odhadněte objem vakuové komory.
• Připravte materiál pro naparování a substrát na který se bude vrstva naparovat.
• Začněte čerpat vakuovou komoru Scroll vývevou a zaznamenávejte průběh poklesu tlaku v čase. Automatický záznam dat zapnete stisknutím a krátkým podržením červeného tlačítka (držte, dokud se na displeji neobjeví START). Data budou zaznamenána na SD kartu, ze které si je na závěr stáhnete. Čerpejte až do tlaku 2 Pa. Pro ukončení záznamu dat stiskněte a chvíli podržte černé tlačítko (držte, dokud se na displeji neobjeví STOP). Výstupem bude soubor s příponou .dat obsahující dva sloupce - první obsahuje data pro čas a druhý pro napětí. Hodnoty napětí převeďte na tlak. Zaznamenaný průběh poklesu tlaku v čase vyneste do grafu.
• Z průběhu poklesu tlaku v čase spočítejte čerpací rychlost Scroll vývěvy. Do grafu vyneste čerpací rychlost v jednotkách m3h_1 v závislosti na tlaku.
• Přepněte ventily a začněte čerpat komoru pomocí turbomolekulární vývěvy. Automatický záznam dat zapnete stisknutím a krátkým podržením červe-ného tlačítka (držte, dokud se na displeji neobjeví START). Tlak čerpejte až do hodnoty 5 x 10~4 Pa. Výstupem bude soubor s příponou .dat obsahující dva sloupce - první obsahuje data pro čas a druhý pro napětí. Hodnoty napětí převeďte na tlak. Zaznamenaný průběh poklesu tlaku v čase vyneste do grafu.
• Napařte tenkou kovovou vrstvu. Změřte jak se změnila frekvence krystalového oscilátoru během depozice vrstvy a poznačte si maximální proud, který tekl vypařovacím elementem.
• Přepněte ventily, zavzdušněte aparaturu a prohlédněte si napařenou vrstvu.
• V závěru porovnejte naměřenou čerpací rychlost Scroll vývěvy s hodnotou udávanou výrobcem.
2