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Ciência e Tecnologia de Filmes Finos

Aula 4

• Tecnologia de Vácuo

o Prática: Sistemas do LFS o Teoria: Cap3 / Smith

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Aula de hoje: No laboratório: Sistemas de deposição de filmes do LFS Em sala: I - Técnicas

♣♣♣♣ Tipos de bombas

♣♣♣♣ Sensores de vácuo

♣♣♣♣ Selos de vedação em vácuo II - Conceitos

♣♣♣♣ Escoamento molecular / Escoamento fluido

♣♣♣♣ Velocidade de bombeamento

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♣♣♣♣ Impedância / condutância em vácuo III – Problemas práticos:

♣♣♣♣ Determinar a velocidade de bombeamento de uma bomba rotativa

♣♣♣♣ Evaporação térmica (deposição de filme de alumínio).

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I – Técnicas

♣♣♣♣ Tipos de bombas

- qual faixa de pressão de trabalho te interessa ?

Sistemas de bombeamento ... do mais simples ...

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... ao mais sofisticado....

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Gerando pressões entre a atmosférica e ~ 10-2torr (1Pa) – baixo vácuo

Bombas mecânicas (rotativas)

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Gerando vácuo entre ~10-2 e ~10-10 torr (alto vácuo e ultra-alto vácuo)

Bombas difusoras

Bombas turbo-moleculares Bombas criogênicas

Bombas iônicas e de sublimação

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Bombas difusoras

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Bombas Turbo-Moleculares

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♣♣♣♣ Sensores de pressão ... do mais simples ...

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... ao mais sofisticado....

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♣♣♣♣ Sensores de pressão Pirani

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♣♣♣♣ Sensores de pressão

(a) Termopar (b) Capacitância (c) Iônico (Penning)

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♣♣♣♣ Sensores de pressão Faixas de trabalho

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♣♣♣♣ Selos de vedação em vácuo

Baixo e alto vácuo (760 a 10-5 torr) - selo de borracha (O´ring)

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♣♣♣♣ Selos de vedação em vácuo (vedações QF ou KF – O´Ring).

Baixo e alto vácuo (760 a 10-5 torr) - selo de borracha (O´ring)

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Ultra alto vácuo (UHV, p<10-6 torr) Selo metálico – Anéis de cobre (CONFLAT)

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Ultra alto vácuo (UHV, p<10-6 torr) Selo metálico – Anéis de cobre (CONFLAT)

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Resumo: Sistemas de Vácuo - qual faixa de pressão de trabalho te interessa ? As bombas e os sensores dependem - da pressão de trabalho - da vazão dos gases e do tipo de escoamento - do tipo de gás/vapor - do grau de contaminação admissível

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II - Conceitos

♣♣♣♣ Escoamento molecular / Escoamento fluido

♣♣♣♣ Velocidade de bombeamento

♣♣♣♣ Impedância / condutância em vácuo

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Regime de alto-vácuo (molecular) ou regime de fluxo de fluido (viscoso)? Dominam colisões molécula-molécula ou molécula-paredes?

LlKn =

l = livre caminho médio

L=tamanho do sistema

Número de Knudsen Kn > 1 – alto vácuo, colisões molécula-paredes Kn << 0,01 – fluxo de fluido, colisões molécula-molécula 0.01<< Kn < 1 – regime intermediário

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III – Problemas práticos:

♣♣♣♣1 - Determinar a velocidade de bombeamento de uma bomba rotativa

♣♣♣♣2 - Estimar a condutância de uma tubulação de vácuo

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Problema Prático 1: Velocidade de bombeamento - bomba rotativa*

a. Qual a forma de variação da pressão no sistema em função do tempo

quando usamos apenas a bomba rotativa ? b. Estime a velocidade de bombeamento obtida com os dados

experimentais e compare com os valores fornecidos pelo fabricante da bomba. Comente seus resultados.

c. O fluxo do gás bombeado (nitrogênio ou ar) para fora da câmara ocorre em regime molecular ou regime de fluido ?

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Problema 1 - Dicas Esquema - sistemas de vácuo

* Antes de começar o experimento fazer vácuo por alguns minutos na bomba difusora (backing) para não forçar a válvula de alto vácuo (plate valve).

P2

P1

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* 0 a 3 minutos, sensores alternados. Mais medidas nos primeiros segundos (variação mais rápida), menos medidas depois.

• - válvulas de alto vácuo e backing fechadas, válvula roughing aberta.

• - fazer vent do sistema apenas no local apropriado (parte de cima).

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Problema Prático 2: Evaporação térmica