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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).
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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