1. rotary pump
진공을 빼는데 가장 먼저 사용되는 1차펌프의 한 종류이다. 기름이 발라진 회전 날개 펌프이다. 펌프 겉면(stator)에는 기체 분자가 들어오는 흡입구(inlet)와 밖으로 나가는 배출 밸브(exhaust valve)가 있고, 펌프 안에는 원통형의 챔버(chamber)가 있고 챔버 안에는 원형의 로터가 있다. 원통형 챔버와 벽면 사이는 약 0.025mm의 간격이 있으며 이 사이는 오일이 채워져 윤활유, 냉각, 틈을 막아주는 역할을 한다.
대기압은 760 Torr (760mmHg) 임으로 챔버의 진공을 깰 때 챔버 내부에 질소 기체를 주입하여 챔버 내부가 약 760 Torr일 때 챔버를 열어 챔버 내부가 오염되는 것을 줄인다.
2. TMP(Turbo molecular pump)
내부에 칼날(blade) 같은 것들이 있는 위 pump가 turbo molecular pump 이다. rotary pump로 10E-5 torr 까지 만들면 2차 펌프인 TMP 펌프를 킬 수 있다. 터보 분자 펌프의 장점으로는 오일을 사용하지 않아 챔버 내부에 미량의 오일이라도 들어가지 않는다.
위 그림을 보면 알겠지만 칼날들이 한줄 간격으로 왼쪽으로 경사진 것 오른쪽으로 경사진 것을 볼 수 있는데 이러한 설계는 기체 분자가 한쪽 방향으로만 이동할 수 있도록 만든다. 두종류의 blade(왼쪽 오른쪽) 중에서 특정 방향의 칼날들만 회전한다. (예를 들면 왼쪽 방향의 칼날들만 회전한다)
챔버로부터 TMP에 들어온 기체분자들은 TMP의 회전하는 날개에 부딛혀서 내려가게 된다. 위 그림을 보면 알 수 있겠지만 칼날들은 점점 촘촘해지고 그 경사각의 변화가 기체를 아래로 내려보내기 힘들게 되어있다. 가장 아래에 있는 칼날을 보면 위에서 부터 들어온 기체 분자가 아래로 빠져나오기 힘들게 구성되어 있다.
TMP 펌프가 정상 풀가동 되기 전에는 100 W 혹은 200 W (정확한 수치는 기억나지 않는다)정도로 TMP에 일률이 표시된다. 하지만 회전날이 충분히 돌면 큰 전력을 공급하여 가속할 이유가 없어서 6~7W 정도로 TMP가 작동할 만큼의 최소 전기적 일률만 주어짐을 확인할 수 있다.
 |
| TMP 펌프 풀가동 후 떨어진 일률 |
3. MFC(Mass flow controller)
한국말로 직역하면 덩어리 흐름 제어기. 한국말로는 유량 제어기.
개날연 블로그의 글에 자세하게 나와있다. 유입이 없다고 볼 수 있는 블로그지만 혹시라도 공부용으로 읽고 있는 분이 있다면 링크를 타고 들어가서 확인하길 바란다.
rotary pump와 turbo molecular pump로 챔버 내의 진공을 충분히 뺀 후에는 방전을 일으키기 위해 Ar 가스를 주입한다. 박막을 제조할 경우 통제변인 (실험하는 동안 일정하게 유지시켜야 하는 잠재적인 독립 변인)으로 비슷한 양의 Ar 가스를 사용하고 , 비슷한 진공도에서 비슷한 시간동안 증착을 해야 유사한 두께의 박막이 증착되는데 이때 우리가 사용하는 Ar 가스의 양이 얼마나 되는지 알고 그 양을 조절할 장치가 필요하다.
4. Convection gauge
아래 그림의 장비안에 필라멘트(filament)가 일정한 온도를 유지하고 있다. 필라멘트가 낮은 온도의 기체분자와 만나면서 열손실이 난다. 필라멘트의 온도가 변하면 그 열 에너지만큼을 보상하기 위해 필라멘트의 전압이나 전류에 변화가 생긴다. 그 전압이나 전류 변화를 측정하여 기체의 압력으로 환산한다. 즉, 고압 또는 저압의 열손실에 대한 보상전압의 비례관계를 입력해놓은 환산값으로 수치화한다. 대기압에서 10E-3 Torr까지 측정하는데 적합하다.
보통 이놈은 고진공상태에서도 그냥 켜둔다. ionization gauge는 저진공에서 틀면 필라멘트가 다 타버리고 고진공에서도 확인만하고 후딱 꺼버리는 것이 좋다.
* convection 은 한국어로 (기체나 액체에 의한 열의) 대류를 뜻한다.
 |
| 상온의 상태를 표시한 convection gauge |
5. Ionization gauge
이온 게이지중에 열전자형 이온게이지를 설명한다.
열전자형 이온게이지(Hot cathode ionization gauge)
cathod : 음극
ion (이온) : 전자를 잃거나 얻어 전하를 띠는 원자 또는 분자를 이른다.
내부의 필라멘트에 전류/전압을 공급하여 가열시킨다. 필라멘트에서 열전자가 방출되고, 열전자는 주변 기체들과 충돌하여 이온화시킨다. 이온화 되면서 나온 전자는 그리드(grid)에 포획되어 전류로 변한다. 즉 열전자는 이온을 하기위해 할일을 마치고 grid로 들어간 것이다.
양이온은 이온 콜렉터에 수집된다. 양이온으로 측정한 이온전류로 기압을 계산한다.
기압이 너무 높을 경우 양이온이 너무 많이 발생하게 되면 측정할 수 없다.
따라서 고 진공 영역인 10E-3 ~ 10E-10 Torr 영역에서 측정한다.
No comments:
Post a Comment