Showing posts with label Kỹ thuật chân không. Show all posts
Showing posts with label Kỹ thuật chân không. Show all posts
 Phân biệt sấy lạnh, sấy chân không và sấy thăng hoa

Phân biệt sấy lạnh, sấy chân không và sấy thăng hoa

Sấy lạnh, sấy chân không và sấy thăng hoa, cả ba phương pháp sấy này đều sấy ở nhiệt độ thấp. Và ít nhiều chúng có những nét tương đồng nên có thể dễ nhầm lẫn chúng với nhau. Và chất lượng sản phẩm sấy của 3 phương pháp này cũng sẽ khác nhau. Bài viết này hy vọng sẽ cung cấp cho các bạn sự khác biệt cơ bản của 3 phương pháp sấy trên.

1. SẤY LẠNH
Sấy lạnh còn gọi là sấy bơm nhiệt

Sấy lạnh là phương pháp sấy bằng tác nhân là không khí rất khô ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sấy thông thường. Dải nhiệt độ sấy từ 35-60 °C, độ ẩm không khí sấy vào khoảng 10-30%. Quá trình sấy được tiến hành ở áp suất khí quyển.

Máy sấy lạnh được cấu thành bởi một máy bơm nhiệt được đặt trong một tủ sấy hoặc một hầm sấy tùy theo quy mô. Máy bơm nhiệt có một đầu nóng và một đầu lạnh. Đầu nóng sẽ cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân sấy, còn đầu lạnh dùng để tách ẩm cho không khí sấy. Do đó, máy sấy lạnh còn gọi là máy sấy bơm nhiệt.

Nguyên tắc làm việc: Không khí nóng và khô được lưu thông qua các khay của sản phẩm cần sấy. Kết thúc chu trình này nhiệt độ không khí sẽ giảm xuống và độ ẩm sẽ tăng lên. Sau đó luồng không khí mang hơi ẩm của nông sản sẽ được hút qua ống của dàn lạnh ngưng tụ. Tại đây không khí sẽ được làm lạnh xuống dưới điểm ngưng tụ. Hơi nước trong không khí bị ngưng tụ tách ra làm cho không khí có độ chứa hơi giảm về không. Luồng không khí khô lạnh này được dẫn qua buồng nóng để đốt nóng. Nhiệt độ không khí tăng dần trong khoảng cho phép (35 ÷ 60) °C.

Sau đó, chúng được dẫn vào buồng sấy chứa sản phẩm. Dưới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên bề mặt sản phẩm với áp suất riêng của hơi nước trong không khí (tác nhân sấy), hơi nước ở sản phẩm tự bay hơi và làm khô sản phẩm. Quá trình này diễn ra liên tục và tuần hoàn khép kín.

Do nhiệt độ môi trường sấy thấp, cao nhất khoảng (35 ÷ 60) °C, nên chất lượng sản phẩm ít bị ảnh hưởng. Sản phẩm có chất lượng tốt, mang lại giá trị kinh tế cao.

Có thể thấy sấy lạnh là một phương pháp sấy hoàn toàn khác biệt và không liên quan gì đến phương pháp sấy thăng hoa cả.

Thin film - Kỹ thuật màng mỏng (P2): Chi tiết quá trình xử lý

Thin film - Kỹ thuật màng mỏng (P2): Chi tiết quá trình xử lý

Tìm hiểu các phương pháp và kỹ thuật dùng trong khâu Thin film tại đây
Trong bài viết này sẽ đi sâu chi tiết vào quá trình này và chủ yếu về màng mỏng cho lớp dẫn điện, lớp cách điện và cuối cùng là lớp bảo vệ vi mạch IC đã hoàn thiện.

Wafer sau khi đã có transistor rồi thì mục kế tiếp là nối chúng lại với nhau bằng dây kim loại.
Khâu làm về phần kim loại này thường được gọi là khâu Thin film. Tuy nhiên không phải lúc nào khâu này cũng làm về kim loại. Khâu này cũng làm về lớp EPI (Epitaxy) hay làm lớp cách điện để các dây không chạm nhau.

Một số màng phổ biến bao gồm:
• Silicon Dioxide - chất cách điện.
• Silicon Nitride - bảo vệ vi mạch IC đã hoàn thiện.

• Polysilicon - được sử dụng làm dây dẫn và điện cực điều khiển cho một số loại bóng bán dẫn.
• Nhôm - được sử dụng làm conductor.
• Đồng - loại conductor mới nhất, có điện trở thấp hơn nhôm.

• Titanium Nitride hoặc Tantalum Nitride - được sử dụng làm rào cản giữa các màng để ngăn tương tác.



Thin film - Kỹ thuật màng mỏng (P1): CVD, PVD, LPCVD, Sputter, evaporation...

Thin film - Kỹ thuật màng mỏng (P1): CVD, PVD, LPCVD, Sputter, evaporation...

Kỹ thuật màng mỏng
Thin Films - Màng mỏng

Thường có độ dày từ một vài micron đến vài nanomet.
Các màng phổ biến bao gồm:
Silicon Dioxide - chất cách điện.
Silicon Nitride - bảo vệ vi mạch IC đã hoàn thiện.
Polysilicon - được sử dụng làm dây dẫn và điện cực điều khiển cho một số loại bóng bán dẫn.
Nhôm - được sử dụng làm conductor.
Đồng - loại conductor mới nhất, có điện trở thấp hơn nhôm.
Titanium Nitride hoặc Tantalum Nitride - được sử dụng làm rào cản giữa các màng để ngăn tương tác.
....

Chủ yếu để tạo những lớp vật liệu có bề dày như mong muốn lên trên một lớp vật liệu khác. Đây là quá trình đòi hỏi khá nhiều kiến thức bổ xung như kỹ thuật chân không, cấu trúc vật liệu…Các kỹ thuật cơ bản để tạo màng mỏng ở đây gồm hai phương pháp – vật lý và hoá học. Phương pháp vật lý bao gồm: phún xạ (sputtering), bốc bay hơi nhiệt (evaporation), phương pháp phun tĩnh điện…Trong khi đó phương pháp hoá học có: lắng đọng hoá học pha hơi (CVD), lắng đọng hoá học pha hơi áp suất thấp (LPCVD), và Sol-gel.
Giới thiệu về Vacuum Transfer Module (Vacuum Cluster Tool) - module truyền dẫn chân không (P1)

Giới thiệu về Vacuum Transfer Module (Vacuum Cluster Tool) - module truyền dẫn chân không (P1)

1. Giới thiệu chung:

Vacuum Transfer Module - VTM (Vacuum Cluster Tool) hay có thể gọi tên sang tiếng Việt là module truyền dẫn (vận chuyển trong) chân không. Module này được dùng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất liên quan đến công nghệ bán dẫn (fab) và thường là sẽ làm việc trong môi trường phòng sạch. Trong ngành sản xuất linh kiện bán dẫn nó là một module trung gian để vận chuyển wafer (silicon wafers hoặc quartz photo-masks) giữa môi trường khí quyển (thường viết tắt là atm trong từ atmosphere) và môi trường chân không (thường viết tắt là vac trong từ vacuum) từ bộ EFEM (Equipment Front End Module) là module trang bị đầu vào (đưa đến wafer chưa qua xử lý và nhận lại wafer đã được xử lý xong) tới các module xử lý (PM- process module chẳng hạn như các module deposition, photoresist, aligner (align photo mask), UV light, etch...) để xử lý wafer theo yêu cầu. Tùy theo một hệ thống với chức năng nào đó mà có thể chứa 1,2 hoặc nhiều module truyền dẫn chân không này. Hãy xem một số hình bên dưới để thấy rõ hơn.


Đây là một hệ thống OLED Equipment bao gồm 1 module VTM với 3 buồng TM (là buồng chứa vacuum robot làm nhiệm vụ trung chuyển wafer trong môi trường chân không, các bạn có thể thấy xung quanh buồng TM có các khối vuông với các chữ viết tắt như PT, LL, Mask, HTL, HIL... đó chính là các module xử lý (PM) mà tấm wafer sẽ được di chuyển đến cho các công đoạn xử lý khác nhau.
Buffer chính là buồng đệm để vận chuyển wafer xuyên giữa các module TM với nhau. TM là buồng chamber có chứa Vacuum Robot, chi tiết hơn sẽ đề cập ở bên dưới.

Một số hệ thống khác:



Một hệ thống khác


2. Cấu tạo chung của một Vacuum Transfer Module (VTM):
Thường thì tùy theo bài toán và mục sản xuất mà các module VTM khác nhau được thiết kế ra. Dùng loại wafer nào? 200mm, 300mm, 400mm... theo đó kích thước buồng chamber (gồm TM chamber và Loadlock chamber, sẽ nói cụ thể sau) sẽ khác nhau. Có mấy module xử lý (PM) để thiết kế buồng TM chamber có mấy cửa theo đó, TM chamber có thể là hình vuông, hình lục giác, bát giác... Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến thiết kế một VTM như có tích hợp TM pump luôn không hay tách rời, có spare module xử lý (PM) nào không, có tích hợp LPM- Loadport module (cổng load wafer)... Hãy cùng xem một số hình bên dưới để thấy rõ hơn.
Kiểu 2 buồng TM chamber với 5 cửa PM, Load lock : STACK Type, wafer 200mm


Kiểu 1 buồng TM chamber với 4 cửa PM, Load lock : STACK Type, wafer 300mm

Kiểu 1 buồng TM chamber với 6 cửa PM, Load lock : DUAL STACK TYPE,, wafer 300mm
Kiểu 1 buồng TM chamber với 4 cửa PM, Load lock : ANGLE Type, wafer 300mm
Kiểu 1 buồng TM chamber với 6 cửa PM, Load lock : ANGLE Type, wafer 200mm

Bây giờ chúng ta hãy cùng đi vào tìm hiểu chi tiết nhé:

2.1 Loadlock: Cửa đón nhận wafer, cấp wafer chưa qua xử lý từ EFEM tới buồng TM, rồi từ đây thông qua Robot chân không (vacuum robot) các wafer đó sẽ được vận chuyển sang các PM module để xử lý theo yêu cầu.
Ở phía trước có các Door valve và phía sau có các Slot valve giống như tên gọi chúng là các cửa đóng mở được vận hành dựa theo chu trình bơm chân không và quá trình vận chuyển wafer từ bên ngoài vào bên trong buồng chamber chính (TM chamber).

Vacuum pumps - Các loại bơm chân không

Vacuum pumps - Các loại bơm chân không

Có rất nhiều loại bơm chân không như ở hình trên nhưng thông dụng thì có một số loại như bên dưới. hãy cùng tìm hiểu nhé.
1. Rotary pump (backing pumps- bơm trợ giúp)
Một trong những loại bơm áp suất cao (low vacuum) là rotary vane pump. Nó bơm từ 760 Torr xuống tới khoảng chừng 10 Torr cho tới 10-3 Torr. Vì miếng vane của nó dài ngắn tùy theo góc quay cho nên trọng tâm của trục quay không nằm tại tâm của trục. Vì vậy nên loại bơm này bị rung rất mạnh và thường được gắn trên các chân cao su để chống rung. Và họ dùng các ống dẫn hơi "mềm" để sự rung động không chuyền qua các máy bơm khác. Các loại dùng trong fab thường dùng bơm loại này như có thêm dầu để giải nhiệt và làm kín mặt vane/piston và xy lanh (giống như nhiệm vụ của nhớt xe). Cái loại này rất nhỏ chừng 15kg-30 Kg.
- Compression by a mechanical motion
- P > 10-3 mbar
- “Roughing” to pump air out of chamber
- “Backing” to maintain foreline pressure for high vacuum pump

2. Cryo pump (high vacuum pump)
Bơm chân không ở high vacuum, sử dụng các khí hóa lỏng ở nhiệt độ thấp, ví dụ như nitơ lỏng ở 77K..., để bẫy khí nhằm tạo ra chân không siêu cao.
Loại bơm này dùng hơi lạnh làm cho các nguyên tử mất gần hết năng lượng (kinetic energy) sẽ chạy chậm hơn và bị giữ lại trong một lớp than (giống như lớp than trong mặt nạ chống hơi độc) vì thế áp suất sẽ được giảm xuống theo công thức của động nhiệt học PV=nRT với T= nhiệt và P là áp suất.
- “Freezes” residual gas to internal surface – basically a very big fridge inside the vacuum chamber
- Operates at ~10-20 K
- Need regenerating every so often and routine maintenance in filters
- Very effective for pumping water, N2 and O2

3. Turbo pump (high vacuum pump)
Turbo pump hay đúng ra là momentum exchange pump hoặc Turbomolecular Pumps. Ý nói là dùng mômen để bơm (lực mômen giữa cánh quạt và nguyên tử hơi). Nó nhìn y hệt như một máy phản lực với cái cánh quạt quay với vận tốc cao (chừng 50000 RPM). Loại này nhỏ hơn máy xay sinh tố cho tới loại lớn với đường kính chừng 35cm. Nó có thể đem áp xuất suống tới 10-4 - 10-10 Torr. 
- Momentum transfer pump
- Gas molecules diffuse into pump and are “hit” by rotor blades, changing the molecules direction into the body of the pump.
- Expensive and bearings go eventually but otherwise maintenance free
4. Diffusion pump (high vacuum pump)
Giống như turbo pump hoạt động bằng cách chuyển moomen động lượng. Nguyên tắc nó giống như dùng vòi nước xịt trên nền nhà để rửa sạch đất cát. Nhưng thay vì dùng nước để phun thì nó dùng một loại dầu tạo ra mômen ròng (net momentum) để nén và phun khí ra một chỗ khác. Sự ô nhiễm dầu khiến nó không phù hợp với hầu hết các quy trình trong công nghệ bán dẫn. Sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ống chân không TV cũ do chi phí thấp.

- Like the turbo pump operates by momentum transfer
- An oil spray generates a net momentum and gas compression towards the foreline
- Oil contamination makes unsuitable for most processes in semicon
- Used widely in old vacuum TV tube industry due to low cost
5. Sublimation pump (UHV pump)
Một loại bơm lạ nhất là Sublimation Pump hoặc getter pump. Cái này không động cơ mà dùng phản ứng hóa học để bơm. Các chất hơi phản ứng với kim loại như titanium và crom trong bơm và bị "giữ" lại làm cho áp suất giảm xuống. Dĩ nhiên là loại bơm này rất chậm.
Metals like chromium and titanium sublime and as they do so they condense on the chamber wall trapping residual gas with them.  

Xem thêm nhiều và sâu hơn về các loại bơm khác nhau ở đây. 

Trong máy ion implant và đa số các máy móc chạy trong fab thường chạy trong môi trường chân không khoảng 10-8~10-9Torr. Những máy bơm kỹ nghệ thường chỉ đạt được tới vài Torr thôi. Xuống tới áp suất thấp như thế (high vacuum) thì cần dùng các loại bơm chân không, ban đầu buồng chế tạo được hút chân không sơ cấp (cỡ 10-3 Torr) bởi bơm thường hoặc rotary pump (gọi chung là backing pump- loại bơm thường có hai ống bơm hoạt động song song dùng để tạo ra áp lực thấp tạo điều kiện cho bơm phát tán hơi hoạt động), sau đó sử dụng bơm turbo để tạo chân không cao tới 10-7 Torr và tạo chân không siêu cao bằng bơm iôn hoặc bằng cryo-pump.
Trong tất cả cái loại bơm trên tất cả đều có lỗ hút vô và thổi ra, trừ hai loại cryo và getter pump (Sublimation Pump). Hai loại này sau một thời gian thì bị "đầy hơi" cho nên phải "ợ" ra để còn có sức mà hút tiếp. Cái này kêu là regeneration (gọi tắt là regen). Trong cryo pump thì có 2 lối regen. Quick regen là nâng nhiệt độ lên chừng chục độ K cho những loại ga thường có trong không khí thoát ra bớt. Cái này thường 1 tuần làm 1 lần, mỗi lần chừng 2 tiếng. Loại full regen thì nâng nhiệt độ lên cao tới chừng 20C và dùng bơm như rotary vane để hút hơi "ợ" ra. Cái này thì thường 1 tháng 1 lần, chừng 8 tiếng một lần.

Nguồn tham khảo: Điện tử việt nam
Vacuum gauge- Dụng cụ đo áp suất trong chân không

Vacuum gauge- Dụng cụ đo áp suất trong chân không

Trước tiên hãy cùng xem các kiểu áp kế - dụng cụ đo áp suất (gauge) khác nhau tùy theo khoảng áp suất cần đo ở bảng bên dưới, có khá là nhiều kiểu với phương thức đo khác nhau.
Thế thì làm thế nào để đo áp suất trong chân không?
Với áp suất thấp (760Torr - 1 mTorr) thì người ta thường dùng Thermocouple Vacuum Gauge (T/C). Dân trong fab thường quen miệng kêu tắt là TC luôn. Cái này dùng một cái dây lesso nung nóng tới một nhiệt độ nhất định. Gần đó thì có một cái TC. Hơi nóng từ lesso truyền qua chất khí tới TC. Càng ít khí (áp suất thấp) thì nhiệt truyền qua TC càng ít. Do đó chỉ cần đọc nhiệt độ cuả TC là có thể biết được áp suất trong máy là bao nhiêu. Bên dưới là một mô hình ví dụ cho loại dụng cụ đo này.

Thermocouple Type Vacuum Gauge, nguồn InstrumentationToday
Với áp suất thấp hơn 1 mTorr thì người ta thường dùng ion gauge (tên đúng là hot filament ionization gauge). Nó có thể đo xuống tới 10-10-10-4Torr. Nó là một bóng triode. Khi filament nóng lên bắn sẽ bắn ra các điện tử. Các điện tử này đụng phải cái nguyên tử khí và tạo ra ly tử. Những ly tử này được thu tại chân collector và đổi thành dòng điện. Khi đọc dòng điện này máy biết là áp suất bao nhiêu.
Ngoài ra còn một số kiểu đó khác:
Baratron (capacitance) gauge.
Khoảng đo: 10-3-102
Điện dung của cặp điện cực song song được đo lại. 
Một điện cực được di chuyển bởi áp suất trong buồng chân không
Áp suất được hiệu chỉnh để thay đổi điện dung.
Pirani guage 
Khoảng đo: 10-4-1
Điện trở của một dây nóng phụ thuộc vào nhiệt độ của nó và do đó là cả tổn thất nhiệt dẫn của nó.
Tổn thất nhiệt dẫn lại phụ thuộc vào áp suất khí.
Cold cathode (Penning) guage 
Khoảng đo: 10-6-10-2
Một kV điện áp phân cực được đặt vào anode. Khí ion hóa này ở trong áp kế. Một nam châm giới hạn (giam giữ) các ion trong một đường dẫn vòng tròn bên trong áp kế dẫn đến sự va đập và ion hóa gia tăng làm phát sinh một dòng điện có thể đo được ở cathode.
Giá rẻ
A kV bias is applied to the anode. This ionises gas in the gauge. A magnet confines the ions in a circular path within the gauge resulting in further collisions and ionisation generating a measurable current at the cathode.
Cheap
Nguồn tham khảo: điện tử việt nam
Giới thiệu về chân không - vacuum và ứng dụng

Giới thiệu về chân không - vacuum và ứng dụng

Chân không (vacuum), trong lý thuyết cổ điển, là không gian không chứa vật chất. Như vậy chân không có thể tích khác không và khối lượng (và do đó năng lượng) bằng không. Do không có vật chất bên trong, chân không là nơi không có áp suất.
Một số lý thuyết lượng tử cho biết khái niệm chân không theo nghĩa cổ điển không tồn tại, do vi phạm nguyên lý bất định (Nguyên lý bất định là một nguyên lý quan trọng của cơ học lượng tử, do nhà Vật lý lý thuyết người Đức Werner Heisenberg phát triển. Nguyên lý này phát biểu rằng: "Ta không bao giờ có thể xác định chính xác cả vị trí lẫn vận tốc (hay động lượng, hoặc xung lượng) của một hạt vào cùng một lúc. Nếu ta biết một đại lượng càng chính xác thì ta biết đại lượng kia càng kém chính xác.").


Chân không, theo các lý thuyết này, luôn có sự dao động khối lượng (và do đó năng lượng) nhỏ. Điều này nghĩa là, ở một thời điểm nào đó, luôn có thể xuất hiện một cách ngẫu nhiên các hạt có năng lượng dương và một thời điểm khác hạt này biến mất. Các hạt ngẫu nhiên xuất hiện trong chân không tạo ra một áp suất gọi là áp suất lượng tử chân không. Các thí nghiệm đo đạc áp suất này sẽ giúp khẳng định độ chính xác của các lý thuyết lượng tử về chân không.
Trong thực tế, không có nơi nào trong vũ trụ quan sát được tồn tại chân không hoàn hảo như lý thuyết. Các thí nghiệm và các ứng dụng thực tế có thể tạo ra các không gian chứa ít vật chất và có áp suất thấp. Những không gian này cũng hay được gọi là "chân không" trong kỹ thuật, như khi nói về máy bơm chân không, tùy theo quy ước về giới hạn áp suất thấp. Như vậy, chân không được hiểu là khoảng không-thời gian cụ thể có mật độ vật chất thấp và/hoặc rất thấp. Lưu ý, khái niệm thấp và rất thấp ở đây được hiểu một cách tương đối...
Trang thái chân không, do đó, hiểu là trạng thái có áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trung bình chuẩn, và được chia thành (xem ở hình vẽ bên dưới):
Chân không thấp (low vacuum)
Chân không trung bình (Medium vacuum)
Chân không cao (High vacuum)
Chân không siêu cao (Ultra high vacuum, Extremely high vacuum)
Nói chung, nơi có điều kiện gần với chân không nhất là khoảng không giữa các thiên thể, hoặc khoảng không ở ngoài rìa vũ trụ (cách trung tâm Vụ Nổ Lớn hơn 15 tỷ năm ánh sáng).
Hạt photon của ánh sáng và bức xạ điện từ được cho là di chuyển trong chân không, đúng hơn là trong không gian không có vật chất nào ngoài hạt này, với tốc độ không đổi và không phụ thuộc vào hệ quy chiếu, thường được gọi là tốc độ ánh sáng.
Một phân tử di chuyển được bao xa trước khi nó va chạm? Hãy xem bảng bên dưới
Bạn có thể thấy nhờ không gian chứa ít vật chất và có áp suất thấp mà phân tử có thể di chuyển được rất xa trong môi trường chân không trước khi chúng xảy ra va chạm và biến đổi thành hạt mang năng lượng.

Những thứ bạn có thể làm trong môi trường chân không:
-  Evaporate materials as a coating method
- Thermionic emission from a hot metal surface
- Create a plasma
  • Electrons, ions, neutrals
  • Electron energy distribution function
- Extract an ion beam: Etching, sputtering
- Deposition: Metals, Dielectrics, Organics
- Etch: Chemical, Ion beam
- Implant / doping: this is how silicon transistors are made
- Surface science: SEM, XPS, Auger, Etc..