Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева Моделирование механизма термического испарения многокомпонентных растворов в динамическом испарителе. Тонкие плёнки впервые были получены Фарадеем в 1857г. Далее тонкие плёнки применялись для физических исследований, и только с совершенствованием вакуумного оборудования стало возможно промышленное производство. В наше время тонкие плёнки получили широкое распространение во многих отраслях. Например: просветляющие покрытия, зеркала, интерференционные фильтры, электроннолучевые трубки и в производстве микроэлектроники, наноэлектроники, нанопокрытий и нанокристаллографии. Технология напыления тонких плёнок. Три основных этапа: Испарение вещества Перемещение вещества Конденсирование паров вещества Испарение веществ и соединений и сплавов. Основная проблема: Достижение однородных, точных по составу, при этом равномерных по толщине тонких плёнок. Основные требования к материалу испарителя. незначительное (минимально возможное) давление насыщенного пара при рабочей температуре; инертность по отношению к испаряемому материалу; обеспечение возможности изготовления различных конструкции испарителей. Конструкции используемых испарителей. Предлагается принципиально новая конструкция динамического испарителя многокомпонентных растворов. Динамический испаритель. 2 3 1 4 1. Нагревательный элемент 2. Крышка испарителя 3. Корпус испарителя 4. Испаряемое вещество Условно работу испарителя можно разделить на три этапа: Нагревание. Испарение вещества. Колебательные движения крышки испарителя. НАГРЕВАНИЕ Теплопередача от нагревательного элемента. Теплопередача осуществляется по средством: Теплопроводности Теплового излучения Конвекция исключена, так как процесс происходит в вакууме. Теплопроводность. Закон теплопроводности Фурье. Где X – коэффициент теплопроводности материала тигля. S’ – площадь поверхности соприкосновения нагревательной спирали и тигля. Тепловое излучение. Закон Стефана Больцмана Где σ=5.6704*10-8 Вт/м2К4 константа больцмана. T – температура нагревательного элемента. Где S’’ – площадь поверхности нагревательного элемента. β – угол направления теплового излучения, направленного на испаритель. Запишем уравнения теплового баланса. Для спирали: Для тигля: Для испаряемого вещества: Вид кривых нагревания элементов испарителя. Тспирали Ттигля Тматериала Испарение вещества. Зависимость давления паров от температуры в общем виде описывается уравнением: Lgp=AT-1+BlgT+CT+DT2+E Справочник оператора по нанесению в вакууме/А.И.Костржицкий, В.Ф.Карпов, М.П.Кабанченко и др. – М.:Машиностроение, 1991. –176с. Где A, B, C, D, E – константы, характерные для данного вещества. При практических расчётах обычно ограничиваются коэффициентами A, B, E. Уравнение для атомов Cd и S имеет вид: Lgp=-17800*T-1+8.77lgT-10.02, Lgp=-16600*T-1+8.35lgT-9.44 Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. – М.: АН СССР, 1961. – 396 с. Скорость испарения. Скорость испарения Vи, г/(см2с), всех веществ определяется давлением насыщенных паров p, мм рт. Ст., при температуре испарения Tи, испарения и молекулярной массой M вещества: Технология тонких плёнок справочник, под редакцией Л.Майселла, Р.Гленга. Перевод с английского под редакцией М.И. Елинсона, Г.Г. Смолко. – Москва «Советское радио» 1977.–664с. Масса газов в испарителе. Где S’– площадь поверхности испарения. t’– время испарения , в случае для нашего испарителя t’=T(c)/2 (половина периода). Зависимость силы давления от координаты крышки. x R=x*tgα R α 0 < R <Rиспарителя Зависимость эффективной площади давления от координаты: S*=π*x2*tg2α Уравнения движения Запишем, согласно II закону Ньютона, силы действующие на крышку. Учитывая зависимость силы давления от координаты получим: Давление газа действующее на крышку можно выразить из формулы: Уравнение движения примет вид: Введём коэффициент: Результаты численного решение уравнения движения. Регулировка параметров испарения с помощью изменения крышки. Стехиометрический состав газа внутри испарителя. Масса вырывающихся газов. Скорость вырывающихся газов. Направление распространения вырывающихся газов.