Mokslas, technologijos

Difuziniai siurbliai turbūt plačiausiai naudojami iš aukšto vakuumo siurblių. Jie labai patikimi ir ilgalaikiai, bet neteisingai naudojami gali sukurti didelį užterštumą darbinėje kameroje. Siurblio alyva alyvos vonelėje yra šildoma iki garų slėgio vertės ir sunkūs molekuliniai alyvos garai yra nukreipiami link priekinės linijos difuzinio siurblio garų srove. Garų srovė nusodina dujų molekules ir nukreipia jas link priekinės sienelės, kur jos išsiurbiamos atgaliniu siurbliu. Alyvos garai kondensuojasi ant šaldomų siurblio sienelių ir suteka atgal į alyvos vonelę. Difuziniai siurbliai efektyviausi esant slėgiui 10^-3 – 10^-9 toro ir difuziniai siurbliai turi didžiausius siurbimo greičius lengviausioms dujoms.

Svarbūs difuzinių siurblių valdymo parametrai, kurie turėtų būti periodiškai tikrinami yra:

• įleidžiamų dujų slėgis ( t.y. kameros slėgis);
• priekinis slėgis šalia siurblio išleidimo vamzdžio;
• difuzinio siurblio alyvos rūšis ir grynumas;
• alyvos vonelės temperatūra, kuri priklauso nuo siurblio alyvos rūšies ( t.y. vonelės šildytuvo galia);
• alyvos lygis vonelėje – pažymėtinas lygis +/- 30%;
• siurblio temperatūra ir temperatūros gradientas, kuris yra nustatomas pagal šaldomo vandens tekėjimo greitį ir įleidžiamo bei išleidžiamo vandens temperatūras.

Siurblio korpusas yra bendrai šaldomas vandeniu ir temperatūros gradientas yra svarbūs. Ypatingai viršutinė korpuso temperatūra turėtų būti žema, kad sumažinti pakartotiną garinimą ir siurblio alyvos paviršiaus valkšnumą. Išleidimo vamzdžio temperatūra turėtų būti žema, kad išvengti siurblio skysčių praradimo į atgalinį siurblį. Sistema gali būti užrakinta ir sujudinta taip, kad korpuso temperatūra pakyla virš nustatyto lygio, aukšto vakuumo vožtuvas automatiškai užsidaro, kad apsaugotų darbinę kamerą nuo užteršimo. Žemas alyvos lygis arba žema alyvos temperatūra paskatina žemesnio laipsnio siurblio veikimą.

Difuzinių siurblių alyvos gali būti arba angliavandenilio alyvos, silikono alyvos, arba labai brangūs fluoruoti polieteriai. Silikono alyvos yra plačiausiai naudojamos fizikiniame garų nusėdinimo procese ir visai apsaugo nuo oksidacijos. Visiškai nebrangios angliavandenilio alyvos lengvai oksiduojasi ir formuoja panašų į lako sluoksnį siurblyje. Fluoruoto polieterio skysčiai yra visiškai atsparūs oksidacijai ir daugeliui stiprių rūgščių ir bazių. Jie naudojami reaktyvaus nusėdinimo procese, plazminio ėsdinimo procesuose, žemo slėgio cheminių garų nusėdinimo procese.  Gyvsidabris taip pat gali būti naudojamas kaip siurblio skystis, bet tik specialiais atvejais, nes pavojingas sveikatai.

Turėtų būti rūpinamasi tuo, kad difuzinių siurblių alyva nebūtų užteršta nidrokarbono dujomis, naudojamomis pagrindo sutepimui siurbliuose. Užterštumas gali atsirasti, kai dujų tekėjimas per priekinę liniją yra peržemas (molekulinio tekėjimo sąlygomis) arba, kai priekine linija yra leidžiama ištekėti į supantį slėgį per pagrindo siurblį. Šios problemos galima išvengti naudojant balastinius vožtuvus arba angas, kad suteikti nuolatinį (arba atsarginį, kai yra galios trūkumas) dujų tekėjimą į priekinę liniją iš  supančio. Difuzinių siurblių alyvos gali būti naudojamos mechaniniuose siurbliuose, bet jų sutepimas prastas, sudaro nemažai problemų.

Difuziniai siurbliai gali siurbti visas dujų ar garų molekules, bet siurbimo metu garai gali patekti į siurblio alyvą, todėl gali sumažėti siurbimo greitis. Kai tokie garai yra siurbiami, galima naudoti “kriopanelį” tarp siurblio ir darbinės kameros.

Gali būti kritiškas masių tekėjimas per difuzinį siurblį, virš kurio garų srovė nebus patenkinama. Svarbus darbinis parametras yra “pereinamasis slėgis”, kuris yra kameros slėgis, kuriame šiurkštus vožtuvas yra uždaromas ir atidaromas aukšto vakuumo vožtuvas be masių tekėjimo padidinimo difuziniame siurblyje virš kritinės ribos daugiau negu kelioms skundėms. Jeigu vožtuvai dirba aukštesniame slėgyje, siurblio alyva pateks į darbinę kamerą dėl garų srovės išsekimo. “Pereinamasis” slėgis difuziniuose siurbliuose skirtingas priklausomai nuo siurblio dizaino ir galinio siurblio dydžio. Aukšto slėgio vožtuvas gali būti atidaromas lėtai, kad sumažinti slėgio kaitą difuziniuose siurbliuose.

Jeigu kameros slėgis yra per žemas prieš uždarant roughing vožtuvą ir atidarant  aukšto vakuumo vožtuvą , atgalinė srovė gali atsirasti per šiurkščią liniją. Todėl pereinamasis slėgis turėtų būti kiek įmanoma aukštas. Jeigu atgalinė srovė per šiurkščią liniją yra problema, gali būti į pastarąją liniją įjungtas veikiantis viena linija vamzdis. Šis vamzdis reikalauja periodinio išlaikymo.

Difuzinių siurblių gamintojai apibrėžia leidžiamą priekinės linijos slėgį kaip apibrėžimą iš atgalinės srovės matmenų. Priekinės linijos slėgis turėtų būti nenutrūkstamai stebimas šalia difuzinio siurblio išėjimo ir neleidžiama kilti virš kritinio slėgio daugiau negu kelioms sekundėms. Jeigu yra energijos trūkumas, priekinis vožtuvas automatiškai užsidaro, kad išvengtų priekinės linijos slėgio kilimo virš kritinės ribos. Užrakinimo sistema turėtų būti sudaryta taip, kad priekinis vožtuvas negalėtų atsidaryti, kol priekinės linijos slėgis yra žemiau kritinio. Tam, kad sumažinti atgalinę srovę tarp difuzinio siurblio ir darbinės kameros gali būti naudojami droseliai ir trapai. Droselis (ekranas) yra vandentiekio komponentas, susidedantis iš paviršių, šaldomų šaltu vandeniu, kurie apsaugo optinę žiūrėjimo liniją tarp siurblio ir kameros, ir kondensuoja alyvos garus ir leidžia jiem tekėti atgal į siurblį. Trapas yra patalpintas virš droselio ir yra šaldomas iki daug žemesnės temperatūros negu droselis azoto skysčiu (-196°C) arba šaldytuvu (iki -150°C). Trapas taip pat kondensuoja vandens garus ir angliavandenilius iš darbinės kameros ir tie garai išleidžiami, kai trapas “sušildomas”. Trapai ir droseliai turėtų būti atšaldomi prieš tai, kai difuzinio siurblio alyva yra sušildoma ir prieš tai, kai aukšto vakuumo vožtuvas yra atidaromas. Droselių ir trapų panaudojimas  padidina atgalinę srovę į darbinę kamerą, bet taip pat sumažina difuzinio siurblio siurbimo greitį.

Difuziniai siurbliai yra gaminami daugelio dydžių. Siurbimo greičiai yra apie 6 litrai per sekundę.

Periodinė difuzinių siurblių priežiūra reikalauja:

• periodinio alyvos keitimo;
• periodiškai išardyti ir išvalyti vidinius garų srovės elementus;
• periodiškai tikrinti alyvo šildytuvo temperatūrą;
• periodiškai tikrinti siurblio vidaus temperatūrą.

Proceso jautrumas užterštumui ir potencialas darbinės kameros užterštumui yra pagrindiniai kriterijai, renkantis aukšto vakuumo siurblį fizikiniam nusodinimo procesui. Jeigu užterštumas yra pagrindinis dalykas, kriogeninis arba turbomolekulinis siurblys gali būti naudojamas vietoje difuzinio. Tačiau jie kainuoja žymiai daugiau.