El vapor de ultra alta pureza , también llamado vapor limpio , vapor UHP o vapor de agua de alta pureza , se utiliza en una variedad de procesos de fabricación industrial que requieren oxidación o recocido . Estos procesos incluyen el crecimiento de capas de óxido en obleas de silicio para la industria de semiconductores , originalmente descritas por el modelo Deal-Grove , y para la formación de capas de pasivación utilizadas para mejorar la capacidad de captura de luz de las células fotovoltaicas cristalinas . Se pueden emplear varios métodos y tecnologías para generar vapor de ultra alta pureza, que incluyenpirólisis , burbujeo, inyección directa de líquido y generación de vapor purificado. El nivel de pureza, o la relativa falta de contaminación, afecta la calidad de la capa de óxido o la superficie recocida. El método de administración afecta la tasa de crecimiento, la uniformidad y el rendimiento eléctrico. La oxidación y el recocido son pasos comunes en la fabricación de dispositivos como microelectrónica y células solares .
Caracteristicas
En términos más simples, el vapor es el estado gaseoso del agua donde la mayor parte de la presión del gas es creada por moléculas de agua. Esto difiere del gas humidificado donde el vapor de agua es un componente menor de la mezcla de gases. Idealmente, el vapor es 100% de moléculas de H2O. En realidad, el vapor también puede contener otras moléculas como metales, urea , volátiles , cloro , partículas, microgotas y sustancias orgánicas. Para ser considerado de ultra alta pureza, el vapor no debe tener contaminantes por encima de cierto límite. Los valores típicos para semiconductores son partes por billón (ppb) para cualquier contaminante específico por volumen. Esta es una definición arbitraria y frecuentemente la establece el usuario.
Las impurezas en el agua se incorporan al vapor a medida que se genera y más pueden migrar al vapor desde los materiales de las tuberías del proceso a medida que se conduce al proceso. Estas impurezas o contaminantes pueden ser bastante dañinos cuando el vapor es un ingrediente en los procesos de fabricación industrial. A medida que el tamaño y la geometría del dispositivo microelectrónico se reducen, aumenta la susceptibilidad al daño por contaminantes. Esto requiere la intervención mediante el uso de filtros, membranas selectivas u otras técnicas para limpiar el agua o el vapor antes de su entrega al proceso.
- Metales: los metales pueden estar en la fuente de agua o gases y pueden migrar al vapor desde componentes en la ruta de generación y entrega de vapor. Los sistemas metálicos se corroen e imparten iones metálicos. El acero inoxidable, por ejemplo, puede desprender moléculas en la trayectoria del vapor. Limitar o eliminar metales de las vías de suministro de agua, gas y vapor reduce el riesgo de contaminación metálica pero no afecta la presencia de metales en la fuente de agua y gas. Los iones metálicos degradan el rendimiento eléctrico en los semiconductores y los iones metálicos en las células solares pueden ser centros de recombinación que reducen la eficiencia del dispositivo fotovoltaico.
- Urea: los fertilizantes, las autoemisiones y las fuentes humanas y animales contribuyen a la presencia de urea y amoníaco . Normalmente estable a temperatura ambiente, la urea tiene una alta tasa de conversión a amoníaco cuando se hierve. Este contaminante es difícil de controlar, varía con el suministro de agua y tiene grandes fluctuaciones estacionales. La urea no es fácilmente rechazada por las membranas de ósmosis inversa . Es no polar, por lo que no se elimina mediante procesos de agua desionizada, y es químicamente estable, por lo que no se destruye fácilmente con los procesos de esterilización UV . [1] El control de los niveles de amoníaco marca la diferencia entre conformidad y variación incontrolada. Por ejemplo, "T-Topping" en litografía es un peligro real, resultante de resistencias amplificadas químicamente. Otros defectos estructurales causados por el amoníaco incluyen el ancho de línea incorrectamente impreso y los cortocircuitos, y el amoníaco también puede depositarse en las superficies ópticas, causando tiempo de inactividad del equipo. La urea residual en la superficie de la oblea puede reaccionar cuando las obleas se procesan a temperaturas más altas, lo que lleva a la inyección de átomos de nitrógeno en la capa que se está cultivando.
- Sílice: la sílice coloidal se encuentra típicamente en aguas superficiales y ha creado problemas para el tratamiento del agua debido a su estabilidad como compuesto no ionizado, lo que dificulta su eliminación mediante procesos de intercambio iónico. El tamaño de las partículas suele ser de 1 a 5 nm, pero pueden formar cadenas si aumentan las concentraciones. La sílice se encuentra en el extremo inferior de la selectividad para las resinas aniónicas, lo que crea un escenario en el que el avance de la sílice es uno de los primeros en ocurrir. Como resultado, la sílice puede eliminarse eficazmente solo si las resinas de intercambio iónico se regeneran completa y adecuadamente.
- Oxígeno: si el oxígeno forma parte de la receta del proceso durante la oxidación húmeda, reducirá la presión parcial del vapor de agua, lo que ralentizará la tasa de crecimiento general. Debido a que la tasa de oxidación del silicio con moléculas de oxígeno a moléculas de agua es casi diez veces más lenta, la variabilidad en la presión de oxígeno a vapor de agua puede conducir a la variabilidad del proceso. Esto suele ser un problema cuando la presión de funcionamiento se mantiene a la presión ambiente. La presión del vapor de agua es función de la temperatura de la fuente de agua, mientras que la presión general del proceso es función de la atmósfera. A medida que varía la atmósfera, la presión de oxígeno aumentará o disminuirá en relación con la presión del vapor de agua, lo que provocará cambios en la tasa general de crecimiento de oxidación de la película.
- Microgotitas: El vapor de agua con microgotas de agua arrastradas puede causar deformidades o irregularidades en las obleas a medida que el agua se asienta sobre superficies calientes. Las microgotitas son el resultado de una vaporización incompleta de la fuente de agua. Esto es común con ebullición y vaporizadores donde es difícil conseguir suficiente calor en el líquido en ebullición. Estas microgotitas pueden causar contaminación y problemas de uniformidad. La acción de ebullición del agua crea microgotas, que actúan como cápsulas líquidas que arrastran partículas y contaminantes moleculares como iones, compuestos orgánicos y pirógenos. Se sabe que las microgotitas transportan partículas e impurezas iónicas que no pueden ser transportadas por vapor puro solo. Además, se producen puntos fríos donde las microgotas aterrizan, lo que provoca una falta de uniformidad y deformación. Para que las películas de óxido funcionen correctamente, el grosor y la uniformidad de la película son fundamentales. [2]
El papel del vapor UHP en la oxidación
La oxidación del silicio es un paso común y frecuente en la fabricación de circuitos integrados (CI). El objetivo de la oxidación es desarrollar una capa de óxido uniforme y de alta calidad sobre un sustrato de silicio. Durante la oxidación, una reacción química entre los oxidantes y los átomos de silicio produce una capa de óxido en la superficie de silicio de la oblea. A menudo es el primer paso en la fabricación de obleas y se repetirá varias veces a lo largo del proceso de fabricación.
La oxidación tiene lugar en un tubo de oxidación. Durante la reacción, el silicio reacciona con oxidantes para formar capas de óxido de silicio. La temperatura de funcionamiento típica está entre 800 ° C y 1200 ° C. La tasa de crecimiento del óxido aumenta con la temperatura.
La tasa de crecimiento, la uniformidad y el rendimiento son tres características importantes del proceso de oxidación. Cuanto más rápida sea la tasa de crecimiento, más obleas se pueden fabricar en un tiempo determinado. Si el proceso de oxidación es uniforme en todo el tubo, tanto horizontal como verticalmente, el proceso se completará al mismo tiempo en todas las obleas y el rendimiento será alto. Sin embargo, si el proceso no es uniforme, entonces se requiere intervención, aumentando el tiempo del proceso y potencialmente reduciendo el rendimiento. Además, la tasa de crecimiento rápido puede aumentar la tasa de defectos, especialmente si hay contaminantes presentes.
Durante la primera etapa de oxidación, la reacción química resulta del contacto directo entre el silicio y los oxidantes en la superficie de la oblea. La reacción está limitada por el número de átomos de silicio disponibles. Aproximadamente durante los primeros 500 Å, el óxido crece linealmente con el tiempo. A partir de ese momento, la velocidad de reacción se ralentiza porque la capa de dióxido de silicio cubre los átomos de silicio. A medida que crece la capa de dióxido de silicio, eventualmente evita que los oxidantes entren en contacto directo con los átomos de silicio.
La segunda etapa comienza cuando se han cultivado aproximadamente 1000 Å de dióxido de silicio sobre el sustrato de silicio. En este punto, los átomos de silicio ya no están expuestos a los oxidantes y los oxidantes comienzan a difundirse a través del dióxido de silicio para llegar al silicio. La oxidación del silicio durante esta etapa se produce en la interfaz silicio / dióxido de silicio. A medida que continúa la oxidación, la capa de dióxido de silicio se espesa y aumenta la distancia que deben recorrer los oxidantes para alcanzar el silicio. La tasa de crecimiento del óxido está limitada por la difusión de los oxidantes a través del dióxido de silicio.
Hay dos métodos de oxidación: oxidación en seco y oxidación en húmedo . Durante la oxidación en seco, se introduce oxígeno seco en el tubo de proceso donde reacciona con el silicio. La oxidación seca es un proceso lento en el que las películas crecen a una velocidad de entre 140 y 250 Å / hora. Por lo general, solo se usa para cultivar óxidos delgados (<1000 Å). [3] Durante la oxidación húmeda, se introduce vapor de agua en el tubo de oxidación calentado. Debido a que las moléculas de agua forman estructuras de hidroxilo, se difunden más rápidamente en dióxido de silicio y aumenta la tasa de crecimiento del óxido. La tasa de crecimiento de la oxidación húmeda es de 1000 a 1200 Ǻ / hora, por lo que la oxidación húmeda es el método preferido para desarrollar óxidos espesos. La tasa de crecimiento se ralentiza al aumentar el grosor, según el modelo Deal-Grove . [4]
El vapor de agua es un ingrediente clave en la receta de oxidación húmeda. Durante un proceso típico, un horno que contiene múltiples obleas se inunda con vapor de agua. El oxígeno en la molécula de agua reacciona dentro de la oblea de silicio para formar dióxido de silicio. Este es un proceso de sacrificio, donde el sustrato original se reduce a medida que se forma el óxido en su superficie.
Cuando aumenta la presión del vapor de agua, aumenta la tasa de crecimiento de óxido. Según el modelo de Deal y Grove [4], la tasa de crecimiento de la capa de óxido está directamente relacionada con el coeficiente de difusión efectiva de las moléculas de agua en la capa de óxido y la concentración de equilibrio en el área inmediata. Cuando se utiliza un gas portador para suministrar vapor de agua, las moléculas del gas portador generan una presión parcial. Esta presión parcial reduce la presión parcial del vapor de agua y ralentiza la difusión del agua en la película de óxido. El resultado es una fuerza impulsora más baja y una tasa de crecimiento más lenta.
Para una temperatura y presión de proceso dadas, las tasas de crecimiento de óxido son fijas si la proporción de gas también es constante. Sin embargo, para una temperatura operativa dada, esta tasa de crecimiento no se maximiza hasta que la presión del vapor de agua es igual al 100% de la presión operativa. Si bien el aumento de la tasa de flujo de vapor de agua parece obvio para mejorar las tasas de crecimiento, las dificultades técnicas interfieren con el aumento de la cantidad real de vapor de agua suministrado.
El papel del vapor UHP en el recocido y la pasivación.
Algunos métodos de deposición son más rápidos que otros, lo que ahorra tiempo de proceso pero puede dar lugar a una película menos densa. Para mejorar la densidad y curar la película, se puede aplicar recocido. El recocido y la pasivación son técnicas utilizadas para reparar defectos atómicos dentro del cristal que se propagan a la macroestructura de la oblea, reduciendo la eficiencia en microelectrónica y células fotovoltaicas. El recocido a alta temperatura puede aumentar la vida útil del portador inyectando H en la interfaz Si / SiO 2 . La pasivación, o recocido térmico, de la interfaz limita la recombinación de huecos / electrones , elimina los enlaces colgantes y reduce las vacantes y dislocaciones en los límites de los granos.
El recocido generalmente implica calentar la oblea y saturar la cámara con un gas o vapor de agua que luego se puede incorporar a la película. El hidrógeno se obtiene de los radicales H 2 , H + del plasma o del vapor de agua H 2 O. Las tres técnicas habituales son el recocido con plasma de hidrógeno, el recocido con gas de formación o el recocido con vapor a alta temperatura. Los métodos tradicionales utilizaban el recocido de radicales de hidrógeno (HRA), que utiliza gas hidrógeno y energía de microondas. La formación de gas de recocido (FGA) utiliza H 2 a 400-500 ° C. Un nuevo enfoque es el uso de recocido de vapor a alta temperatura (HSA), que utiliza vapor de agua a 250–400 ° C.
En HSA, el vapor de agua aplicado en un horno puede mejorar la densidad de los óxidos sin el uso de hidrógeno. El vapor inserta fácilmente átomos de H y O en la interfaz Si / SiO 2 , y es mucho más rápido que FGA y comparable al proceso HRA. Sin el plasma, el dispositivo está sujeto a menos daño estructural y obtiene una mayor vida útil efectiva del portador. El proceso es mucho más simple que un proceso de plasma y es menos costoso y más seguro. [5]
Una pasivación eficaz de la superficie trasera de las células solares industriales es un requisito previo para mejorar considerablemente la eficiencia de conversión. [6] Los óxidos de silicio cultivados térmicamente proporcionan un excelente nivel de pasivación superficial en superficies de tipo p poco dopadas. Sin embargo, los procesos de oxidación térmica en seco requieren temperaturas relativamente altas (> 1000 ° C) y, debido a la baja tasa de crecimiento, largos tiempos de proceso. Para disminuir tanto la temperatura de oxidación como el tiempo de proceso, el proceso de oxidación en seco se puede reemplazar por una oxidación en húmedo seguida de un recocido con nitrógeno. El mejor rendimiento de la celda requiere un recocido de gas de formación después de la cocción.
Usos industriales
El vapor de ultra alta pureza se utiliza en industrias clave que incluyen semiconductores, energía fotovoltaica, MEMS y nanotecnología . El vapor de agua juega un papel importante en los procesos de deposición, así como en el recocido, el grabado y la unión. El vapor de agua puede ser la fuente de oxígeno para la generación de óxidos, así como un humidificador para gases secos en procesos de pulverización catódica , centrifugado y ALD. En las industrias de semiconductores y MEMS, el procesamiento térmico rápido (RTP) y la difusión necesitan altos índices de flujo de vapor de agua durante cortos períodos de tiempo. El cambio a obleas más grandes y mayores rendimientos solo ha aumentado estos requisitos de flujo.
La deposición de la capa atómica (ALD) depende de cantidades muy pequeñas de vapor de agua para la formación de una película de alto K. La técnica requiere que la molécula adecuada esté disponible y no reemplazada por especies competitivas que alterarán la estructura reticular. El control de temperatura tanto del gas como del agua, así como el control de nivel, afectan la tasa de suministro. ALD es cada vez más popular para crear películas delgadas para dieléctricos de puerta, dieléctricos de condensadores y barreras de difusión. La contaminación es un riesgo alto en este proceso porque la ALD es más lenta y se realiza a temperaturas más bajas.
La extracción con plasma es más eficaz con vapor de agua para ayudar a levantar la película de la superficie de la oblea.
La litografía por inmersión ha sido generalmente aceptada como la tecnología de litografía para las próximas generaciones de silicio. Las impurezas en el agua, como los gases disueltos y las sales iónicas, pueden cambiar el índice de refracción, lo que afecta directamente la calidad de la imagen proyectada sobre la oblea.
La litografía por inmersión coloca una capa de agua pura entre la lente de proyección y la oblea. Cualquier contaminante dentro del agua puede provocar un cambio en el índice de refracción y un defecto de proyección en la oblea. Las microburbujas en el agua también pueden provocar defectos de proyección en la oblea.
El vapor de agua también juega un papel importante en la fabricación de Carbon NanoTube (CNT). [7] La tecnología necesaria para mejorar la tasa de crecimiento y la uniformidad de las CNT enfrenta importantes obstáculos en su transferencia de la investigación a la producción. Para una fabricación de CNT repetible y confiable, se necesitan herramientas para controlar si los CNT son de paredes simples o múltiples, rectos o doblados, largos o cortos, y limpios o sucios. [8] El vapor de agua es fundamental para el proceso. La entrega precisa de vapor de agua determinará cómo se ve el CNT, cuál es su rendimiento y cuán libre de contaminación está la estructura. [9]
Se ha demostrado que el vapor de agua tiene un efecto significativo sobre las capas de película delgada en los procesos de ALD, MOCVD y de pulverización catódica para la fabricación de energía fotovoltaica. Dichos procesos se usan comúnmente para generar capas de TCO y modificar estructuras cristalinas a través del tamaño de grano o reparación de defectos. La capacidad de suministrar vapor de agua libre de contaminantes atmosféricos es fundamental para la integridad de la película. [10]
Generación y entrega
El vapor de agua ideal para los procesos de fabricación industrial es extremadamente puro, de temperatura moderada y libre de oxígeno extra o microgotas de agua. Además, este vapor de agua se suministra idealmente en un rango de tasas de flujo desde centímetros cúbicos estándar por minuto (sccm) hasta litros estándar por minuto (slm), en ambientes de vacío o presión atmosférica durante días o semanas a la vez.
La pureza es primordial para evitar la contaminación. La pureza se puede lograr mezclando gases puros a altas temperaturas o purificando el vapor de agua a medida que se genera. En cualquier caso, la tubería y la instrumentación deben elegirse cuidadosamente para evitar agregar metales, partículas u otros contaminantes al vapor de agua.
La temperatura es importante por varias razones. La temperatura alta (superior a 1100 ° C [ cita requerida ] ) introduce mayores problemas de seguridad. También existe el riesgo de un calentamiento desigual en la cámara que puede provocar problemas de uniformidad. Si se genera vapor de agua a temperaturas muy altas, debe enfriarse antes de entrar en contacto con el horno y las obleas. La variación de temperatura a lo largo del tubo del horno puede causar problemas de uniformidad.
Dependiendo de la aplicación, es posible que se requiera vapor de agua en incrementos muy pequeños o bastante grandes. Idealmente, el vapor de agua se puede regular para entregar el volumen exacto al horno o al gas que está humidificando. Esta precisión permite que los procesos se ejecuten con una eficiencia óptima.
De manera similar, diferentes aplicaciones pueden requerir que el vapor de agua se suministre al vacío o presiones atmosféricas. El cumplimiento de este requisito permite que el proceso sea más eficiente. Cuando se cultivan óxidos, el aumento de la presión del vapor de agua en el entorno del gas de proceso aumentará la tasa de crecimiento de la oxidación.
La entrega de vapor de agua debe ser altamente confiable durante un largo período de tiempo. No es inusual que los procesos se ejecuten durante días o semanas. Si falla el suministro de vapor de agua, la oblea puede verse comprometida.
Como ingrediente en los procesos de fabricación industrial, el vapor debe generarse y entregarse a un caudal constante y controlable y tener un nivel de contaminación extremadamente bajo. Se pueden combinar varias tecnologías para generar, purificar y distribuir vapor.
Vapor catalítico y pirolítico
El vapor pirolítico se utiliza a menudo para generar espesores de óxido superiores a 1000 angstroms. Este vapor se genera a partir de la combinación a alta temperatura de gases de hidrógeno y oxígeno. El proceso de combustión ocurre en un horno catalítico de acero inoxidable o en un soplete de silicio en la entrada del horno. Los gases se combinan en vapor de agua y se envían directamente al proceso. Debido al riesgo de explosión asociado con el hidrógeno, el proceso generalmente proporciona un flujo adicional de oxígeno del 10%. El nivel de pureza del vapor pirolítico depende de la pureza de los gases del proceso y de la temperatura del proceso. La punta del soplete es típicamente sílice de cuarzo, que se sabe que la llama consume con el tiempo, lo que puede generar partículas aguas abajo. La generación de partículas también puede ser un problema debido a la velocidad de combustión a alta temperatura. Dentro de su rango de funcionamiento óptimo, las antorchas ofrecen una buena pureza.
Los sistemas pirolíticos pueden soportar un rango medio de flujo, pero tienen dificultades con tasas de flujo muy bajas y bajas proporciones de vapor a hidrógeno cuando se agrega vapor de agua a un gas portador. Además, la gestión térmica del perfil de calor del horno y la combustión incompleta afectan el rendimiento del horno.
En los procesos de oxidación selectiva, se necesita vapor de agua con hidrógeno y sin oxígeno molecular. Esto permite la oxidación de metales específicos. Las antorchas y el sistema catalítico no son 100% eficientes, por lo que aún pueden ingresar niveles bajos de oxígeno en los procesos. 50 ppm de oxígeno pueden ser suficientes para degradar el proceso de oxidación selectiva.
Los sistemas catalíticos actuales son metálicos y no son fácilmente escalables debido a la acumulación térmica en la celda de combustión catalítica. Utilizan un catalizador metálico para la combustión del oxígeno y el hidrógeno en vapor de agua.
Para usar vapor pirolítico, la instalación debe instalar líneas de suministro de hidrógeno y oxígeno o almacenar y desechar cilindros de gas. También se debe gestionar el agua de refrigeración o el aire comprimido para enfriar la antorcha, ya que la combustión de hidrógeno puede generar temperaturas cercanas a los 2200 ° C. En condiciones controladas, la tecnología de vapor pirolítico y catalítico ofrece un buen control de flujo y precisión.
Burbujeadores
Los burbujeadores son dispositivos simples que agregan vapor de agua a una corriente de gas portador a medida que el gas portador burbujea a través de un recipiente de agua. La calidad de este vapor añadido al gas portador es función de la temperatura del agua, la temperatura del gas portador, la altura de la cabeza del líquido y la presión del gas portador. Estos dispositivos son seguros, fáciles de usar, simples de mantener y de bajo costo. Proporcionan una purificación básica mediante destilación en un solo paso. Sin embargo, los contaminantes y las bacterias pueden acumularse rápidamente si no se limpian con frecuencia. Los burbujeadores no pueden evitar el arrastre de gas disuelto, contaminantes moleculares volátiles y microgotas que pueden transportar partículas y contaminantes moleculares iónicos. La repetibilidad del proceso está limitada debido al control de las variables del proceso, así como a la caída térmica dentro del recipiente con el tiempo.
La pureza depende principalmente de la calidad de la fuente de agua, el gas portador y los componentes en la ruta de agua y vapor. La calidad del agua se convierte en una historia viva del contacto con todos los materiales de las tuberías, así como con los gases utilizados para burbujear. El proceso de burbujeo es un paso de destilación de una sola etapa que concentra los contaminantes en el agua restante en el recipiente. Estos contaminantes se pueden rastrear hasta el agua de suministro y el gas portador, así como la lixiviación continua de contaminantes del propio recipiente, que comúnmente se calienta. El agua desionizada de la casa y los filtros y desgasificadores químicos secundarios se emplean a veces para reducir los contaminantes. Los burbujeadores son susceptibles a un flujo impreciso debido a la temperatura del gas, el líquido, la presión de funcionamiento, el nivel del líquido y la caída térmica.
Los burbujeadores también tienen caudales de gas limitados. Para aumentar la tasa de suministro, es necesario aumentar los flujos de gas portador, lo que ralentiza la difusión del vapor de agua a la superficie. El agua no se puede calentar cerca de la ebullición o se producirá un flujo incontrolado. Si el caudal excede una velocidad limitada, las burbujas fuerzan al líquido fuente a salir del recipiente y a la tubería aguas abajo, lo que a su vez obliga al uso de separadores de fase, lo que conduce a un aumento de partículas, condensación e inestabilidad del flujo. El uso a largo plazo de burbujeadores generalmente resulta en incrustaciones si el agua no se cambia con frecuencia. El efecto de burbujear oxígeno a través de agua limpia y mantenerse caliente mediante el calentamiento y la radiación infrarroja incidente conduce a las condiciones ideales para el crecimiento de bacterias. Esto conduce a una contaminación orgánica en la película.
Vaporizadores e inyección directa de líquido
Los vaporizadores atomizan agua y luego queman las pequeñas gotas en agua molecular. El calor de vaporización es muy alto y la capacidad de llevar la energía a la molécula de agua está limitada por la tasa de transferencia del calentador a través de la placa vaporizadora y el gas portador que se mezcla con el vapor de agua. Además, el agua es agresiva y puede corroer los componentes internos del vaporizador, lo que genera problemas de estabilidad y confiabilidad a largo plazo.
DLI utiliza un vaporizador metálico o una placa calefactora de metal adicional para convertir el líquido en gas. Este proceso funciona mejor para caudales de rango medio. A caudales bajos hay poco control y precisión limitada, mientras que a caudales altos el proceso es susceptible a burbujas en el líquido, que generan valores erráticos. DLI ofrece un bajo costo operativo, buen control de flujo y problemas de seguridad limitados. DLI solo puede vaporizar cantidades limitadas debido a las tasas de transferencia térmica y existe la posibilidad de descomposición química. Lo más crítico es que no puede proporcionar ninguna purificación del líquido que se vaporiza; todo en el líquido se vaporiza en el proceso. Con los sistemas de inyección directa de líquido, el aumento del caudal conduce a una vaporización incompleta. Esto aumenta la formación de microgotas, lo que aumenta la falta de uniformidad y la contaminación iónica en la oblea.
Contactores de membrana
Los contactores de membrana permiten la transferencia de gas entre un líquido y un gas. Están hechos con membranas de fibra hueca que son porosas, lo que permite la transferencia simultánea del gas al líquido y del líquido al gas.
Estos sistemas no son específicos a los gases que pueden penetrar, por lo que no tienen capacidad de purificación. Debido al diseño, el gas portador puede penetrar en la fuente de líquido. Esto puede resultar problemático si el gas portador es pirofórico o tóxico. Las membranas porosas no pueden evitar la penetración de microgotas a través de la fibra hueca en el gas portador.
Además, la naturaleza porosa requiere que las presiones operativas se gestionen con cuidado. Esto generalmente requiere que la presión del gas sea menor que la presión de la fuente de agua. Esto puede llevar a límites severos del proceso en el diseño. La mayoría de las fibras huecas son hidrófobas y deben modificarse para trabajar con moléculas hidrófilas.
Vapor de purificación de membranas
El vapor purificado se basa en una combinación de filtración, agua desionizada, generación de vapor controlada y un proceso de membrana selectiva para entregar vapor de ultra alta pureza al proceso.
El proceso de membrana selectiva resuelve muchos de los desafíos para el suministro directo de vapor de agua al cambiar la forma en que las moléculas de agua se convierten de fase líquida a fase gaseosa. Se utiliza una membrana hidrófila no porosa. Solo las especies cargadas pueden entrar en los nanoporos de la membrana. Se rechazan las especies y partículas no polares. Porque si bien los iones pueden entrar en los poros, no pueden salir porque no son volátiles. Solo las moléculas polares volátiles pueden entrar y salir de los poros de la membrana. La molécula polar más pequeña es el agua.
La transferencia a través de la membrana está restringida a velocidades de transferencia de canal único y pequeño. Una vez que las moléculas cruzan la pared de la membrana, se energizan y están listas para entrar en la fase gaseosa basándose únicamente en la curva de presión de vapor que se relaciona con la temperatura del agua. El uso de la membrana como separador de fases evita que las gotas de agua penetren en la membrana y asegura un flujo muy suave y constante.
Referencias
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Otras lecturas
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enlaces externos
- Calculadora de crecimiento de óxido de BYU
- Calculadora de óxido térmico de silicio
- Necesidades de investigación básica para la utilización de energía solar
- Capa antirreflejos en la interfaz TCO / Si para celdas solares de película delgada de alta eficiencia depositadas en ZnO frontal LP-CVD rugoso
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