Исследовательские установки для высокотехнологичных применений

Нашей компанией проведено оборудование исследовательскими ваку­умными установками лаборатории в одном из исследовательских центров в области аэрокосмической техники. В данный момент в данной лаборатории установлено две вакуумных установки.

Работы проводились в три этапа, по мере поступления финансирования Заказ­чику и изменения требований к системам по результатам уже проведенных исследо­ваний. При этом по завершении каждого этапа Заказчик получал завершенные, гото­вые к эксплуатации системы.

На первом этапе была разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию вакуумная установка для испытаний прототипов ионных двигателей. Ваку­умная камера была изготовлена по ТЗ заказчика. В подвальном помещении, находящемся под лабораторией, были установлена система форвакуумной от­качки (используется сухой вакуумный на­сос Kashiyama MU-1203), чиллер и ком­прессор для питания пневмосистемы. Фор­вакуумная линия и прочие коммуникации были протянуты до основной камеры. Для высоковакуумной откачки на камере был установлен криогенный насос CTI Onboard 400. Управление всей системой откачки ав­томатизировано, осуществляется с сенсор­ного монитора, установленного на стойке управления. Предусмотрены режимы ав­томатической откачки и ручной режим. В ручном режиме управления с сенсорного экрана осуществляется непосредственное управление каждым элементом системы откачки, но для защиты от ошибочных действий предусмотрены блокировки. Непосредственно под вакуумной камерой было подготовлено место для размещения высоковольтного оборудования Заказчика, для чего смонтировано защитное ограждение с обесточиванием высоковольтного обо­рудования при снятии ограждения.

На втором этапе проведена замена вы­работавшей ресурс системы откачки на имевшейся в данной лаборатории вакуум­ной установке. Факти­чески заменена вся ва­куумная система за ис­ключением непосредственно вакуумной камеры. Установлен новый диффу­зионный насос, заменен высоковакуумный затвор, для форвакуумной от­качки (также в подвальном помещении) установлен насос Kashiyama MU-603, смонтирована новая форвакуумная линия. Форвакуумные линии обоих установок были соединены, что позволяет в случае неисправности одного из насосов использовать один форвакуумный насос на обе установки. В под­вальном помещении установлен еще один чиллер для охлаждения данного оборудования. Управление данной установкой также автоматизировано, сис­тема управления аналогична системе на первой установке. Также в подвальном помещении установлен дополнитель­ный компрессор и система воздухопод­готовки (осушки) для обеспечения про­дувки форвакуумных насосов и регене­рации крионасоса.

 

На третьем этапе проведена до­работка первой установки. За счет уста­новки дополнительной секции увеличен объем вакуумной камеры. Всвязи с уве­личением плановой газовой нагрузки, установлены дополнительные высоко­вакуумные насосы — турбомолекулярный и и специализированный ксеноно­вый крионасос. Для съема тепловой нагрузки в ка­мере установлены водо­охлаждаемые экраны. В подвальном помещении установлен чиллер повы­шенной холодопроизво­дительности, с размещен­ным на улице внешним блоком. Всвязи с изменением системы откачки также переработана система управления.

Установка изготовлена израильской компанией VST, имеет в составе электронно-лучевой испаритель на 6 карманов, ионную пушку и специальный подложкодержатель с возможностью охлаждения образцов до -30^oС и поворотом образца на угол ±90^o по отношению к источнику. Откачка полностью сухая и состоит из криогенного насоса и спирального насоса компании Anest Iwata.

В настоящее время на установке проведено тестовое осаждение сверхпроводящей пленки титана, заказчик весьма доволен полученным с первой же попытки результатом.

В состав комплекса входят: установка пульсационно — лазерного осаждения с 2я каналами ввода излучения, магнетроном., RHEED пушкой, установка атомно-слоевого осаждения, между ними смонтирована установка спектроскопии вторичных ионов. Образец после загрузки в шлюз может быть перемещен в ростовую камеру, и затем нанесенный слой исследован на установке SIMS. При интеграции были решены задачи по предотвращению загрязнения SIMS при транзите образца и исследовании слоев наносимых в ALD.

Открытая для доработки ростовая камера установки PLD Идет установка токовводов, окна ввода излучения для второго канала и ремонт магнетрона. Видны манипулятор подложек с нагревателем (сверху) и карусель мишеней, справа экран RHEED пушки	Демонтированная ионная пушка установки SIMS	Ремонт установки ALD после разрыва выхлопного патрубка, доработка силовой схемы камеры	Экран работы RHEED пушки дифракция электронов на решетке кремния

Полученный масс-спектр с образца алюминиевой фольги:

Задача Заказчика:

Заказчик создал источник плазмы и ему требовалось проанализировать наличие и момент появления высокоэнергетичных ионов из источника.
Для нас ставилась задача создания времяпролетного масс — спектрометра для определения относительных интенсивностей положительно заряженных ионов исходящих из источника плазмы в диапазоне масс 1-6 a.e.m.
Второй задачей было измерение энергетического распределения этих ионов.
Третья задача – наличие источника ударной электронной ионизации на входе спектрометра для характеризации нейтральных газов в источнике плазмы. 

Решение, предложенное Заказчику:

Созданный масс-спектрометр основан на «ортогональной экстракции ионов» при использовании стандартного рефлектрона, дизайн выполнен для сверх-высоковакуумного применения с фланцами типа CF.

Схема прибора:

 

Краткая спецификация прибора:

Временное разрешение	0,25 нс
Макс.темп подсчета	>17 000 000 имп/с (теоретически) >4 000 000 имп/с (измерено)
Макс. скорость повторения раб. циклов	>1 МГц (железо) 200 кГц (софт)
Мертвое время между циклами	36 нс перед циклом и 4 нс после
Временная точность
Ожидаемое разрешение	1300 – 1500 FWHM

Установка изготовлена английской компанией Moorfield, имеет в составе электронно-лучевой испаритель на 6 карманов, специальный подложкодержатель планетарного типа.

Заказчик получил в пользование установку травления ионным пучком английской компании Nordiko.Установка может работать с пластинами до 150 мм в диаметре, имеет загрузочную камеру и водоохлаждаемый столик с опциями как вращения образцов вокруг своей оси, так и поворота самого столика на угол по отношению к ионному пучку.

Откачка системы полностью сухая и состоит из
турбомолекулярного насоса Shimadzu на магнитной
подвеске и сухого насоса японской компании Kashiyama.

Заказчик получил в свое пользование CVD-установку для синтеза графена модели EasyTube 101 от компании CVD Equipment Corp (Firstnano).

Ссылка на описание установки (на английском языке)..

Установка может работать с образцами 25 х 50 мм и на ней можно получать одно-и многослойные графеновые пленки, также на ней можно провести осаждение графена на расплаве металла.