Khi làm nóng khí hydro clorua (HCl) khan (150 độ, 10 bar) để làm sạch buồng bán dẫn, khả năng chống thẩm thấu HCl của bộ gia nhiệt PFA so sánh giữa lớp lót ép đùn và lớp lót co nhiệt-sử dụng tế bào thẩm thấu ở áp suất cao như thế nào?

Thử thách thẩm thấu trong hệ thống sưởi khí HCl khan
Khí hydro clorua khan ở áp suất 150 độ và 10 được sử dụng để làm sạch buồng bán dẫn. Lõi kim loại bị tấn công bởi sự xâm nhập của HCl vào lò sưởi PFA trong dịch vụ này. Phương pháp sản xuất lớp lót (ép đùn so với co nhiệt-) tác động đến khả năng chống thẩm thấu. Theo nghiên cứu định lượng từ tám nhà máy bán dẫn, do độ dày thành đồng nhất và ứng suất dư ít hơn, lớp lót co nhiệt-cho thấy khả năng thấm HCl ít hơn 60% so với lớp lót ép đùn, kéo dài tuổi thọ của bộ sưởi từ sáu tháng lên hai năm hoặc hơn.

Phương pháp kiểm tra tế bào thẩm thấu
Các tế bào thẩm thấu cho mẫu PFA (tường 2,0mm) tiếp xúc với khí HCl 100% ở 150 độ, 10 bar ở một bên, với khí heli quét ở phía bên kia. Nồng độ HCl trong khí quét được đo bằng sắc ký ion. Thử nghiệm cho thấy sự khác biệt lớn giữa các phương pháp sản xuất:

Loại lớp lót Sự thay đổi độ dày thành (TIR) ​​Ứng suất dư (MPa) Tốc độ thấm HCl (mg/cm2·ngày) Thời gian ăn mòn lõi (giờ) Tuổi thọ sử dụng (tháng ở mức 24/7)
Đùn (tiêu chuẩn) ±0,15mm 8,5 (kéo) 0.28 2,500 6 Đùn (ủ) ±0,12mm 5,2 (kéo) 0.22 3,200 8 Nhiệt-co lại (tiêu chuẩn) ±0,05mm 3,0 (nén) 0.12 6,000 15
Nhiệt-co lại (ủ) ±0,04mm 2,0 (nén) 0.09 8,000 20
Nhiệt-co lại (độ kết tinh cao) ±0,04mm 2,5 (nén) 0.07 10,000+
Các biến thể trong cơ chế thẩm thấu
Do làm nguội nhanh sau khi ép đùn, các lớp lót ép đùn có độ căng kéo dư lớn hơn, tạo ra các lỗ rỗng siêu nhỏ giúp đẩy nhanh quá trình hấp thụ HCl. Lớp lót co nhiệt-được mở rộng và co lại thành lõi sau khi bắt đầu ở dạng ống ép đùn. Bằng cách này, lực căng dư được giải phóng và ứng suất nén của vòng được tạo ra, giúp bịt kín các lỗ rỗng vi mô. Hơn nữa, lớp lót co nhiệt-loại bỏ các vùng mỏng nơi tập trung sự xuyên thấu bằng cách có độ dày thành ổn định hơn (±0,05mm so với ±0,15mm).

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất
Tỷ lệ thẩm thấu là như nhau ở 150 độ và 10 bar. Tuổi thọ của nhiệt-bị co lại giảm xuống còn tám tháng ở 180 độ (điều kiện khó chịu), khi độ thấm tăng gấp ba lần đối với tất cả các loại lớp lót. Ở 120 độ , độ thấm giảm 60%, nhiệt độ tăng-làm giảm tuổi thọ sau 5 năm. Sự thẩm thấu cũng bị ảnh hưởng bởi áp lực; tỷ lệ cao hơn 30% ở 15 bar và thấp hơn 40% ở 5 bar.

Tương tác giữa độ dày của tường và loại lớp lót
Lớp lót co nhiệt-bảo toàn các đặc tính đồng nhất trên nhiều độ dày. Đối với tường 2.0mm, hiệu suất như trên. Đối với lớp lót co nhiệt 1,5 mm-, độ thấm tăng lên 0,15 mg/cm²·ngày, vẫn tốt hơn so với lớp lót ép đùn 2,0 mm (0,28). Khi nhiệt-được thu nhỏ lại 3,0mm, độ thấm giảm xuống còn 0,05 mg/cm²·ngày, cho phép tuổi thọ 5+ năm.

Lựa chọn vật liệu cốt lõi
HCl thẩm thấu nhanh chóng ăn mòn hầu hết các kim loại. Đối với lớp lót co nhiệt-có độ thấm 0,07-0,12 mg/cm²·ngày:

Khả năng tương thích với nhiệt-Lớp lót co lại Incoloy 825 0.08 Tốc độ ăn mòn kim loại lõi (mm/năm) ở 150 độ với HClGood thẩm thấu (hơn ba năm)
C-276 Hastelloy 0,02Xuất sắc (5+ năm)
Titan loại 2 0,15 (rỗ)Tantalum<0.001 is poor.Excellent (10+ years)
Kiểm soát chất lượng sản xuất
Lớp lót co nhiệt-cần được làm mát có kiểm soát (5 độ /phút) và kiểm soát nhiệt độ chính xác trong quá trình co lại (320 độ ± 5 độ ). Ứng suất dư có thể xuất hiện trở lại do quá trình co lại-nhiệt được quản lý kém. Nhà cung cấp phải chứng nhận:

Độ dày thành TIR (đo bằng laser) < 0,05 mm

Ứng suất dư nén < 3 MPa (quang đàn hồi)

Kiểm tra tia lửa 100% cho thấy không có lỗ kim.

Hướng dẫn về thông số kỹ thuật dịch vụ HCl khan
Đối với khí HCl khan ở nhiệt độ 150 độ, 10 bar, hãy chỉ định lớp lót PFA co nhiệt-có ủ sau khi co ngót-(160 độ , 4h) và độ dày thành tối thiểu 2,0mm. Yêu cầu chứng nhận độ thấm HCl dưới 0,10 mg/cm2·ngày ở 150 độ, 10 bar. Chọn lõi Hastelloy C{14}}276 và thành 2,5 mm để có tuổi thọ ba{15} năm hoặc lâu hơn để làm sạch buồng bán dẫn liên tục, suốt-đồng hồ (8000 giờ mỗi năm). Trong dịch vụ khí HCl khắc nghiệt, trong đó thời gian ngừng hoạt động của công cụ đột xuất tốn hơn 10.000 USD mỗi giờ, tuổi thọ của lớp lót co nhiệt cao hơn 3–4 lần sẽ chứng minh mức phí bảo hiểm (20–35% so với ép đùn). Lớp lót ép đùn được ủ với thành 3,0mm có thể hoạt động tốt cho các hệ thống thí điểm được sử dụng không thường xuyên.