Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Согласно ГОСТ 6718-68 хлор должен содержать > 99,8 % (объемн.) Cl2, остальное - примеси [в том числе, % (по массе): < 0,01 H2O, 0,002 NCl3, нелетучего остатка 0,0015].
Наиболее чистые сорта хлора, используемые в электронике, содержат:
' Хлора (минимально), %........... 99,9
Микропримесей (не более), ppmV, в том числе:
пары воды...................... 3
кислород....................... 2
диоксид углерода............... 40
метан.......................... 10
азот........................... 10
водород........................ 10
2. КРИОГЕННАЯ ТЕХНИКА
Способы получения искусственного холода ' классифицируются по требуемой температуре охлаждения. Условно различают глубокое охлаждение (< 173 К)* и умеренное (293-173 К).
Способы получения низких температур
Под охлаждением понимают искусственный отвод теплоты от тела с достижением более низкой температуры, чем температура окружающей среды. Такой искусственный отвод теплоты в сущности является процессом, предусматривающим ее перевод с одного температурного уровня на другой, более высокий. Поэтому любой холодильный аппарат должен работать как тепловой насос. Практически [277] для достижения низких температур можно воспользоваться: фазовым превраще-
* Температуры ниже 173 К принято называть криогенными. 354
Рве. 164. Схема устройства дросселя
нием, когда неупорядоченная фаза переходит в упорядоченную; откачкой паров, когда устраняются молекулы, обладающие наиболее высокими энергиями; расширением газа с совершением внешней работы; дросселированием либо десорбцией в условиях, когда расширение газа сопровождается работой молекул против сил притяжения. Все эти способы так или иначе уменьшают среднюю кинетическую энергию молекул.
Дросселирование - процесс, при котором поток газа меняет давление за счет резкого изменения объема. Устройство дросселя представлено на рис. 164. Газ из компрессора 3 под давлением P1 по трубопроводу 2 поступает к дроссельному крану 1 и, выходя через отверстие, расширяется с уменьшением давления до P2 в камере 4.
Если между молекулами нет сил взаимодействия (идеальный газ), то такая операция не меняет температуру газа, так как PV - величина постоянная для данной температуры. Если же расширение газа сопровождается изменением энергии взаимодействия, то это должно привести к изменению его температуры. При этом, если в сжатом состоянии часть кинетической энергии затрачивается на преодоление межмолекулярных сил отталкивания, газ при расширении нагревается. Если же расширение сопровождается ослаблением сил притяжения, то газ охлаждается.
Это явление называется эффектом Джоуля-Томсона. Охлаждение газа называю^ положительным, а нагрев - отрицательным эффектом Джоуля- Томсона.
Один и тот же газ при различных температурах может иметь положительный либо отрицательный эффект. Температура, при которой происходит изменение знака эффекта Джоуля-Томсона, называется температурой инверсии.
Для охлаждения, естественно, используется положительный эффект Джоуля-Томсона, и, следовательно, дросселирование применимо только для температур, которые находятся ниже точки инверсии. Верхняя температура инверсии, например, для азота при давлении 10-1 МПа составляет 560 К, а для гелия прибавлении 3-1 МПа 40 К.
355
Рис. 16S. Машина для ожижения воздуха
Таким образом, для охлаждения дросселированием гелий необходимо предварительно охладить до 40 К, а азот не требует предварительного охлаждения и может переводиться в жидкое состояние одним дросселированием. Получение холода или сжиженного газа простым дросселированием малоэффективно. Это связано с большим удельным расходом энергии. Кроме того, для сжижения таких газов, как гелий, необходимо осуществлять предварительное охлаждение до температуры инверсии. В го же время благодаря простоте исполнения метод дросселирования используется как вспомогательный почти во всех холодильных машинах.
Используя эффект дросселирования, Линде изготовил машину (рис. 165) для сжижения воздуха, которая описана в работе [278]. Атмосферный воздух в компрессоре K1 сжимается до давления 2 МПа, во втором компрессоре K2 давление повышается до 22 МПа. Сжатый воздух проходит по трубопроводу и охлаждается при этом проточной 356
водой до ~ 280 К. Затем воздух поступает во внутренний канал змеевика, охлаждаемого по принципу труба в трубе. При этом вследствие уменьшения давления от 22 до 2 МПа температура понижается до ~ 230 К.
Охлажденный воздух по наружному каналу трубы змеевика отводится к компрессору, охлаждая при этом следующие порции воздуха, поступающие по внутреннему каналу. Поэтому расширение воздуха будет происходить при все более низких температурах, пока при ~ 93 К и давлении 2 МПа не начнется конденсация воздуха. Жидкий воздух стекает в резервуар, откуда через кран E может быть выпущен наружу.
Следующим методом получения низких температур является расширение газов с совершением внешней работы.
Если направить сжатый газ в турбину или цилиндр поршневой машины, то в процессе его расширения получим работу. При этом газ сильно охлаждается. Эффективность охлаждения в этом случае выше, чем при дросселировании при одинаковом перепаде давления. Машины, предназначенные для расширения газов с отдачей работы, называются детандерами.
