Šviesolaidžio gamybos grynumo problema, tiesą sakant, yra žiauresnė, nei dauguma žmonių supranta. Kalbame apie užterštumo lygį, kuris turi būti mažesnis nei 1 ppb metalo jonams-, o jei dirbate su pilnos-bangos optiniais pluoštais, OH jonų poreikis sumažėja iki beveik absurdiško 0,8 ppb. Standartinis išgrynintas SiCl₄ ir GeCl₄ tiesiog jo nepjauna, net arti.
Kodėl garų slėgis čia iš tikrųjų svarbus
Taigi štai apie visus šiuos ruošinių procesus-MCVD, PCVD, VAD, OVD-visi jie priklauso nuo garų fazės nusodinimo. Tačiau tai, kas iš tikrųjų verčia šį valymo darbą, yra ne tik pats nusėdimas. Tai selektyvus garinimas, kuris vyksta medžiagoms net nepasiekus reakcijos zonos.
Įsivaizduokite burbulinę kolbą, sėdinčią, tarkime, 55 laipsnių SiCl₄ (virimo temperatūra 57,6 laipsnio). Skystis nuolat išgaruoja, sukurdamas garų slėgį P₁ virš paviršiaus, o atmosferos slėgis P2 stumia žemyn. Kai šie slėgiai susilygina ties P₃, jūs pasiekiate tai, ką vadiname sočiųjų garų slėgiu. Dar šiek tiek pašildykite ir P₁ viršys P₂-daugiau molekulių patenka į dujų fazę. Atvėsinkite, kondensatas ims viršų.
To grožis? Daugumos metalinių priemaišų virimo temperatūra yra aukštesnė nei SiCl4 arba GeCl4 (kurios verda 83,1 laipsnio). Jie tiesiog sėdi skystoje fazėje, o grynos medžiagos išgaruoja. Pavyzdžiui, geležies užterštumas gali sumažėti nuo 20 ppb iki 1 ppb vien dėl šio proceso. Tai 20 kartų sumažinimas be jokio sudėtingo cheminio apdorojimo.
MCVD prisiima medžiagų pristatymą
MCVD sistemose didelio{0}}grynumo deguonis teka per MFC į burbulinę kolbą. Jis veikia kaip nešančiosios dujos, nunešdamos prisotintus garus per tiekimo linijas ir į kvarcinį vamzdelį, kur vyksta tikroji magija-cheminė garų reakcija ir sluoksnis,-su{4}}nusėdęs ant vidinės sienos.
Temperatūros reguliavimas čia yra sudėtingas. Per karšta ir pradėsite garuoti nešvarumus. Per šalta, ir jūs negaunate pakankamai medžiagų srauto. Saldžioji vieta paprastai yra keliais laipsniais žemiau virimo temperatūros, išlaikant tą pusiausvyrą, kai gaunate didžiausią grynų garų kiekį, nepatekdami į teritoriją, kur važiuojant pradeda sklisti teršalai.
OVD ir VAD: skirtinga geometrija, ta pati fizika
OVD ir VAD procesai tvarko dalykus skirtingai dėl jų išorinės nusodinimo sąrankos. Vietoj vienos burbulinės kolbos, tiekiamos į vamzdelį, iš atskirų degiklio purkštukų išeina keli dujų srautai -O₂, H₂, Ar-, taip pat SiCl₄ ir GeCl₄ garai.
Šios sistemos iš tikrųjų šildo žaliavas virš jų virimo temperatūros, kad sukurtų tinkamus dujų srautus. SiCl₄ pastumiamas daugiau nei 57,6 laipsnio, GeCl₄ virš 83,1 laipsnio. Tačiau-ir tai labai svarbu,-temperatūra vis tiek išlieka gerokai žemesnė už priemaišų virimo temperatūrą. Taigi jūs vis dar gaunate tą distiliavimo efektą, tik esant agresyvesnei konfigūracijai. Degiklio sąrankai to reikia, nes jums reikia apibrėžtų dujų purkštukų, o ne tik garų srautu.
Rezultatas? Ruošinio suodžių dalelės, kurių grynumo lygis reikalauja šiuolaikinių pluošto specifikacijų.
Nešvarumo problema Niekas apie tai nekalba pakankamai
Metalo jonai yra akivaizdūs piktadariai. Geležis, chromas, varis{1}}visi jie sugeria šviesą ir sukelia nuostolių. Tačiau OH jonai yra gudrūs. Jie sukuria sugerties smailes esant tam tikriems bangos ilgiams, ypač maždaug 1383 nm, o tai istoriškai sukūrė „vandens smailę“, kuri privertė ankstyvąsias pluošto sistemas visiškai išvengti tam tikrų bangos ilgių langų.
„Full{0}}wave fiber“ pakeitė žaidimą, nes reikalauja mažiau nei 1 ppb OH turinio, ir, tiesą sakant, norint tai pasiekti, reikėjo permąstyti visą medžiagų tvarkymo grandinę. Tai jau ne tik apie burbulinės kolbos temperatūrą. Kiekvienas vožtuvas, kiekviena linija, kiekvienas tiekimo sistemos sandariklis tampa galimu taršos šaltiniu.
Galite puikiai distiliuoti burbulinėje kolboje ir vis tiek pasiekti padidintą OH, jei yra nedidelis nuotėkis, dėl kurio drėgmė patenka į tiekimo linijas. Štai kodėl pluošto ruošinių gamybos laboratorijos atrodo kaip puslaidininkių švarios patalpos,{1}}nes esant tokiam grynumo lygiui, jos iš esmės yra.
Temperatūros gradientai ir selektyvus garinimas
Yra antrinis valymo efektas, kuriam neskiriama pakankamai dėmesio: terminis gradiento atskyrimas. Net pačioje burbulinėje kolboje atsiranda temperatūros svyravimų. Skysčio paviršius yra karščiausias, o šalia kolbos sienelių esančiose srityse gali būti laipsniais ar dviem vėsiau.
Taip susidaro mikro{0}}konvekcinės srovės, kurios iš tikrųjų padeda sutelkti priemaišas vėsesnėse zonose, o gryna medžiaga pirmiausia išgaruoja nuo šiltesnio paviršiaus. Tai nedidelis efektas, galintis prisidėti prie bendro valymo 10-15%, bet kai siekiate ppb lygio grynumo, kiekviena smulkmena yra svarbi.
Kai kurios sistemos netgi naudoja sąmoningai sureguliuotas temperatūros zonas tiekimo linijose, kad sukurtų kelis distiliavimo etapus. Garai trumpam kondensuojasi vėsesnėje vietoje, tada vėl-išgaruoja kitoje šildomoje zonoje, kiekvieną kartą palikdami dar vieną sluoksnį priemaišų.
Ką iš tikrųjų reiškia skaičiai
Kai sakome „mažiau 1 ppb metalo jonų“, mes kalbame apie vieną dalį iš 10⁹. Žvelgiant į tai perspektyvoje, jei turėtumėte baseiną, pilną SiCl₄, vienas ppb prilygtų mažiau nei vienam lašui teršalo.
Analitinės metodikos, leidžiančios net išmatuoti grynumą šiais lygiais-ICP-MS, GDMS-, yra pakankamai sudėtingos, todėl mėginių tvarkymas tampa savarankišku iššūkiu. Jei nesate atsargūs, matavimo metu galite užteršti mėginį.
Ir štai varginanti dalis: norint pasiekti 0,8 ppb OH visame -banginiame pluošte, reikia ne tik išvalyti žaliavas, bet ir kontroliuoti visą proceso atmosferą. Net ir itin-grynas azotas gali turėti drėgmės pėdsakų. Net „sausas“ deguonis iš cilindrų nėra pakankamai sausas. Dauguma rimtų ruošinių operacijų baigiasi savo dujų valymo sistemomis, kad atitiktų specifikacijas.
Medžiagų srauto dinamika
Faktinis srautas per šias burbulines kolbas skiriasi priklausomai nuo nusodinimo proceso ir norimų dopingo lygių. MCVD gali veikti santykinai mažu srautu, nes nusėdate ant nedidelio vidinio paviršiaus ploto. OVD išorinis nusodinimas greičiau sunaudoja medžiagą, nes susidaro kelių colių skersmens suodžių nuosėdos.
Šis srauto greitis turi įtakos pusiausvyrai burbulinėje kolboje. Didesnis traukos greitis iš tikrųjų gali atvėsinti skystį naudojant garavimo aušinimą, todėl norint išlaikyti pastovų garų slėgį, reikalinga aktyvi temperatūros kompensacija. Kai kurios sistemos naudoja šildomas tiekimo linijas ne tik tam, kad išvengtų kondensacijos, bet ir aktyviai valdytų garų{2}fazės sudėtį per selektyvią kondensaciją ir re-garavimą.
Inžinerija greitai tampa sudėtinga, todėl tikriausiai dauguma straipsnių sutelkia dėmesį į paprastą garų slėgio pusiausvyrą ir dinaminių efektų blizgesį.
Visa sistema iš esmės yra nepertraukiamo distiliavimo kolonėlė, veikianti santykinai žemoje temperatūroje, pasinaudojant tuo, kad silicio ir germanio tetrachloridai yra lakūs, o jų priemaišos ne. Iš principo paprasta, košmariška, kai siekiate 0,8 ppb OH visos -bangos pluošto ruošinyje.
