Gas flow measurement_MFC

요약

장비에 가스를 주입할때 주입하는 양을 조절하는 장치로 가스가 얼마나 흘러가나를 측정한다.

정의상 가정	기체(gas)_맥스웰-볼츠만 분포(Maxwell-Boltzmann distribution)
내용상 가정
공식
단위
응용

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박막을 증착할때 기체를 조절하는것은 굉장히 중요합니다.

어느정도의 Ar가스를 흘리냐 산소가스를 흘리냐에 따라 박막에 성질에 엄청난 영향을 주기 때문입니다.

이 가스를 흘리는 양을 조절하는 장비가 있는데 그 측정 방법은 다음과 같습니다.

Thermal mass flow방법입니다. source가스의 주입이나 분위기 가스이 주입량을 미세하게 측정하는데 

바로 열량으로 조절합니다.

tube중간에 뜨거운 필라멘트를 놓고 가스에 양에따라 열이 뺏기는 정도를 측정합니다.

즉 gas stream의 온도를 올리는데 필요한 열량을 H라 하면

입니다. 이때 Cp는 specific heat이고 m'는 mass flow입니다. 

즉 흐르는 gas가 많을 수록 많은 열량이 필요하다는 것입니다.

이를 정리하면 흘러간 mass량은

여기서 변수가 2가지 인데 H와 T입니다. 즉 한가지를 고정시키면 쉽게 측정가능합니다.

H가 일정한 상태에서 T의 변화를 측정하거나 T가 일정한 상태에서 H의 변화를 측정합니다.

비록 간단한 측정방법이지만 오차율이 <1%이고 짧은 응답시간이 장점입니다.

이 측정장비를 이용하여 직접 챔버에 유입되는 gas의 유량을 미세하게 조절하는 것이 MFC(Mass flow controller)라는 장치입니다. 이는 servo controlled valve를 이용해서 gas의 유량을 제어합니다. 다시말해 벨브를 살짝 열었다 닫으며 입구의 크기를 조절하여 유량을 조절합니다. 

위의 그림이 MFC인데 이때 thermal mass flow gauge는 공기에 대해서만 맞고 다시 재 조정되어야 합니다.

즉 정확한 flow ratio값은 으로 f는 Meter의 correction factor로 모두 다릅니다. 각 표에서 찾아 대입해야합니다.(예로 공기는 1.00 Ar는 1.45, H2는 1.01입니다.)

이들은 어떤 물질을 x라 할때 

로 계산합니다.

Qmeter는 air기준으로 측정한 것으로 Q의 경우에는