Construcción de un pequeño aparato para depositar materiales en el vacío por bombardeo con iones (SPUTERING)

 La fuente de alimentación.

El sputering de este aparato funciona bien con tensiones entre 400 y 600 voltios y corrientes entre 50 y 300 ma. Se puede operar en corriente alterna, pulsante (rectificada sin filtrar) y continua. El funcionamiento es mas eficiente en continua, además se le saca mas rendimiento, así que me limitare a describir como conseguir una fuente de corriente continua adecuada para el aparato. Los otros modos de operación se obtienen simplemente eliminando componentes de la fuente de continua.

 

 

Como es necesario variar la tensión, he preferido emplear un variac que construir una compleja fuente de alimentación de alta tensión. Un variac de 2 amperios es suficiente, su coste en las tiendas de electrónica esta alrededor de los 30 euros.

La salida del variac dá como máximo los 220 voltios AC que rectificados y filtrados dan unos 380 voltios de continua. Esta tensión es insuficiente así que se incluye un transformador para proporcionar tensiones mas altas. Como se trata de aprovechar materiales sugiero tres alternativas para este transformador.

 

1- Emplear un transformador de tubo neón.

Para hacer pruebas vale, para uso definitivo no vale ya que están limitados en corriente a unos 50 ma. En circuito abierto dan tensiones muy altas, 5000 voltios o mas, lo que significa que en un descuido se pueden destruir por sobretensión el rectificador y los condensadores de filtro.

2.- Emplear un transformador de un microondas viejo.

Los transformadores de hornos microondas, son una joya. Hasta si están rotos tiene algo que aprovechar. Pero en este caso necesitamos que este bueno. Un transformador de microondas acepta una entrada de 220 V ac y da una salida de 2200 v ac. Tiene una relación aproximada de 1 a 10. La potencia media que da es de unos 1200 W, por lo tanto mas que sobrado para nuestro propósito. El problema con este transformado es que los 2200 v de salida una vez rectificados y filtrados dan 3800 V de continua con el variac al máximo. Por ello tendremos que trabajar con el variac casi al mínimo y cuidar no llevarlo excesivamente alto para no sobrepasar la tensión y cargarnos los circuitos de rectificación y filtro.

Una oportunidad que nos ofrece un transformador de microondas es modificarlo para que de una tensión mas baja de salida. Tal como suelen estar construidos resulta fácil, aunque a veces tedioso, quitarle espiras para bajar la tensión de secundario.

En casi todos los transformadores que he visto por cada voltio de salida en el secundario tenían una espira. Así que habría que quitarle al menos la mitad de las espiras del secundario. Se puede quitar una a una cuidadosamente o cortar una capa relativamente grande y luego poco a poco recuperar las espira final. Es mucho mas rápido pero hay que hacerlo con cabeza. En caso de optar por esta solución, dejar el transformador un poco holgado de tensión por si la necesitamos para otros experimentos.

3.- Transformador estándar de entrada 440 v salida 220.

Estos transformadores se emplean para alimentar circuitos en paneles de control. RS tiene este tipo de transformadores el de 200 VA tiene como referencia 180-213 y vale 51 euros. Este transformador tiene una entrada de 440 v para dar 220 v, pero podemos invertirlo y alimentarlo con 220 v y obtendremos aproximadamente 440 que rectificados y filtrados nos darán aproximadamente 620 voltios en continua. Esta solución es bastante segura y es la recomendable en el caso de que tengamos que adquirir un transformador nuevo.

Como rectificador podemos emplear el puente sencillo reflejado en el esquema o utilizar un puente de onda completa. Como las tensiones van a ser altas recomiendo el uso de al menos tres diodos 1N4007 en serie para sustituir a los diodos. También podemos utilizar los diodos que vienen en el rectificador del microondas.

Si rectificamos a media onda es conveniente al menos 100 microfaradios a 800 v como condensador de filtro. Como estos condensadores no existen colocamos dos de 200 en serie, con resistencias de equilibrado. Estos condensadores o de valores similares se pueden obtener de los desguaces de fuentes de alimentación de ordenadores o de televisores. A veces en vez de condensadores de 400 voltios tienen 2 dos 200 voltios conectados en serie. En ese caso habría que poner cuatro condensadores en vez de dos.

Observar que la salida de la alta tensión se hace a través de una resistencia limitadora. 100 ohmios 20 watios. Esta resistencia limita el paso de la corriente y evita que se descargue toda la potencia acumulada en los condensadores a través de la cámara de sputering. Y aunque no esta incluido en el esquema resulta imprescindible un miliamperimetro en serie con la corriente y conveniente un voltímetro para conocer la tensión de funcionamiento.

Tener en cuenta que el comportamiento corriente/tensión de la cámara no es en absoluto lineal. Conforme se sube la tensión la corriente permanece a cero hasta que se alcanza la tensión de encendido que suele ser de unos 340 voltios, si no hubiese resistencia limitadora con un pequeño incremento de voltaje se dispararía la corriente. Esta resistencia hace que el incremento sea lineal hasta la corriente máxima. Al bajar la tensión el efecto es contrario, la corriente baja linealmente hasta la tensión de apagado que suele ser unos voltios menos que la de encendido.

 

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