Diseño del control de la temperatura del portasustrato de una cámara de alto vacío para elaborar películas semiconductoras delgadas

Abstract

Este trabajo de tesis muestra el diseño del control de temperatura del portasustrato de la cámara de alto vacío del Laboratorio de Ciencia de los Materiales de la Sección Física de la PUCP. Para estudiar las propiedades físicas, químicas y ópticas de las películas semiconductoras delgadas elaboradas dentro de la cámara, los investigadores retiran las películas a un horno externo fuera de la cámara; sometiéndolas a altas temperaturas. Por ello es un requerimiento realizar el control de temperatura del portasustrato, el cual sostiene al sustrato donde se depositan las películas semiconductoras, dentro de la cámara de alto vacío. Por tal necesidad se diseñó el control de temperatura del portasustrato, para lo cual se realizaron pruebas en una placa térmica que transfiere calor al portasustrato de la cámara, debido al Efecto Joule, en una resistencia eléctrica de 50 Ohmios y capaz de proporcionar 1200W de potencia eléctrica; esta resistencia está en el interior de la placa térmica. Posicionando adecuadamente el sensor de temperatura (termocupla) y mediante el algoritmo de control diseñado (Proporcional e Integral) por el modelo de Ziegler and Nichols, se logró satisfactoriamente el control de temperatura del portasustrato de la cámara de alto vacío para el Laboratorio de Ciencia de los Materiales de la PUCP, con un error menor a 2°C. Fue necesario conocer en qué rangos de temperatura el portasustrato tiene un comportamiento lineal entre la señal de entrada y la temperatura monitoreada, en un experimento realizado en lazo abierto para así conocer las funciones de transferencia que se puedan obtener y poder realizar el control de temperatura en el rango de trabajo del portasustrato.