CN108176324A - 一种氢气与磷烷的自动配气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢气与磷烷的自动配气装置，属于气体配制技术领域。包括磷烷输送管、吹扫氮气输送管、高压氮气输送管、高压氢气输送管、控制阀、真空计、分流支管、储存瓶、对比瓶、电子天平、抽风机和真空泵，所述吹扫氮气输送管、所述高压氮气输送管、所述高压氢气输送管分别与所述磷烷输送管连通，所述磷烷输送管、所述吹扫氮气输送管、所述高压氮气输送管、所述高压氢气输送管上均设有控制阀，所述磷烷输送管末端与所述分流支管的中部连通。本发明采用低载荷、高精确度的电子天平直接测量对比瓶的通入气体质量，从而提高通入气体质量的控制精度，提升配置气体的各含量的浓度准确度；且通过PLC实现自动控制，避免人工操作的失误。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢气与磷烷的自动配气装置，属于气体配制技术领域。
背景技术
磷烷在半导体制备工艺中被用来作为气相淀积、外延、扩散和离子注入等工序中不可缺少的气体。化合物半导体GaP、InP的制备,也需磷烷作源料;如用磷烷生长的磷硅玻璃钝化膜,对硅片中杂质有吸着特性而起终端保护作用,用磷烷和硅烷生长的掺杂多晶硅,用作太阳能电池及扩散源,掺杂磷.均砷化嫁制成的发光二极管,可作为低温测试的敏感元件。
在半导体制备工艺中，经常采用1%的磷烷和氢气混合气体，作为P的掺杂源，为了保证掺杂的稳定性和重复性，该工艺对于磷烷的浓度的准确度要求极高，要求达到0.001%，配制时，将储存瓶放在电子天平上称量通气配制时的气体质量，通过电子天平重量变化依次判定通入的氢气与磷烷的重量来配备指定浓度的混合气体，但是由于客户对于该混合气体使用量大，往往采用大容量的Y瓶作为储存瓶，例如800L的Y瓶，其重量为500Kg左右，称量时采用最大承重量为1吨的天平称量，此时实际需要通入的磷烷质量只有1700g，氢气为10000g，大量程天平的精度有限，称量结果有误差，且目前配置时均为人工配置，通过人工控制通气阀门的开启关闭，这就对操作人员的素质要求非常高，一旦人工操作时出现失误，造成不可估量的损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种氢气与磷烷的自动配气装置，它解决了目前的大容量Y瓶配置含磷烷混合气体时浓度不准确以及人工控制出现操作失误的问题。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
一种氢气与磷烷的自动配气装置，包括磷烷输送管、吹扫氮气输送管、高压氮气输送管、高压氢气输送管、控制阀、真空计、分流支管、储存瓶、对比瓶、电子天平、抽风机和真空泵，所述吹扫氮气输送管、所述高压氮气输送管、所述高压氢气输送管分别与所述磷烷输送管连通，所述磷烷输送管、所述吹扫氮气输送管、所述高压氮气输送管、所述高压氢气输送管上均设有控制阀，所述磷烷输送管末端与所述分流支管的中部连通，所述分流支管的两端分别与所述储存瓶、所述对比瓶连接，所述对比瓶放置在所述电子天平上，所述磷烷输送管上还设有所述真空计，所述抽风机、所述真空泵均通过管道与所述磷烷输送管连通，所述控制阀、所述真空计、所述电子天平、所述抽风机和所述真空泵均与PLC控制器连接。
通过采用上述技术方案，将分流支管的两端分别连接存储瓶和对比瓶，分流制管与储存瓶、对比瓶连接的管道、接口规格完全相同，将对比瓶为小容量瓶，通入气体时，直接通过对比瓶判断实际通入的磷烷与氢气的质量，由于采用小量程的电子天平对对比瓶称量，其控制精度高，提高了配置磷烷、氢气时的配置浓度精度；且通过PLC控制器控制各处的阀门，PLC有持续的控制阀门的开启关闭，避免了人工操作出现失误的问题。
作为优选实例，所述磷烷输送管的末端设有两个并联的控制阀，两个控制阀分别为粗加控制阀和精加控制阀，所述精加控制阀内安装有限流板，所述限流板上设有孔径为0.01mm的限流孔。
通过采用上述技术方案，通入高压氮气、磷烷或者氢气时，先打开粗加控制阀，待通入量达到80%时，关闭粗加阀，打开精加控制阀，加入的气体经过精加控制阀的限流后，缓慢进入到储存瓶和对比瓶中，提高通入时气体质量的精度。
作为优选实例，所述控制阀为1/4不锈钢气动隔膜阀。
作为优选实例，所述磷烷输送管、所述吹扫氮气输送管、所述高压氮气输送管、所述高压氢气输送管上均设有负压压力传感器和高压压力传感器，所述负压压力传感器和所述高压压力传感器分别与所述PLC控制器连接。
通过采用上述技术方案，通过负压压力传感器和高压压力传感器检测各管道的工作情况，当出现泄露或者阻塞时PLC控制器将整个装置停机。
作为优选实例，所述PLC控制器上还连接有声光报警器。
通过采用上述技术方案，PLC检测到异常时启动声光报警器，提高生产过程中的安全性。
作为优选实例，所述磷烷输送管上还设有微漏阀和止回阀。
通过采用上述技术方案，防止串气、回流以及拆卸、更换管道时空气中的杂质进入。
本发明的有益效果是：
（1）、将通入分流支管的气体分流至储存瓶和对比瓶中，并且通过电子天平直接测量对比瓶中的气体通入质量依次判断通入储存瓶中的气体质量，由于是对对比瓶进行测量，可以采用小载荷、高精度的电子天平，对通入气体的质量称量更为精确，提高气体配制时浓度准确度；
（2）、通过PLC控制器对整个装置进行检测和控制，能够完全实现自动化配备过程，且控制精确，避免了人工操作出现失误的风险。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路连接框图。
图中：磷烷输送管1，吹扫氮气输送管2，高压氮气输送管3，高压氢气输送管4，控制阀5，真空计6，分流支管7，储存瓶8，对比瓶9，电子天平10，抽风机11，真空泵12，粗加控制阀13，精加控制阀14。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1和图2所示，一种氢气与磷烷的自动配气装置，包括磷烷输送管1、吹扫氮气输送管2、高压氮气输送管3、高压氢气输送管4、控制阀5、真空计6、分流支管7、储存瓶8、对比瓶9、电子天平10、抽风机11和真空泵12，所述吹扫氮气输送管2、所述高压氮气输送管3、所述高压氢气输送管4分别与所述磷烷输送管1连通，所述磷烷输送管1、所述吹扫氮气输送管2、所述高压氮气输送管3、所述高压氢气输送管4上均设有控制阀5，所述磷烷输送管1末端与所述分流支管7的中部连通，所述分流支管7的两端分别与所述储存瓶8、所述对比瓶9连接，所述对比瓶9放置在所述电子天平10上，所述磷烷输送管1上还设有所述真空计6，所述抽风机11、所述真空泵12均通过管道与所述磷烷输送管1连通，所述控制阀5、所述真空计6、所述电子天平10、所述抽风机11和所述真空泵12均与PLC控制器连接。
所述磷烷输送管1的末端设有两个并联的控制阀5，两个控制阀5分别为粗加控制阀13和精加控制阀14，所述精加控制阀14内安装有限流板，所述限流板上设有孔径为0.01mm的限流孔。
所述控制阀为1/4不锈钢气动隔膜阀。
所述磷烷输送管1、所述吹扫氮气输送管2、所述高压氮气输送管3、所述高压氢气输送管4上均设有负压压力传感器和高压压力传感器，所述负压压力传感器和所述高压压力传感器分别与所述PLC控制器连接。
所述PLC控制器上还连接有声光报警器。
所述磷烷输送管1上还设有微漏阀和止回阀。
本发明所述的电子天平10，采用比较器级别的超高精度的电子秤，其典型的参数为150kg±0.05g。本发明所述的真空泵12，采用高真空的双级真空泵，其真空度需能够达到0.0075mbar。
本装置所述的各气体输送管，均采用1/4 和1/8 316L电解抛光管道，在精加控制阀14两端采用1/8管，可控制加入速度，储存瓶8和对比瓶9的连接管必须采用1/8管，且管道需做特殊设计减少管道在负压和高压情况下的张力差，减少此张力差对电子天平10的影响。该设计中，直管段必须对中，且圆环的绕圈数不能超过10圈。其中连接对比瓶9和储存瓶8所采用的管道和阀门必须完全一致，以保证分流支管7分流气体时向两端的分流量相同。
通过磷烷输送管1通入磷烷气体，通过高压氮气输送管3通入氮气，通过高压氢气管通入氢气，完成特定浓度的混合气体的配置，在通入每一种气体后，通过吹扫氮气输送管2向管道内吹入氮气，通过高压压力传感器判断管道是否出现泄露的情况，完成检漏，然后再启动真空泵12将个输送管内抽至真空，避免残余气体对浓度的影响。
在配制开始时，PLC控制器控制各个控制阀5的开关，进行系统检查，检查原料是否足够，是否在高压和负压情况下泄漏。在开始配制中，PLC控制器读取电子天平10的重量，控制加入量，当达到加入量后，PLC控制器自动关闭对应管路上的控制阀5，并且开始吹扫，检漏等工序，开始开启第二种原料的加入，加入完成后，同样的进行吹扫和检漏等工序。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种氢气与磷烷的自动配气装置，其特征在于：包括磷烷输送管、吹扫氮气输送管、高压氮气输送管、高压氢气输送管、控制阀、真空计、分流支管、储存瓶、对比瓶、电子天平、抽风机和真空泵，所述吹扫氮气输送管、所述高压氮气输送管、所述高压氢气输送管分别与所述磷烷输送管连通，所述磷烷输送管、所述吹扫氮气输送管、所述高压氮气输送管、所述高压氢气输送管上均设有控制阀，所述磷烷输送管末端与所述分流支管的中部连通，所述分流支管的两端分别与所述储存瓶、所述对比瓶连接，所述对比瓶放置在所述电子天平上，所述磷烷输送管上还设有所述真空计，所述抽风机、所述真空泵均通过管道与所述磷烷输送管连通，所述控制阀、所述真空计、所述电子天平、所述抽风机和所述真空泵均与PLC控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种氢气与磷烷的自动配气装置，其特征在于:所述磷烷输送管的末端设有两个并联的控制阀，两个控制阀分别为粗加控制阀和精加控制阀，所述精加控制阀内安装有限流板，所述限流板上设有孔径为0.01mm的限流孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种氢气与磷烷的自动配气装置，其特征在于:所述控制阀为1/4不锈钢气动隔膜阀。
4.根据权利要求1所述的一种氢气与磷烷的自动配气装置，其特征在于:所述磷烷输送管、所述吹扫氮气输送管、所述高压氮气输送管、所述高压氢气输送管上均设有负压压力传感器和高压压力传感器，所述负压压力传感器和所述高压压力传感器分别与所述PLC控制器连接。
5.根据权利要求1或4所述的一种氢气与磷烷的自动配气装置，其特征在于:所述PLC控制器上还连接有声光报警器。
6.根据权利要求1所述的一种氢气与磷烷的自动配气装置，其特征在于:所述磷烷输送管上还设有微漏阀和止回阀。
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