CN109487235A - 一种垂直式双炉体化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

一种垂直式双炉体化学气相沉积设备，其特征在于包括支架底座、升降系统、下炉体、缓冲系统、上炉体、源气系统、进气管、真空阀门、排气管、真空泵、过滤池；下炉体安装在支架底座上，下炉体下端连接升降系统，下炉体通过进气管和源气系统连接；缓冲系统安装在下炉体上端，上炉体安装在缓冲系统上面；上炉体通过排气管和真空泵连接，真空泵和过滤池通过排气管连接；过滤池中溶液为氢氧化钙溶液。本发明提供的垂直式双炉体化学气相沉积设备，反应下炉体和尾气处理上炉体垂直一体分布，没有多余管道连接，可以及时有效处理化学气相沉积生产过程尾气，实现尾气零排放、安全绿色生产，提高生产效率。

Description

一种垂直式双炉体化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积装备，特别涉及一种垂直式双炉体化学气相沉积装备。

背景技术

化学气相沉积是一种制备无机材料的气相生长方法，它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。化学气相沉积已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料，这些材料包括氧化物、硫化物、氮化物、碳化物等，这些沉积出的材料的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制，化学气相沉积已成为无机合成化学的一个新领域。

化学气相沉积的机理是将气态反应物加热到一定温度并保持一定压力下发生化学反应，在沉积炉内生成固态物质沉积在固态基体表面。化学气相沉积SiC的工艺过程中反应气体包括Ar、H₂、烷烃类和有机硅烷等，它们在高温沉积过程中并不能被完全利用，因而在排放的尾气中包含大量的未分解的有机硅烷与烷烃、分解产物焦油、反应产物HCl、沉积产物粒子等。未分解的烷烃若不妥善处理，不仅存在爆炸危险还会污染大气，而未分解的有机硅烷、反应产物HCl遇空气中的水会产生腐蚀性极强的盐酸气，从而严重的腐蚀机械泵和生产装备，并且对环境造成污染，因而不能直接排入大气。分解产物焦油、沉积产物粒子等会沉积在机械泵和管道中，不仅遇到空气会爆炸，还会严重影响机械真空泵的性能和使用寿命。

目前应用到化学气相沉积的设备主要采用单炉体立式或者卧式，尾气处理装置需要另外安装，这使得反应尾气不能及时得到处理，且反应炉体和尾气处理装置之间需要大量管道连接，结构复杂，不利于反应尾气的处理。

针对CVD、CVI尾气成分复杂的特点，中国专利CN98113023.2公开了一种CVD/CVI工艺尾气处理方法与设备，采用三级过滤实现：第一级为油过滤，主要是为了去除沉积产物粒子和分解产物焦油；第二级为固体过滤，主要是为了去除未分解的有机硅烷和HCl气体；第三级为水过滤，主要是为了进一步去除未分解的金属有机硅烷和HCl气体。两台机械泵交替使用可以在一台机械泵抽气速率下降需要更换泵油时起动另一台机械泵，从而保证连续和稳定的抽气速率。

授权公告号CN104342631B的中国发明专利公开了一种化学气相沉积炉，其包括：炉体；上炉盖，设置在炉体上部，与炉体密封且可拆装式固定连接；下炉盖，设置在炉体下部，与炉体密封可拆装式固定连接；以及下炉盖升降机构，与下炉盖固定连接，以使下炉盖在脱开固定的炉体后带动下炉盖降落以进行下出料、以及带动出料后的下炉盖上升以与炉体结合。所述化学气相沉积炉还可包括：前后推送机构，设置于下炉盖的正下方，前后推送机构使下炉盖升降机构带动下降的下炉盖落在其上并前后移动到至外围，以进行出装料。炉体、上炉盖、下炉盖均可采用水冷夹层、保温层。由此，能够避免在反复拆装的过程中炉体的相互错位；出装料安全、可靠，操作方便；炉内的热场稳定并提高了高温工作安全性。

授权公告号CN207294881U的中国实用新型专利公开了一种化学气相沉积炉，其包括自下而上组装的用于盛放原料的一坩埚、配合坩埚使用的一坩埚盖、一沉积室、一收料盒、一导气管；所述坩埚盖上开设了连通坩埚和沉积室的若干第一通孔，所述收料盒上开设有连通沉积室和收料盒的一第二通孔，所述化学气相沉积炉还包括给坩埚加热的一第一加热器，所述收料盒内置一集尘室和盖设在集尘室上方的一集尘室盖板，所述集尘室盖板上开设连通集尘室和收料盒的一第三通孔。

申请公布号CN108048817A的中国发明专利公开了一种化学气相沉积炉，包括炉壳和炉壳内部的沉积室，沉积室中部设有发热体，沉积室侧壁上设有进气管路，沉积室顶盖上设有气压调节环，气压调节环用于调节产品内侧与产品外侧之间的气压大小。该化学气相沉积炉，主要用于多孔产品的增密处理，产品的顶部与气压调节环接触，发热体对产品内侧进行加热，沿产品厚度方向形成温度梯度，碳源气体从进气管路进入沉积室，通过气压调节环调节产品外侧与内侧的气压，使产品外侧与内侧形成气压差，产品外侧的气压大于产品内侧的气压，因而碳源气体在气压差的作用下可强行通过筒状产品上孔洞，从而可在产品内部的孔洞中充分进行沉积反应，改善沉积效果，提高产品的整体密度，且沉积速率快。

申请公布号CN107779843A的中国发明专利公开了一种化学气相沉积炉，包括炉体和设于所述炉体底部的进气装置，所述进气装置包括有主进气管路、分气器和加热器，所述主进气管路连通所述分气器，所述分气器连通所述炉体内部的炉腔，所述分气器用于向炉腔内均匀分布气流，所述加热器设在所述分气器外部，所述加热器用于对所述分气器加热。该化学气相沉积炉，碳源气体从主进气管路进入，并通过分气器进行分散进入炉腔内，分气器可向炉腔底部空间进行均匀布气，同时缓冲气流的速率，使气流可充分与炉腔底部的产品反应，并且在分气器上设置加热器，可对进入的碳源气体进行预热，确保碳源气体在炉腔底部开始充分裂解挥发，能够在底部产品进行沉积反应，从而提高产品的整体沉积效果。

授权公告号CN1073458C的中国发明专利公开了一种适用于工业化生产的CVD/CVI尾气处理方法与设备，也可用于其他工业化真空设备的尾气处理；本发明采用多级复合处理工艺，将油过滤器、固体过滤器、机械泵和水环泵组装为尾气处理设备，对CVD/CVI工艺过程之前、之中和之后进行全面的尾气处理，使尾气的排放达到环保标准。采用油过滤器去除沉积产物固体粒子和分解产物焦油：采用两级固体过滤器部分去除HCl气体和去除残余焦油；采用两台机械泵交替使用和更换泵油；采用由水环泵、循环NaOH溶液和气水分离器组成的水过滤。

综上所述，目前化学气相沉积设备主要为单炉体反应腔室结构，反应炉和尾气处理装置是单独分开的，反应尾气不能及时得到处理，且尾气处理装置主要是以多级油气过滤吸附装置为主，尾气过滤吸收效率较高，但尾气中中间有机物产物并未得到有效清除，依然会大量残留于管道中，给设备带来极大的危险隐患。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种垂直式双炉体化学气相沉积装备，该装备在生产过程中达到无有害物排放、安全生产、绿色环保。

一种垂直式双炉体化学气相沉积设备，其特征在于包括支架底座、升降系统、下炉体、缓冲炉体、上炉体、源气系统、进气管、真空阀门、排气管、真空泵、过滤池；下炉体安装在支架底座上，下炉体下端连接升降系统，下炉体通过进气管和源气系统连接；缓冲炉体安装在下炉体上端，上炉体安装在缓冲炉体上面；上炉体通过排气管和真空泵连接，真空泵和过滤池通过排气管连接；所述的缓冲炉体用于隔开上炉体和下炉体；所述的过滤池中溶液为氢氧化钙溶液。

下炉体包括炉壳、温度测量仪、保温层、加热器、气体分流器、石墨坩埚、石墨开孔底板、石墨开孔盖板；所述下炉体直径为1000~4000mm，高度为1500~5000mm；所述的石墨坩埚直径500~2000mm，高度为1000~3000mm；所述加热器环绕在石墨坩埚外围，最高工作温度为1500~2000℃；所述保温层包裹在加热器外围；所述气体分流器位于下炉体进气口上端，石墨开孔底板位于气体分流器上端，石墨开孔盖板位于石墨坩埚上端。

缓冲炉体包括炉壳、保温层、石墨开孔盖板、开孔保温层、石墨坩埚；所述保温层包裹在石墨坩埚外围；所述石墨开孔盖板位于石墨坩埚上端；所述开孔保温层位于石墨开孔盖板上层；所述石墨坩埚直径为300~1000mm，高度为300~800mm。

上炉体包括炉壳、温度测量仪、加热器、保温层、石墨坩埚、中心开孔石墨底座，多孔碳毡，石墨开孔盖板；所述上炉体直径为400~1200mm，高度为500~1500mm；所述加热器环绕在石墨坩埚外围，最高工作温度为1800~2500℃；所述的石墨坩埚直径200~500mm，高度为400~1200mm；所述的中心开孔石墨底座位于石墨坩埚下端；所述的多孔碳毡位于中心开孔石墨底座上面；所述石墨开孔盖板位于石墨坩埚上端；所述保温层包裹在石墨坩埚外围和石墨开孔盖板上层。

本发明有益效果：（1）反应下炉体和尾气处理上炉体垂直一体分布，没有多余管道连接，可以及时有效处理化学气相沉积生产过程尾气，实现尾气零排放、安全绿色生产，提高生产效率；（2）反应下炉体和尾气处理上炉体之间安装缓冲炉体，避免尾气处理上炉体的高温影响到反应下炉体的沉积生产过程；（3）反应下炉体下端进气口采用气体分流器及喇叭型混气室，有利于反应气体均匀进入到反应腔室，提高生产质量。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是垂直式双炉体化学气相沉积设备结构示意图

1为支架底座；2为升降系统；3为下炉体支撑脚；4为排气管；5为进口管；6为电源线；7为真空阀门；10为下炉体；20为缓冲炉体；30为上炉体；40为真空泵；50为过滤池；60为源气系统。

图2是下炉体结构示意图

3为下炉体支撑脚；5为进气管；6为电源线；101为炉壳；102为保温层；103为石墨开孔盖板；104为排气管；105为冷却水入口；106为加热器；107为反应腔室；108为石墨坩埚；109为石墨开孔底板；110为气体分流器；111为冷却水出口；112为温度测量仪。

图3是缓冲炉体和上炉体结构示意图

4为排气管；201为炉壳；202为石墨开孔盖板；203为开孔保温层；204为石墨坩埚；205为保温层；206为冷却水出口；301为温度测量仪；302为炉壳；303为保温层；304为石墨开孔盖板；305为冷却水入口；306为加热器；307为石墨坩埚；308为多孔碳毡；309为中心开孔石墨底座。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例

垂直式双炉体化学气相沉积设备，如图1所示，包括支架底座1、升降系统2、下炉体支撑脚3、排气管4、进口管5、电源线6、真空阀门7、下炉体10、缓冲炉体20、上炉体30、真空泵40、过滤池50、源气系统60；下炉体10安装在支架底座1上，下炉体10下端连接升降系统2，下炉体10通过进气管5和源气系统60连接；缓冲炉体20安装在下炉体10上端，上炉体30安装在缓冲炉体20上面；上炉体30通过排气管4和真空泵40连接，真空泵40和过滤池50通过排气管4连接；所述的缓冲炉体20用于隔开上炉体30和下炉体10；所述的过滤池50中溶液为氢氧化钙溶液。

下炉体10，如图2所示，包括炉壳101、温度测量仪112、保温层102、加热器106、气体分流器110、石墨坩埚108、石墨开孔底板109、石墨开孔盖板103、下炉体支撑脚3、进口管5、电源线6、反应腔室107。下炉体10直径为1600mm，高度为2000mm；石墨坩埚108直径1000mm，高度为1500mm；加热器106环绕在石墨坩埚108外围，最高工作温度为1800℃；保温层102包裹在加热器106外围；所述气体分流器110位于下炉体进气口5上端，石墨开孔底板109位于气体分流器110上端，石墨开孔盖板103位于石墨坩埚108上端。

缓冲炉体20，如图3所示，包括炉壳201、保温层205、石墨开孔盖板202、开孔保温层203、石墨坩埚204、冷却水出口206；保温层205包裹在石墨坩埚204外围；石墨开孔盖板202位于石墨坩埚204上端；开孔保温层203位于石墨开孔盖板202上层；石墨坩埚直径为400mm，高度为400mm。

上炉体30，如图3所示，包括炉壳302、温度测量仪301、加热器306、保温层303、石墨坩埚307、中心开孔石墨底座309、多孔碳毡308、石墨开孔盖板304、冷却水入口305、排气管4；上炉体30直径为600mm，高度为800mm；加热器306环绕在石墨坩埚307外围，最高工作温度为2500℃；石墨坩埚直径300mm，高度为500mm；中心开孔石墨底座309位于石墨坩埚307下端；多孔碳毡308位于中心开孔石墨底座309上面；石墨开孔盖板304位于石墨坩埚307上端；保温层303包裹在石墨坩埚307外围和石墨开孔盖板304上层。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种垂直式双炉体化学气相沉积设备，其特征在于包括支架底座、升降系统、下炉体、缓冲炉体、上炉体、源气系统、进气管、真空阀门、排气管、真空泵、过滤池；下炉体安装在支架底座上，下炉体下端连接升降系统，下炉体通过进气管和源气系统连接；缓冲炉体安装在下炉体上端，上炉体安装在缓冲炉体上面；上炉体通过排气管和真空泵连接，真空泵和过滤池通过排气管连接；所述的缓冲炉体用于隔开上炉体和下炉体；所述的过滤池中溶液为氢氧化钙溶液。

2.根据权利要求1所述的垂直式双炉体化学气相沉积设备，其特征在于所述的下炉体包括炉壳、温度测量仪、保温层、加热器、气体分流器、石墨坩埚、石墨开孔底板、石墨开孔盖板；所述下炉体直径为1000~4000mm，高度为1500~5000mm；所述的石墨坩埚直径500~2000mm，高度为1000~3000mm；所述加热器环绕在石墨坩埚外围，最高工作温度为1500~2000℃；所述保温层包裹在加热器外围；所述气体分流器位于下炉体进气口上端，石墨开孔底板位于气体分流器上端，石墨开孔盖板位于石墨坩埚上端。

3.根据权利要求1所述的垂直式双炉体化学气相沉积设备，其特征在于所述的缓冲炉体包括炉壳、保温层、四周开孔石墨盖板、四周开孔保温层、石墨坩埚；所述保温层包裹在石墨坩埚外围；所述四周开孔石墨盖板位于石墨坩埚上端；所述四周开孔保温层位于四周开孔石墨盖板上层；所述石墨坩埚直径为300~1000mm，高度为300~800mm。

4.根据权利要求1所述的垂直式双炉体化学气相沉积设备，其特征在于所述的上炉体包括炉壳、温度测量仪、加热器、保温层、石墨坩埚、中心开孔石墨底座，多孔碳毡，石墨开孔盖板；所述上炉体直径为400~1200mm，高度为500~1500mm；所述加热器环绕在石墨坩埚外围，最高工作温度为1800~2500℃；所述的石墨坩埚直径200~500mm，高度为400~1200mm；所述的中心开孔石墨底座位于石墨坩埚下端；所述的多孔碳毡位于中心开孔石墨底座上面；所述石墨开孔盖板位于石墨坩埚上端；所述保温层包裹在石墨坩埚外围和石墨开孔盖板上层。