CN110529736A - 一种化学气相沉积系统及供气装置和供气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种化学气相沉积系统及供气装置和供气方法，所述供气装置包括末端总管、第一供气管线和至少一个备用供气管线；第一供气管线包括混合气供应支线、工艺气体供应支线、混气容器和第六电磁气动阀，工艺气体供应支线包括工艺气体储存容器、高纯过滤器、第四电磁气动阀、第五电磁气动阀、第三压力变送器、第一质量流量计、第一吹扫气管线和第二吹扫气管线；所述备用供气管线与所述第一供气管线相同。本发明的化学气相沉积系统的供气装置可实现在线切换和稳定、安全、连续的供气，保证化学气相沉积过程中工艺供气的稳定性。

Description

一种化学气相沉积系统及供气装置和供气方法
技术领域
本发明属于化学气相沉积技术领域，具体涉及一种化学气相沉积系统及供气装置和供气方法。
背景技术
化学气相沉积法是采用气态物质，在真空、高温下发生化学反应，沉积到固体衬体上生成产品的方法。目前被广泛应用到红外材料制备领域如硒化锌、硫化锌、金刚石膜等的生产，以及陶瓷材料制备领域，如氮化硼、碳化硅等。这些产品的生产过程中一般会使用到有毒气体，这些有毒气体的饱和蒸汽也相对偏低，造成在生产过程中供气不稳定，影响产品的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种化学气相沉积系统及供气装置和供气方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种化学气相沉积系统的供气装置，所述供气装置包括末端总管、第一供气管线和至少一个备用供气管线；
所述末端总管与化学气相沉积系统的用气装置管路连通，末端总管与第一供气管线管路连通，末端总管与备用供气管线管路连通；
所述第一供气管线包括混合气供应支线、工艺气体供应支线、混气容器和第六电磁气动阀，所述混合气供应支线与所述混气容器连通，工艺气体供应支线与所述混气容器连通，第六电磁气动阀管路连通于混气容器和所述末端总管之间；
所述混合气供应支线包括起始端的混合气储气容器、与所述混合气储气容器管路连通的第七电磁气动阀、与所述第七电磁气动阀管路连通的第四压力变送器、以及与所述第四压力变送器管路连通的第二质量流量计，所述第二质量流量计与所述混气容器管路连通；
所述工艺气体供应支线包括起始端的工艺气体储存容器、与所述工艺气体储存容器管路连通的高纯过滤器、与所述高纯过滤器管路连通的第四电磁气动阀、与所述第四电磁气动阀管路连通的第五电磁气动阀、与所述第五电磁气动阀管路连通的第三压力变送器、与所述第三压力变送器管路连通的第一质量流量计、第一吹扫气管线和第二吹扫气管线，所述第一质量流量计与所述混气容器管路连通，所述第一吹扫气管线的末端管路连通在所述高纯过滤器与第四电磁气动阀之间的管路上，所述第二吹扫气管线的末端管路连通在所述第四电磁气动阀和第五电磁气动阀之间的管路上，所述工艺气体储存容器外设置有恒温装置；
所述第一吹扫气管线从起始端到末端依次包括第一吹扫气储存容器、与所述第一吹扫气储存容器管路连通的第一电磁气动阀、以及与所述第一电磁气动阀管路连通的第一压力变送器，所述第一压力变送器通过管路连通在所述高纯过滤器与第四电磁气动阀之间的管路上；
所述第二吹扫气管线从起始端到末端依次包括第二吹扫气储存容器、与所述第二吹扫气储存容器管路连通的第二电磁气动阀、与所述第二电磁气动阀管路连通的第二压力变送器、与所述第二压力变送器管路连通的文丘里发生器、与所述文丘里发生器管路连通的第三电磁气动阀、以及与所述文丘里发生器管路连通的尾气管路，所述第三电磁气动阀管路连通在所述第四电磁气动阀和第五电磁气动阀之间的管路上；
所述备用供气管线与所述第一供气管线相同。
上述化学气相沉积系统的供气装置设置有相同的第一供气管线和备用供气管线，通过对供气管线采用的装置及连接方式的选用，实现了对供气流量的精确控制；并且利用质量流量控制器实现了第一供气管线和备用供气管线的自动切换；并且通过第一吹扫气管线将管线里面的空气或者有毒气体进行吹扫，通过第二吹扫管线的设置对管线气体进行置换，实现了第一供气管线和备用供气管线的自动切换时保持供应气体的纯净；在工艺气体储存容器外部设置在线恒温装置，能够稳定控温且保证足够的汽化量；上述化学气相沉积系统的供气装置可实现在线切换和稳定、安全、连续的供气，保证化学气相沉积过程中工艺供气的稳定性。
优选地，所述供气装置包括末端总管、第一供气管线和一个备用供气管线。
优选地，所述恒温装置为水浴恒温装置或者油浴恒温装置。
优选地，所述工艺气体储存容器为工艺气体钢瓶，所述混气容器为混气罐。
优选地，所述第一吹扫气储存容器中储存有氩气或者氮气，所述第二吹扫气储存容器中储存有氩气或者氮气，所述混合气储气容器中储存有氩气、氢气或者氮气。
优选地，所述供气装置还包括PLC控制系统；
所述PLC控制系统与第一电磁气动阀电连接并控制第一电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二电磁气动阀电连接并控制第二电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第三电磁气动阀电连接并控制第三电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第四电磁气动阀电连接并控制第四电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第五电磁气动阀电连接并控制第五电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第六电磁气动阀电连接并控制第六电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第七电磁气动阀电连接并控制第七电磁气动阀的开、关和调节大小；
所述PLC控制系统与第一质量流量计电连接并控制第一质量流量计的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二质量流量计电连接并控制第二质量流量计的开、关和调节大小；
所述PLC控制系统与第一压力变送器电连接并控制第一压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二压力变送器电连接并控制第二压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第三压力变送器电连接并控制第三压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第四压力变送器电连接并控制第四压力变送器的开、关和调节大小。
本发明还提供一种化学气相沉积系统，所述化学气相沉积系统包括上述任一所述的化学气相沉积系统的供气装置、以及与所述供气装置管路连通的用气装置，所述用气装置为真空炉体。
优选地，所述化学气相沉积系统还包括过滤器、喷淋塔和收尘桶；
所述真空炉体设置有排气口，所述排气口和过滤器管路连通，所述过滤器和喷淋塔管路连通，所述过滤器与收尘桶连通。
本发明还提供一种化学气相沉积系统的供气方法，所述方法包括以下步骤：
(1)安装上述任一所述的化学气相沉积系统；
(2)关闭第五电磁气动阀，开启第二电磁气动阀、第二压力变送器、第一电磁气动阀、第一压力变送器、以及第四电磁气动阀，关闭第三电磁气动阀，输出第一吹扫气储存容器中的气体进行吹扫；
(3)关闭第一电磁气动阀，打开第三电磁气动阀，输出第二吹扫气储存容器中的气体进行吹扫；
(4)依次循环重复步骤(2)、步骤(3)10-99次；
(5)开启真空炉体的真空泵进行抽真空，关闭第三电磁气动阀，开启第七电磁气动阀、以及第四压力变送器使混合气供应支线保持连通，向真空炉体输送混合气储气容器中的气体；
(6)开启第一电磁气动阀、第一压力变送器、第四电磁气动阀、第五电磁气动阀、以及第三压力变送器使工艺气体供应支线保持连通，开启恒温装置，向真空炉体输送工艺气体；
(7)当所述第一供气管线中的工艺气体储存容器中的气体不足时，启用所述备用供气管线，启用所述备用供气管线的方法同步骤(1)至步骤(6)。
优选地，所述步骤(7)中，当第一供气管线上的第三压力变送器的压力低检测值于设定值或者第一质量流量计的流量检测值低于设定值时，所述PLC控制系统关闭第一供气管线上的第六电磁气动阀和第五电磁气动阀，按照步骤(2)-步骤(4)对备用供气管线进行吹扫，然后按照步骤(5)-步骤(6)进行供气。
优选地，所述步骤(7)中，工艺气体为硒化氢、三氯化硼或者甲基三氯硅烷。
优选地，所述步骤(6)中，恒温装置的温度为35℃-50℃。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种化学气相沉积系统及供气装置和供气方法，本发明的化学气相沉积系统的供气装置可实现在线切换和稳定、安全、连续的供气，保证化学气相沉积过程中工艺供气的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种化学气相沉积系统及供气装置的示意图。
图2为本发明实施例的一种化学气相沉积系统的示意图。
其中，1、末端总管，2、第一供气管线，3、一个备用供气管线，4、第六电磁气动阀，5、混气罐，6、第二质量流量计，7、第四压力变送器，8、第七电磁气动阀，9、混合气储气容器，10、第一质量流量计，11、第三压力变送，12、第五电磁气动阀，13、第四电磁气动阀，14、高纯过滤器，15、工艺气体钢瓶，16、恒温装置，17、第一压力变送器，18、第一电磁气动阀，19、第一吹扫气储存容器，20、第三电磁气动阀，21、第二压力变送器，22、第二电磁气动阀，23、第二吹扫气储存容器，24、尾气管路，25、真空炉体，26、过滤器，27、收尘桶，28、喷淋塔，29、文丘里发生器。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种化学气相沉积系统的供气装置，如图1所示，所述供气装置包括末端总管1、第一供气管线2和一个备用供气管线3；
所述末端总管1与化学气相沉积系统的真空炉体管路连通，末端总管1与第一供气管线2管路连通，末端总管1与备用供气管线3管路连通；
所述第一供气管线2包括混合气供应支线、工艺气体供应支线、混气罐5和第六电磁气动阀4，所述混合气供应支线与所述混气罐5连通，工艺气体供应支线与所述混气罐5连通，第六电磁气动阀4管路连通于混气罐4和所述末端总管1之间；
所述混合气供应支线包括起始端的混合气储气容器9、与所述混合气储气容器管路连通的第七电磁气动阀8、与所述第七电磁气动阀管路连通的第四压力变送器7、以及与所述第四压力变送器管路连通的第二质量流量计6，所述第二质量流量计6与所述混气罐5管路连通；
所述工艺气体供应支线包括起始端的工艺气体钢瓶15、与所述工艺气体钢瓶15管路连通的高纯过滤器14、与所述高纯过滤器14管路连通的第四电磁气动阀13、与所述第四电磁气动阀13管路连通的第五电磁气动阀12、与所述第五电磁气动阀12管路连通的第三压力变送器11、与所述第三压力变送器11管路连通的第一质量流量计10、第一吹扫气管线和第二吹扫气管线，所述第一质量流量计10与所述混气罐5管路连通，所述第一吹扫气管线的末端管路连通在所述高纯过滤器14与第四电磁气动阀13之间的管路上，所述第二吹扫气管线的末端管路连通在所述第四电磁气动阀13和第五电磁气动阀12之间的管路上，所述工艺气体钢瓶15外设置有恒温装置16；
所述第一吹扫气管线从起始端到末端依次包括第一吹扫气储存容器19、与所述第一吹扫气储存容器19管路连通的第一电磁气动阀18、以及与所述第一电磁气动阀18管路连通的第一压力变送器17，所述第一压力变送器17通过管路连通在所述高纯过滤器14与第四电磁气动阀13之间的管路上；
所述第二吹扫气管线从起始端到末端依次包括第二吹扫气储存容器23、与所述第二吹扫气储存容器23管路连通的第二电磁气动阀22、与所述第二电磁气动阀22管路连通的第二压力变送器21、与所述第二压力变送器21管路连通的文丘里发生器29、与所述文丘里发生器29管路连通的第三电磁气动阀20、以及与所述文丘里发生器管路连通的尾气管路24，所述第三电磁气动阀20管路连通在所述第四电磁气动阀13和第五电磁气动阀12之间的管路上；
所述备用供气管线与所述第一供气管线相同；
所述供气装置还包括PLC控制系统；
所述PLC控制系统与第一电磁气动阀电连接并控制第一电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二电磁气动阀电连接并控制第二电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第三电磁气动阀电连接并控制第三电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第四电磁气动阀电连接并控制第四电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第五电磁气动阀电连接并控制第五电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第六电磁气动阀电连接并控制第六电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第七电磁气动阀电连接并控制第七电磁气动阀的开、关和调节大小；
所述PLC控制系统与第一质量流量计电连接并控制第一质量流量计的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二质量流量计电连接并控制第二质量流量计的开、关和调节大小；
所述PLC控制系统与第一压力变送器电连接并控制第一压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二压力变送器电连接并控制第二压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第三压力变送器电连接并控制第三压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第四压力变送器电连接并控制第四压力变送器的开、关和调节大小。
实施例2
作为本发明实施例的一种化学气相沉积系统，如图1所示，所述化学气相沉积系统包括如实施例1所述的化学气相沉积系统的供气装置、与所述供气装置管路连通的真空炉体25、过滤器26、喷淋塔28和收尘桶27；
所述真空炉体25设置有排气口，所述排气口和过滤器26管路连通，所述过滤器26和喷淋塔28管路连通，所述过滤器26与收尘桶27连通。
实施例3
作为本发明实施例的一种化学气相沉积系统的供气方法，所述方法包括以下步骤：
(1)安装如实施例2所述的化学气相沉积系统；
(2)关闭第五电磁气动阀，开启第二电磁气动阀、第二压力变送器、第一电磁气动阀、第一压力变送器、以及第四电磁气动阀，关闭第三电磁气动阀，输出第一吹扫气储存容器中的气体进行吹扫；
(3)关闭第一电磁气动阀，打开第三电磁气动阀，输出第二吹扫气储存容器中的气体进行吹扫；
(4)依次循环重复步骤(2)、步骤(3)50次；
(5)开启真空炉体的真空泵进行抽真空，关闭第三电磁气动阀，开启第七电磁气动阀、以及第四压力变送器使混合气供应支线保持连通，向真空炉体输送混合气储气容器中的气体；
(6)开启第一电磁气动阀、第一压力变送器、第四电磁气动阀、第五电磁气动阀、以及第三压力变送器使工艺气体供应支线保持连通，开启恒温装置，向真空炉体输送工艺气体；
(7)当第一供气管线上的第三压力变送器的压力低检测值于设定值或者第一质量流量计的流量检测值低于设定值时，所述PLC控制系统关闭第一供气管线上的第六电磁气动阀和第五电磁气动阀，按照步骤(2)-步骤(4)对备用供气管线进行吹扫，然后按照步骤(5)-步骤(6)进行供气。
应用例1
以实施例3的化学气相沉积系统的供气方法用于生产硒化锌，工艺气体采用硒化氢，混合气采用氩气，恒温装置为水浴恒温装置，恒温温度为45℃，第一吹扫气储存容器中的气体、第二吹扫气储存容器中的气体为氩气。发现实施例3的化学气相沉积系统的供气方法能够实现硒化锌生产过程中的稳定供气。
以实施例3的化学气相沉积系统的供气方法用于生产氮化硼，工艺气体采用三氯化硼，混合气采用氮气，恒温装置为油浴恒温装置，恒温温度为35℃，第一吹扫气储存容器中的气体、第二吹扫气储存容器中的气体为氩气。发现实施例3的化学气相沉积系统的供气方法能够实现氮化硼生产过程中的稳定供气。
以实施例3的化学气相沉积系统的供气方法用于生产碳化硅，工艺气体采用甲基三氯硅烷，混合气采用氢气，恒温装置为水浴恒温装置，恒温温度为50℃，第一吹扫气储存容器中的气体、第二吹扫气储存容器中的气体为氩气。发现实施例3的化学气相沉积系统的供气方法能够实现碳化硅生产过程中的稳定供气。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种化学气相沉积系统的供气装置，其特征在于，所述供气装置包括末端总管、第一供气管线和至少一个备用供气管线；
所述末端总管与化学气相沉积系统的用气装置管路连通，末端总管与第一供气管线管路连通，末端总管与备用供气管线管路连通；
所述第一供气管线包括混合气供应支线、工艺气体供应支线、混气容器和第六电磁气动阀，所述混合气供应支线与所述混气容器连通，工艺气体供应支线与所述混气容器连通，第六电磁气动阀管路连通于混气容器和所述末端总管之间；
所述混合气供应支线包括起始端的混合气储气容器、与所述混合气储气容器管路连通的第七电磁气动阀、与所述第七电磁气动阀管路连通的第四压力变送器、以及与所述第四压力变送器管路连通的第二质量流量计，所述第二质量流量计与所述混气容器管路连通；
所述工艺气体供应支线包括起始端的工艺气体储存容器、与所述工艺气体储存容器管路连通的高纯过滤器、与所述高纯过滤器管路连通的第四电磁气动阀、与所述第四电磁气动阀管路连通的第五电磁气动阀、与所述第五电磁气动阀管路连通的第三压力变送器、与所述第三压力变送器管路连通的第一质量流量计、第一吹扫气管线和第二吹扫气管线，所述第一质量流量计与所述混气容器管路连通，所述第一吹扫气管线的末端管路连通在所述高纯过滤器与第四电磁气动阀之间的管路上，所述第二吹扫气管线的末端管路连通在所述第四电磁气动阀和第五电磁气动阀之间的管路上，所述工艺气体储存容器外设置有恒温装置；
所述第一吹扫气管线从起始端到末端依次包括第一吹扫气储存容器、与所述第一吹扫气储存容器管路连通的第一电磁气动阀、以及与所述第一电磁气动阀管路连通的第一压力变送器，所述第一压力变送器通过管路连通在所述高纯过滤器与第四电磁气动阀之间的管路上；
所述第二吹扫气管线从起始端到末端依次包括第二吹扫气储存容器、与所述第二吹扫气储存容器管路连通的第二电磁气动阀、与所述第二电磁气动阀管路连通的第二压力变送器、与所述第二压力变送器管路连通的文丘里发生器、与所述文丘里发生器管路连通的第三电磁气动阀、以及与所述文丘里发生器管路连通的尾气管路，所述第三电磁气动阀管路连通在所述第四电磁气动阀和第五电磁气动阀之间的管路上；
所述备用供气管线与所述第一供气管线相同。
2.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述供气装置包括末端总管、第一供气管线和一个备用供气管线。
3.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述恒温装置为水浴恒温装置或者油浴恒温装置。
4.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述工艺气体储存容器为工艺气体钢瓶，所述混气容器为混气罐。
5.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述第一吹扫气储存容器中储存有氩气或者氮气，所述第二吹扫气储存容器中储存有氩气或者氮气，所述混合气储气容器中储存有氩气、氢气或者氮气。
6.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述供气装置还包括PLC控制系统；
所述PLC控制系统与第一电磁气动阀电连接并控制第一电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二电磁气动阀电连接并控制第二电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第三电磁气动阀电连接并控制第三电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第四电磁气动阀电连接并控制第四电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第五电磁气动阀电连接并控制第五电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第六电磁气动阀电连接并控制第六电磁气动阀的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第七电磁气动阀电连接并控制第七电磁气动阀的开、关和调节大小；
所述PLC控制系统与第一质量流量计电连接并控制第一质量流量计的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二质量流量计电连接并控制第二质量流量计的开、关和调节大小；
所述PLC控制系统与第一压力变送器电连接并控制第一压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第二压力变送器电连接并控制第二压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第三压力变送器电连接并控制第三压力变送器的开、关和调节大小，所述PLC控制系统与第四压力变送器电连接并控制第四压力变送器的开、关和调节大小。
7.一种化学气相沉积系统，其特征在于，所述化学气相沉积系统包括如权利要求1-6任一所述的化学气相沉积系统的供气装置、以及与所述供气装置管路连通的用气装置，所述用气装置为真空炉体。
8.根据权利要求7所述的化学气相沉积系统，其特征在于，所述化学气相沉积系统还包括过滤器、喷淋塔和收尘桶；
所述真空炉体设置有排气口，所述排气口和过滤器管路连通，所述过滤器和喷淋塔管路连通，所述过滤器与收尘桶连通。
9.一种化学气相沉积系统的供气方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)安装如权利要求7或8所述的化学气相沉积系统；
(2)关闭第五电磁气动阀，开启第二电磁气动阀、第二压力变送器、第一电磁气动阀、第一压力变送器、以及第四电磁气动阀，关闭第三电磁气动阀，输出第一吹扫气储存容器中的气体进行吹扫；
(3)关闭第一电磁气动阀，打开第三电磁气动阀，输出第二吹扫气储存容器中的气体进行吹扫；
(4)依次循环重复步骤(2)、步骤(3)10-99次；
(5)开启真空炉体的真空泵进行抽真空，关闭第三电磁气动阀，开启第七电磁气动阀、以及第四压力变送器使混合气供应支线保持连通，向真空炉体输送混合气储气容器中的气体；
(6)开启第一电磁气动阀、第一压力变送器、第四电磁气动阀、第五电磁气动阀、以及第三压力变送器使工艺气体供应支线保持连通，开启恒温装置，向真空炉体输送工艺气体；
(7)当所述第一供气管线中的工艺气体储存容器中的气体不足时，启用所述备用供气管线，启用所述备用供气管线的方法同步骤(1)至步骤(6)。
10.根据权利要求9所述供气方法，其特征在于，所述步骤(7)中，工艺气体为硒化氢、三氯化硼或者甲基三氯硅烷，所述步骤(6)中，恒温装置的温度为35℃-50℃。
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