CN111013303A

CN111013303A - 氮化镓颗粒回收清扫真空系统

Info

Publication number: CN111013303A
Application number: CN201911249514.XA
Authority: CN
Inventors: 南琦; 刘银
Original assignee: Musheng Semiconductor Technology Suzhou Co Ltd
Current assignee: Musheng Semiconductor Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明揭示了一种氮化镓颗粒回收清扫真空系统，包括一根与清扫真空气源相连接、用于通入真空气流的管道冷阱，还包括一个用于防止系统瞬间流量波动的阻燃气体缓冲罐以及多组用于实现氮化镓颗粒回收的集尘模块，阻燃气体缓冲罐与多组集尘模块均借助连接管路与管道冷阱相连接，多组集尘模块间并联设置且均借助连接管路与主真空泵相连接。本发明通过对系统内部件、阀门及管路的优化整合，最大限度上地提升了系统整体的阻燃性，避免了系统维护及回收清扫过程中燃烧现象的发生，不仅充分保障了系统中各部件的安全性、延长了其使用寿命，而且也在一定程度上实现了对系统尾端尾气排放的控制、避免了环境污染。

Description

氮化镓颗粒回收清扫真空系统

技术领域

本发明涉及一种清扫真空系统，具体而言，涉及一种可在氮化镓外延片制备过程中使用的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，属于真空设备技术领域。

背景技术

氮化镓（GaN，Gallium nitride），是一种氮和镓的化合物、一种直接能隙（directbandgap）的半导体，属于第三代半导体材料,在光电子、高温大功率器件和高温微波器件应用方面有着广阔的前景。近年来，对于氮化镓材料的研究与应用是目前全球半导体研究领域中的热点与前沿部分。

目前，业内对于氮化镓材料的制备主要采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法，使用这一方法进行氮化镓材料的制备，在氮化镓外延片的生长过程中，需要不断地从外延炉反应腔的流量法兰向反应腔内部输入原料气体，包括大量的NH₃、N₂、H₂以及少量的金属有机物（铝、镓、铟源）及少量硅烷，这些原料气体中的一小部分在反应腔内生成了氮化镓产品，而其中的绝大部分或未完全反应就直接进入尾管、或在反应腔内生成未沉积在外延片表面的III，VI族化合物颗粒，这些化合物颗粒在经历一个工艺周期后，会逐渐在反应室内造成堆积。

在进行后续的反应室维护时，需要将反应室打开、使这些化合物颗粒暴露在空气中，同时使用清扫真空对其进行清理。在此过程中，由于被清理的化合物颗粒含有大量未反应完全且化学性质活跃的金属有机物，因此在使用真空系统进行清理时，这些金属有机物与空气中的氧气混合，极易发生燃烧现象，这些燃烧的火星也很容易被吸入清扫真空系统内，使得系统滤芯发生燃烧、造成安全事故，这样一来，不仅会对系统后端的真空泵造成损害，还对系统尾端的尾气排放造成影响、污染环境。

综上所述，如何在现有技术的基础上提出一种氮化镓颗粒回收清扫真空系统，尽可能地避免真空回收清扫过程中所出现的燃烧现象，保证系统使用的安全性，避免环境污染，也就成为了本领域内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述缺陷，本发明提出了一种可在氮化镓外延片制备过程中使用的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，具体如下。

一种氮化镓颗粒回收清扫真空系统，包括一根与清扫真空气源相连接、用于通入真空气流的管道冷阱，还包括一个用于防止系统瞬间流量波动的阻燃气体缓冲罐以及多组用于实现氮化镓颗粒回收的集尘模块，所述阻燃气体缓冲罐与多组所述集尘模块均借助连接管路与所述管道冷阱相连接，多组所述集尘模块间并联设置且均借助连接管路与主真空泵相连接。

优选地，所述管道冷阱的进气端与所述清扫真空气源相连接、所述管道冷阱的出气端借助连接管路分别与所述阻燃气体缓冲罐的进气端以及多组所述集尘模块的进气端相连接，在与所述管道冷阱出气端相连的连接管路上固定设置有用于实现气流通断的第一闸门阀，在每条与所述集尘模块的进气端相连的连接管路上均分别固定设置有用于实现气流通断的第二闸门阀，在所述第一闸门阀与所述第二闸门阀之间的连接管路上固定设置有用于实现管路初步测温的系统温度传感器。

优选地，与所述管道冷阱出气端相连的连接管路以及所述阻燃气体缓冲罐的进气端二者均连接有一用于通入阻燃气体的阻燃气体进气支管，所述阻燃气体进气支管与阻燃气体气源相连接，所述阻燃气体进气支管上固定设置有用于控制阻燃气体注入的气动阀以及用于防止气流倒灌的单向阀。

优选地，所述阻燃气体缓冲罐的出气端固定连接有缓冲管路，所述缓冲管路上按序依次固定设置有第一压力表、调压阀、第二压力表以及隔膜阀。

优选地，每组所述集尘模块内均包括一用于进行氮化镓颗粒收集的旋风集尘器以及用于氮化镓颗粒二级过滤的微米过滤器，所述旋风集尘器的进气端借助连接管路与所述第二闸门阀相连接、所述旋风集尘器的出气端借助连接管路与所述微米过滤器的进气端相连接，在所述旋风集尘器出气端与所述微米过滤器进气端之间的连接管路上固定设置有压力计。

优选地，所述旋风集尘器的主体呈漏斗状，所述旋风集尘器的进气端与出气端均设置于其上端部，所述旋风集尘器的上端部固定设置有一用于实现管路二次测温的模块温度传感器，所述旋风集尘器的下端部开设有一颗粒出口，所述旋风集尘器的颗粒出口固定连接有一用于氮化镓颗粒回收的颗粒回收桶。

优选地，所述微米过滤器的内部设置有一套25微米孔径玻璃纤维滤芯，所述微米过滤器的出气端借助连接管路与一根汇总管路相连接，所述主真空泵的进气端借助连接管路与所述汇总管路相连接，所述主真空泵的出气端固定连接有一根尾气排放管。

优选地，在所述微米过滤器出气端与汇总管路之间的连接管路上固定设置有用于控制单条管路开闭的支管球阀，在所述汇总管路与所述主真空泵进气端之间的连接管路上固定设置有用于控制系统管路整体开闭的主管球阀。

优选地，系统内的管路间连接均借助KF法兰接口连接。

优选地，还包括一用于控制系统运作的电控箱，系统内的各类电气部件均与所述电控箱电性连接并由其控制驱动。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明的一种氮化镓颗粒回收清扫真空系统，通过对系统内部件、阀门及管路的优化整合，最大限度上地提升了系统整体的阻燃性，避免了系统维护及回收清扫过程中燃烧现象的发生，不仅充分保障了系统中各部件的安全性、延长了其使用寿命，而且也在一定程度上实现了对系统尾端尾气排放的控制、避免了环境污染。

同时，本发明的系统所选用的均为易得、常见的工业部件，各生产企业可以根据实际生产现状，通过对现有设备的组合、改装而获得本发明的技术方案，再加上本系统所采用的多单元、模块化的结构设计，使得系统整体的装配成本以及后续的维护成本均较低，具有很高的使用及推广价值。

此外，本发明的技术方案也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于其他与回收清扫真空系统及设备相关的技术方案中，具有十分广阔的应用前景。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明系统的局部结构放大示意图；

图3为本发明系统的另一局部结构放大示意图；

其中： 1、管道冷阱；2、阻燃气体缓冲罐；3、主真空泵；4、第一闸门阀；5、第二闸门阀；6、系统温度传感器；7、气动阀；8、单向阀；9、第一压力表；10、调压阀；11、第二压力表；12、隔膜阀；13、旋风集尘器；14、微米过滤器；15、压力计；16、模块温度传感器；17、颗粒回收桶；18、支管球阀；19、主管球阀；20、KF法兰接口；21、电控箱。

具体实施方式

本发明揭示了一种可在氮化镓外延片制备过程中使用的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，具体如下。

如图1~图3所示，一种氮化镓颗粒回收清扫真空系统，包括一根与清扫真空气源相连接、用于通入真空气流的管道冷阱1。所述管道冷阱1的长度为2500mm~3000mm，其内部的水套直径为200mm。

所述氮化镓颗粒回收清扫真空系统还包括一个用于防止系统瞬间流量波动的阻燃气体缓冲罐2以及多组用于实现氮化镓颗粒回收的集尘模块，所述阻燃气体缓冲罐2与多组所述集尘模块均借助连接管路与所述管道冷阱1相连接，多组所述集尘模块间并联设置且均借助连接管路与主真空泵3相连接。在本实施例中，所述集尘模块的数量为三组。

所述管道冷阱1的进气端与所述清扫真空气源相连接、所述管道冷阱1的出气端借助连接管路分别与所述阻燃气体缓冲罐2的进气端以及多组所述集尘模块的进气端相连接，在与所述管道冷阱1出气端相连的连接管路上固定设置有用于实现气流通断的第一闸门阀4，在每条与所述集尘模块的进气端相连的连接管路上均分别固定设置有用于实现气流通断的第二闸门阀5，在所述第一闸门阀4与所述第二闸门阀5之间的连接管路上固定设置有用于实现管路初步测温的系统温度传感器6。

与所述管道冷阱1出气端相连的连接管路以及所述阻燃气体缓冲罐2的进气端二者均连接有一用于通入阻燃气体的阻燃气体进气支管，所述阻燃气体进气支管与阻燃气体气源相连接，所述阻燃气体进气支管上固定设置有用于控制阻燃气体注入的气动阀7以及用于防止气流倒灌的单向阀8。

所述阻燃气体缓冲罐2的出气端固定连接有缓冲管路，所述缓冲管路上按序依次固定设置有第一压力表9、调压阀10、第二压力表11以及隔膜阀12。

每组所述集尘模块内均包括一用于进行氮化镓颗粒收集的旋风集尘器13以及用于氮化镓颗粒二级过滤的微米过滤器14，所述旋风集尘器13的进气端借助连接管路与所述第二闸门阀5相连接、所述旋风集尘器13的出气端借助连接管路与所述微米过滤器14的进气端相连接，在所述旋风集尘器13出气端与所述微米过滤器14进气端之间的连接管路上固定设置有压力计15。

所述旋风集尘器13的主体呈漏斗状，其直径为500mm，桶高为1000mm，所述旋风集尘器13的进气端与出气端均设置于其上端部，所述旋风集尘器13的上端部固定设置有一用于实现管路二次测温的模块温度传感器16，所述旋风集尘器13的下端部开设有一颗粒出口，所述旋风集尘器13的颗粒出口固定连接有一用于氮化镓颗粒回收的颗粒回收桶17，所述颗粒回收桶17的直径为500mm，高度为500mm。

所述微米过滤器14的直径为500mm，高度为500mm，其内部设置有一套25微米孔径玻璃纤维滤芯，所述微米过滤器14的出气端借助连接管路与一根汇总管路相连接，所述主真空泵3的进气端借助连接管路与所述汇总管路相连接，所述主真空泵3的出气端固定连接有一根尾气排放管。

在所述微米过滤器14出气端与汇总管路之间的连接管路上固定设置有用于控制单条管路开闭的支管球阀18，在所述汇总管路与所述主真空泵3进气端之间的连接管路上固定设置有用于控制系统管路整体开闭的主管球阀19。

考虑到氮化镓半导体工厂内的洁净度要求、环保要求以及工程师的工作习惯，为了保证系统维修维护方便且环保安全，本方案中的各部件均选用316不锈钢材质制成，且系统内的管路均采用被广泛应用于半导体车间真空系统的DN100不锈钢管道，管路间采用KF法兰接口20连接，为了保证密封性，接口位置处还设置有AFLAS橡胶O型圈密封。

此外，所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，还包括一用于控制系统运作的电控箱21，系统内的各类电气部件均与所述电控箱21电性连接并由其控制驱动。

清扫真空气流进入系统后，首先经过所述管道冷阱1冷却，而后进入高集尘效率的所述旋风集尘器13内进行颗粒收集，该步骤的收集效率约95%；随后进入所述微米过滤器14内进行二级颗粒过滤，最后气流进入所述主真空泵3，完成尾气排放。

以下简述本发明的工作逻辑：

系统的正常工作无报警状态下，主管路上的第一闸门阀4开启，第二闸门阀5开启，支管球阀18开启，主管球阀19开启，进行正常的清扫真空工作；

若系统温度传感器6或模块温度传感器16侦测到温度超过第一级预设数值，则系统将会产生一级报警，同时开启用于控制阻燃气体注入的气动阀7，混入阻燃气体（N2或CO2等），降低混合气体氧气含量；阻燃气体装置带有缓冲罐，防止瞬间流量过大产生的整个供气系统压降，同时管路包含单向阀8，防止气流倒灌；阻燃气体单位输出量可由调压阀10粗略限制，若无成本限制，可在调压阀10后端加装流量计精确控制；

若系统温度传感器6或模块温度传感器16侦测到温度超过第二级预设数值，则系统会产生二级报警，同时关闭第一闸门阀4，清扫真空工作停止，并且继续开启阻燃气体注入，直到系统温度传感器6或模块温度传感器16的检测数值均达到一级报警数值以下，方解除报警，开启第一闸门阀4，并关闭阻燃气体注入，系统恢复正常清扫真空工作。

以下简述本发明的维护流程：

本系统可不影响正常清扫真空工作进行系统内的模块清理。若需要对单独的集尘模块进行系统维护，则只需要借助电控箱21或手动开启该组集尘模块后端的一组集尘模块内的第二闸门阀5及支管球阀18，关闭所需要清洁的该组集尘模块内的第二闸门阀5及支管球阀18，即可使另一组集尘模块投入工作，而对所需清洁的集尘模块进行维护工作。

日常维护工作为定期清理颗粒回收桶17内的回收物，以及更换25微米孔径玻璃纤维滤芯；清理颗粒回收桶17的频率可根据氮化镓工艺的不同，根据工作次数来估算；更换25微米孔径玻璃纤维滤芯的频率可参考压力计15示数，若工作真空度变差且影响到清扫效率，则进行滤芯更换。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种氮化镓颗粒回收清扫真空系统，包括一根与清扫真空气源相连接、用于通入真空气流的管道冷阱（1），其特征在于：还包括一个用于防止系统瞬间流量波动的阻燃气体缓冲罐（2）以及多组用于实现氮化镓颗粒回收的集尘模块，所述阻燃气体缓冲罐（2）与多组所述集尘模块均借助连接管路与所述管道冷阱（1）相连接，多组所述集尘模块间并联设置且均借助连接管路与主真空泵（3）相连接。

2.根据权利要求1所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：所述管道冷阱（1）的进气端与所述清扫真空气源相连接、所述管道冷阱（1）的出气端借助连接管路分别与所述阻燃气体缓冲罐（2）的进气端以及多组所述集尘模块的进气端相连接，在与所述管道冷阱（1）出气端相连的连接管路上固定设置有用于实现气流通断的第一闸门阀（4），在每条与所述集尘模块的进气端相连的连接管路上均分别固定设置有用于实现气流通断的第二闸门阀（5），在所述第一闸门阀（4）与所述第二闸门阀（5）之间的连接管路上固定设置有用于实现管路初步测温的系统温度传感器（6）。

3.根据权利要求2所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：与所述管道冷阱（1）出气端相连的连接管路以及所述阻燃气体缓冲罐（2）的进气端二者均连接有一用于通入阻燃气体的阻燃气体进气支管，所述阻燃气体进气支管与阻燃气体气源相连接，所述阻燃气体进气支管上固定设置有用于控制阻燃气体注入的气动阀（7）以及用于防止气流倒灌的单向阀（8）。

4.根据权利要求1所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：所述阻燃气体缓冲罐（2）的出气端固定连接有缓冲管路，所述缓冲管路上按序依次固定设置有第一压力表（9）、调压阀（10）、第二压力表（11）以及隔膜阀（12）。

5.根据权利要求2所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：每组所述集尘模块内均包括一用于进行氮化镓颗粒收集的旋风集尘器（13）以及用于氮化镓颗粒二级过滤的微米过滤器（14），所述旋风集尘器（13）的进气端借助连接管路与所述第二闸门阀（5）相连接、所述旋风集尘器（13）的出气端借助连接管路与所述微米过滤器（14）的进气端相连接，在所述旋风集尘器（13）出气端与所述微米过滤器（14）进气端之间的连接管路上固定设置有压力计（15）。

6.根据权利要求5所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：所述旋风集尘器（13）的主体呈漏斗状，所述旋风集尘器（13）的进气端与出气端均设置于其上端部，所述旋风集尘器（13）的上端部固定设置有一用于实现管路二次测温的模块温度传感器（16），所述旋风集尘器（13）的下端部开设有一颗粒出口，所述旋风集尘器（13）的颗粒出口固定连接有一用于氮化镓颗粒回收的颗粒回收桶（17）。

7.根据权利要求5所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：所述微米过滤器（14）的内部设置有一套25微米孔径玻璃纤维滤芯，所述微米过滤器（14）的出气端借助连接管路与一根汇总管路相连接，所述主真空泵（3）的进气端借助连接管路与所述汇总管路相连接，所述主真空泵（3）的出气端固定连接有一根尾气排放管。

8.根据权利要求7所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：在所述微米过滤器（14）出气端与汇总管路之间的连接管路上固定设置有用于控制单条管路开闭的支管球阀（18），在所述汇总管路与所述主真空泵（3）进气端之间的连接管路上固定设置有用于控制系统管路整体开闭的主管球阀（19）。

9.根据权利要求1~8任一所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：系统内的管路间连接均借助KF法兰接口（20）连接。

10.根据权利要求1~8任一所述的氮化镓颗粒回收清扫真空系统，其特征在于：还包括一用于控制系统运作的电控箱（21），系统内的各类电气部件均与所述电控箱（21）电性连接并由其控制驱动。