CN113088934A - 旋转装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转装置，包括：具有反应腔的反应器；套筒，设置在反应器的底部，套筒包括容纳腔及连通容纳腔的进气口，容纳腔和反应腔相连通；旋转轴，绕自身轴线可转动地设置在套筒的容纳腔内且与套筒之间存在间隙，旋转轴的一端伸至反应腔内；支撑台，设置在套筒的上端，用于限制旋转轴的轴向移动；旋转盘，和旋转轴伸至反应腔的一端连接；石墨托盘，支撑在旋转盘上；加热组件，设置在反应腔内，用于对石墨托盘加热；驱动组件，和旋转轴远离旋转盘的一端连接，用于驱动旋转轴转动。本发明通过气悬浮方式来支撑旋转轴，旋转平稳性好，稳定性高，几乎无振动；旋转轴无硬接触，永不磨损，可提高使用寿命；无需动密封，可保证极低的真空漏气率。
Description
技术领域
本发明涉及化学气相沉积(CVD)设备领域，尤其涉及一种旋转装置。
背景技术
用于制备薄膜材料的CVD设备(例如MOCVD、SiC-CVD等设备)是一种集真空、高温、高速旋转等技术为一体的高科技装备。反应气体流经被加热的基片(即衬底)表面，发生化学反应生成GaN、AlN、SiC或其他材料的单晶薄膜。为保证衬底的温度和气流场的均匀性，石墨托盘需要高速旋转。
目前，现有技术中主要有两种旋转装置：一种是行星大盘配气流驱动的悬浮式旋转装置(如图1所示)，另一种是中心轴支撑式旋转装置(如图2所示)。
其中，悬浮式旋转装置存在以下缺点：(1)旋转平稳性差；(2)石墨托盘高度随气流变化而上下波动；(3)石墨托盘温度不稳定；(4)无法高速旋转。
中心轴支撑式旋转装置存在以下缺点：(1)旋转时，石墨托盘水平方向平稳性差；(2)石墨托盘中心处容易磨损，使用寿命短；(3)石墨托盘中心温度会降低，中心处不适合放衬底；(4)石墨托盘容易产生开裂现象；(5)石墨托盘与加热器之间存在较大的间隙，反应气体容易侵蚀加热器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转装置，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种旋转装置，包括：
具有反应腔的反应器；
套筒，设置在所述反应器的底部，所述套筒包括容纳腔及连通所述容纳腔的进气口，所述容纳腔和所述反应腔相连通；
旋转轴，绕自身轴线可转动地设置在所述套筒的所述容纳腔内且与所述套筒之间存在间隙，所述旋转轴的一端伸至所述反应腔内；
支撑台，设置在所述套筒的上端，用于限制所述旋转轴的轴向移动；
旋转盘，和所述旋转轴伸至所述反应腔的一端连接；
石墨托盘，支撑在所述旋转盘上；
加热组件，设置在所述反应腔内，用于对所述石墨托盘加热；
驱动组件，和所述旋转轴远离所述旋转盘的一端连接，用于驱动所述旋转轴转动。
本发明的一实施例中，所述旋转轴的上端设置有台阶槽，所述支撑台垂直设置在所述套筒的上端，且所述支撑台伸至所述旋转轴的所述台阶槽。
本发明的一实施例中，所述套筒和所述旋转轴之间的间隙为5-20微米。
本发明的一实施例中，所述旋转装置还包括密封套和底板，所述密封套的上端和所述套筒的下端连接，所述底板和所述密封套的下端连接。
本发明的一实施例中，所述驱动组件包括无框电机，所述无框电机包括转子和定子，所述转子套设在所述旋转轴的外侧壁上，所述定子设置在所述密封套的内侧壁上，所述转子对应设置在所述定子内。
本发明的一实施例中，所述驱动组件包括磁耦合驱动部件和电机，所述磁耦合驱动部件包括外磁体和内磁体，所述内磁体套设在所述旋转轴的外侧壁上，所述外磁体套设在所述密封套的外侧壁上，所述外磁体和所述内磁体对应设置，所述电机和所述外磁体连接。
本发明的一实施例中，所述旋转装置还包括进气管，所述进气管和所述进气口连通。
本发明的一实施例中，所述旋转装置还包括支撑筒，所述支撑筒的一端和所述旋转盘连接，所述支撑筒的另一端和所述石墨托盘连接。
本发明的一实施例中，所述加热组件包括：
加热器，设置在由所述石墨托盘、所述支撑筒和所述旋转盘围成的加热腔内；
电极板，设置在所述加热腔内且和所述加热器连接；
电极，所述电极的一端和所述电极板连接，所述电极的另一端依次穿过所述旋转盘的中心孔和所述旋转轴的内孔与底板连接。
本发明的一实施例中，所述石墨托盘包括呈圆柱形的本体，所述加热器呈圆柱形，所述本体和所述加热器同轴且相互平行设置。
本发明的有益之处在于：
区别于现有技术，应用本发明的技术方案，实际使用时，通过进气口对套筒内通入一定压力和流量的气体，将旋转轴锁定在套筒的中心位置，向上的气流将旋转轴托起10-50微米的高度，且支撑台可以限制旋转轴轴向上的移动，此时，驱动组件驱动旋转轴旋转，可以带动石墨托盘转动。相比于现有技术，本发明通过气悬浮方式来支撑旋转轴，旋转平稳性好，稳定性高，几乎无振动；旋转轴无硬接触，永不磨损，可以提高使用寿命；无需动密封，可以保证极低的真空漏气率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中悬浮式旋转装置的剖视示意图；
图2是现有技术中中心轴支撑式旋转装置的剖视示意图；
图3是本发明一实施例中旋转装置的剖视示意图；
图4是本发明另一实施例中旋转装置的剖视示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参见图3-图4所示，本发明的一实施例中提供的一种旋转装置，包括：反应器、石墨托盘2、旋转盘5、旋转轴9、套筒8、支撑台4、加热组件以及驱动组件。反应器具有反应腔1。套筒8设置在反应器的底部，套筒8包括容纳腔及连通容纳腔的进气口，容纳腔和反应腔1相连通。旋转轴9绕自身轴线可转动地设置在套筒8的容纳腔内且与套筒8之间存在间隙，旋转轴9的一端伸至反应腔1内。支撑台4设置在套筒8的上端，用于限制旋转轴9的轴向移动。旋转盘5和旋转轴9伸至反应腔1的一端连接。石墨托盘2支撑在旋转盘5上。加热组件设置在反应腔1内，用于对石墨托盘2加热。驱动组件和旋转轴9远离旋转盘5的一端连接，用于驱动旋转轴9转动。
上述旋转装置，实际使用时，通过进气口对套筒8内通入一定压力和流量的气体，将旋转轴9锁定在套筒8的中心位置，向上的气流将旋转轴9托起10-50微米的高度，且支撑台4可以限制旋转轴9轴向上的移动，此时，驱动组件驱动旋转轴9旋转，可以带动石墨托盘2转动。相比于现有技术，本发明通过气悬浮方式来支撑旋转轴9，旋转平稳性好，稳定性高，几乎无振动；旋转轴9无硬接触，永不磨损，可以提高使用寿命；无需动密封，可以保证极低的真空漏气率。
本发明的实施例中，旋转轴9的上端设置有台阶槽，支撑台4垂直设置在套筒8的上端，且支撑台4伸至旋转轴9的台阶槽。如此，可以限制旋转轴9轴向上的移动，保证石墨托盘2不会上下浮动。具体地，支撑台4呈圆筒状，套设在旋转轴9的外侧，且支撑台4的下表面抵接于旋转轴9的台阶槽。
本发明的实施例中，套筒8和旋转轴9之间的间隙为5-20微米。
本发明的实施例中，旋转装置还包括密封套13和底板19，密封套13的上端和套筒8的下端连接，底板19和密封套13的下端连接。如此，可以将套筒8的容纳腔进行密封。
本发明的一实施例中，驱动组件包括无框电机，无框电机包括转子14和定子15，转子14套设在旋转轴9的外侧壁上，定子15设置在密封套13的内侧壁上，转子14对应设置在定子15内。
本发明的另一实施例中，驱动组件包括磁耦合驱动部件和电机12，磁耦合驱动部件包括外磁体11和内磁体10，内磁体10套设在旋转轴9的外侧壁上，外磁体11套设在密封套13的外侧壁上，外磁体11和内磁体10对应设置，电机12和外磁体11连接。
实际使用时，采用磁耦合驱动部件或无框电机，需要的传动力矩非常小，可以节省成本。
本发明的实施例中，旋转装置还包括进气管7，进气管7和进气口连通。如此，通过进气管7可以对套筒8的容纳腔内通入一定压力的氢气或氦气或氩气或氮气或其他无腐蚀性的气体。
本发明的实施例中，旋转装置还包括支撑筒3，支撑筒3的一端和旋转盘5连接，支撑筒3的另一端和石墨托盘2连接。由于石墨托盘2和支撑筒3相对静止、无动摩擦，提高了石墨托盘2的使用寿命。
本发明的实施例中，加热组件包括加热器16、电极板17和电极18，加热器16设置在由石墨托盘2、支撑筒3和旋转盘5围成的加热腔内。电极板17设置在加热腔内且和加热器16连接。电极18的一端和电极板17连接，电极18的另一端依次穿过旋转盘5的中心孔和旋转轴9的内孔与底板19连接。由于加热器16设置在由石墨托盘2、支撑筒3和旋转盘5围成的加热腔内，使得石墨托盘2的下方无加热死区，加热均匀性好，制备的外延材料厚度均匀性好。
本发明的实施例中，石墨托盘2包括呈圆柱形的本体，加热器16呈圆柱形，本体和加热器16同轴且相互平行设置。由此，可以使得石墨托盘2的温度更为均匀。
进一步地，本体底部的边缘处垂直朝下延伸设置有连接部，连接部和本体围成一凹槽，加热器16设置在凹槽内，连接部的下端和支撑筒3连接。由此，使得石墨托盘2的保温性能更好，降低了能耗。
进一步地，连接部的内侧设置有环形槽，加热器16的边缘可以伸进环形槽内。
本发明的实施例中，反应器的侧壁20和底壁6均设置有冷水腔，冷水腔内循环流动冷却液，用于对反应器降温。
本发明的实施例中，电极板17内设置有冷水腔，冷水腔内循环流动冷却液，用于对电极板17降温。
本发明的实施例中，反应腔1大致呈圆柱形，石墨托盘2大致呈圆柱形，加热器16大致呈圆柱形，支撑筒3大致呈圆筒形，旋转盘5大致呈圆柱形，旋转轴9大致呈圆筒形，套筒8大致呈圆筒形，密封套13大致呈圆筒形，反应腔1、石墨托盘2、加热器16、支撑筒3、旋转盘5、旋转轴9、套筒8、密封套13以及支撑台4同轴设置。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种旋转装置，其特征在于，包括：
具有反应腔的反应器；
套筒，设置在所述反应器的底部，所述套筒包括容纳腔及连通所述容纳腔的进气口，所述容纳腔和所述反应腔相连通；
旋转轴，绕自身轴线可转动地设置在所述套筒的所述容纳腔内且与所述套筒之间存在间隙，所述旋转轴的一端伸至所述反应腔内；
支撑台，设置在所述套筒的上端，用于限制所述旋转轴的轴向移动；
旋转盘，和所述旋转轴伸至所述反应腔的一端连接；
石墨托盘，支撑在所述旋转盘上；
加热组件，设置在所述反应腔内，用于对所述石墨托盘加热；
驱动组件，和所述旋转轴远离所述旋转盘的一端连接，用于驱动所述旋转轴转动。
2.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转轴的上端设置有台阶槽，所述支撑台垂直设置在所述套筒的上端，且所述支撑台伸至所述旋转轴的所述台阶槽。
3.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述套筒和所述旋转轴之间的间隙为5-20微米。
4.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置还包括密封套和底板，所述密封套的上端和所述套筒的下端连接，所述底板和所述密封套的下端连接。
5.根据权利要求4所述的旋转装置，其特征在于，所述驱动组件包括无框电机，所述无框电机包括转子和定子，所述转子套设在所述旋转轴的外侧壁上，所述定子设置在所述密封套的内侧壁上，所述转子对应设置在所述定子内。
6.根据权利要求4所述的旋转装置，其特征在于，所述驱动组件包括磁耦合驱动部件和电机，所述磁耦合驱动部件包括外磁体和内磁体，所述内磁体套设在所述旋转轴的外侧壁上，所述外磁体套设在所述密封套的外侧壁上，所述外磁体和所述内磁体对应设置，所述电机和所述外磁体连接。
7.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置还包括进气管，所述进气管和所述进气口连通。
8.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置还包括支撑筒，所述支撑筒的一端和所述旋转盘连接，所述支撑筒的另一端和所述石墨托盘连接。
9.根据权利要求8所述的旋转装置，其特征在于，所述加热组件包括：
加热器，设置在由所述石墨托盘、所述支撑筒和所述旋转盘围成的加热腔内；
电极板，设置在所述加热腔内且和所述加热器连接；
电极，所述电极的一端和所述电极板连接，所述电极的另一端依次穿过所述旋转盘的中心孔和所述旋转轴的内孔与底板连接。
10.根据权利要求9所述的旋转装置，其特征在于，所述石墨托盘包括呈圆柱形的本体，所述加热器呈圆柱形，所述本体和所述加热器同轴且相互平行设置。
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