CN1626698A - 化学气相沉积装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化学气相沉积装置，其包括有一炉管、一环绕该炉管的炉管加热装置、和连接该炉管的一反应气体进气装置、一保护气体进气装置、以及一抽气装置，该炉管加热装置包括至少两加热段，该至少两加热段可各自独立工作。本发明通过调节该至少两加热段的温度来弥补由于反应气体不均匀引起的沉积速率不同，达到能在基材上均匀沉积产物的目的。

Description

化学气相沉积装置
【技术领域】
本发明涉及一种化学气相沉积装置，尤其涉及一种炉管式化学气相沉积装置。
【背景技术】
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)是利用化学反应的方式，在反应器内，将反应气体生成固态的生成物，并沉积在基材表面的一种薄膜沉积技术。而化学气相沉积制备工艺中，可分为常压(Ambient Pressure，AP)、低压(Low Pressure，LP)、电浆(Plasma Enhanced，PE)三种不同沉积方式。另外，化学气相沉积的反应设备结构根据不同制备工艺可分为水平式(HorizontalType)(包括炉管式)、直立式(Vertical Type)、直桶式(Barrel Type)、管状式(Tubular Type)、烘盘式(Pancake Type)和连贯式(Continuous Type)等。
请参阅图1，为一现有的炉管式低压化学气相沉积(LPCVD)设备，用来制备纳米碳材等材料。炉管10本身是以经退火后的石英所构成，由外部单一加热装置12对炉管10进行加热。反应气体从炉门(未标示)送入炉管10内。欲沉积的基材可放置在以石英制成的晶舟(Boat)11上，基材随晶舟11放入炉管的适当位置，进行沉积。沉积反应所剩下的废气，经过微粒过滤器16，由真空泵18排出。
进行化学气相沉积反应时，炉管内成长在基材上的产物应该是在反应气体在理想状态下均匀分布，然而，实际上由于反应气体的浓度会随着反应的进行而降低，导致靠近反应气体入口处的近气体端比相对入口处较远的远气体端的反应气体浓度不相同，所以，近气体端与远气体端的表面沉积速率不同，在近气体端的沉积速率会比远气体端的沉积速率较高，从而造成基材表面的产物不均匀沉积。
所以，提供一种能均匀沉积产物的化学气相沉积设备实为必要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种能使产物均匀沉积的化学气相沉积装置。
为实现本发明目的，本发明提供一种化学气相沉积装置，其包括有一炉管、一环绕该炉管的炉管加热装置、和连接该炉管的一反应气体进气装置、一保护气体进气装置、以及一抽气装置，该炉管加热装置包括至少两加热段，该至少两加热段可各自独立工作。
与现有技术相比较，本发明通过调节三段加热装置的温度来弥补由于反应气体不均引起的沉积速率不同，使本发明的化学气相沉积装置能更均匀地沉积产物。
【附图说明】
图1是现有技术的化学气相沉积装置的示意图。
图2是本发明的化学气相沉积装置的示意图。
图3是本发明的化学气相沉积装置的炉管三加热段的加热温度曲线图。
【具体实施方式】
请参阅图2，为本发明的炉管式气相沉积设备，其包括有一炉管20、一环绕该炉管20的炉管加热装置22、连接该炉管20的一反应气体进气装置23、一保护气体进气装置25、以及一抽气装置28，上述炉管加热装置22分为三加热段。
炉管20本身是以经退火后的石英所构成，其外部环绕炉管加热装置22对炉管20进行加热。该炉管加热装置22包括至少两加热段，本实施例中采用三加热段，即第一加热段221、第二加热段222和第三加热段223，该三段加热器可为程控加热器，用于各自控制加热温度。
欲沉积的基材可置在由石英制成的晶舟(Boat)21上，并随着晶舟21放入炉管的适当位置。反应气体由反应气体进气装置23从炉门(未标示)送入炉管20内，该反应气体进气装置23包括一压力计231和一质流控制器233，该质流控制器233连接着气体提供瓶，为本反应装置的进气口。同时，保护气体进气装置25通入保护气体如惰性气体或氮气等，以便进行沉积。
在进行化学气相沉积反应时，炉管20内有许多由副产物和未反应完全的反应气体所产生的微粒，为避免这些微粒随着废气进入抽气装置28造成阻塞，因此在连接炉管20与抽气装置28之间的排气通道中还设置一微粒过滤器26，废气再由抽气装置28排出，该抽气装置28可选用真空泵。
运用时，将欲沉积的基材放置在由石英制成的晶舟21上，并和晶舟21放入炉管的适当位置；通过反应气体进气装置23向炉管20通入反应气体，同时，保护气体进气装置25通入保护气体如惰性气体或氮气等，进行沉积反应。由于进行化学气相沉积反应时，反应气体在理想状态下为均匀分布，然而，实际上由于反应气体的浓度会随着反应的进行而降低，所以，导致靠近反应气体入口处的近气体端比相对入口处较远的远气体端的反应气体浓度不相同。
根据实验中出现的反应气体分布不均的缺点，本实施例将接近反应气体入口处的第一加热段221，设定较低的加热温度，然后第二加热段222和第三加热段223的加热温度逐次提高。让接近排气端的第三加热段223处于较高的温度下，来弥补因气体浓度下降导致的沉积速率的不均。加热装置温度范围会随着制程的不同或炉管大小的不同而有不同的炉管内前后设定加热温度，其温度变化范围最高可达20℃到200℃。依实验结果可再次修正上述三段加热装置的起始温度和温度差，以达较佳的沉积速率均匀的实验效果。
本发明的加热装置还可以采用将第一加热段221作为反应气体的预热区，而在第二加热段222加大反应温度，使成为产物沉积主区域。
另外，本发明的加热装置还可以设置为和时间为关系式的梯度加热方式。请参阅图3，图中所示的Y轴为炉管三段加热装置温度(T)，X轴为实验反应时间(t)。图中所示的曲线1、曲线2和曲线3分别为相应第一加热段221、第二加热段222和第三加热段223的加热温度曲线，上述三段加热装置采用和时间为关系式的梯度式加热方式来弥补反应随时间而气体浓度下降的缺点。
本发明的设备可在低压真空下操作，但是不局限于低压，也可以在常压下操作。本发明通过调节三段加热装置221，222和223的温度来弥补由于反应气体不均引起的沉积速率不同，使本发明的化学气相沉积装置能更均匀地沉积欲沉积物。可替代的，本发明化学气相沉积装置的炉管加热装置可以根据需要设计为两个加热段或多个加热段，该两个加热段或多个加热段都可以各自独立工作。

Claims (8)

1.一种化学气相沉积装置，其包括有一炉管、一环绕该炉管的炉管加热装置、和连接该炉管的一反应气体进气装置、一保护气体进气装置、以及一抽气装置，其特征在于该炉管加热装置包括至少两加热段，该至少两热段可各自独立工作。
2.如权利要求1所述的一种化学气相沉积装置，其特征在于炉管为经退火的石英材料制成。
3.如权利要求1所述的一种化学气相沉积装置，其特征在于炉管加热装置为可程控加热器。
4.如权利要求1所述的一种化学气相沉积装置，其特征在于炉管和在抽气装置之间设置一微粒过滤器。
5.如权利要求1所述的一种化学气相沉积装置，其特征在于炉管内置有一石英舟。
6.如权利要求1所述的一种化学气相沉积装置，其特征在于反应气体进气装置包括一压力计和一质流控制器。
7.如权利要求1所述的一种化学气相沉积装置，其特征在于抽气装置可选用真空泵。
8.如权利要求1所述的一种化学气相沉积装置，其特征在于至少两热段由靠近反应气体入口的近气端向相对反应气体入口较远的远气端排列，加热段的加热温度由近气端向远气端逐次增加。
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