CN201313934Y - 一种用于化学气相淀积的气体导入装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于化学气相淀积的气体导入装置。所述气体导入装置呈环状，通常放置在化学气相淀积反应器反应腔的上部外周边。该气体导入装置由一个或多个气体导入单元组成，可以实现多股气流由化学气相淀积反应器圆柱形反应腔的外围，沿平行于化学气相淀积反应器圆柱形反应腔内水平放置的衬底载盘表面或与所述衬底载盘表面成一定夹角的径向方向，由外向内导入反应腔内；所述气体导入装置具结构简单，操作方便，制造和使用成本低等优点，适用于大直径化学气相淀积反应器反应腔。

Description

一种用于化学气相淀积的气体导入装置

技术领域

本发明主要涉及一种用于化学气相淀积的气体导入装置，进一步是指所涉及的环形气体导入装置通常放置在化学气相淀积反应器圆柱形反应腔上部外周边。该气体导入装置由一个或多个气体导入单元组成，可以实现多股气流由化学气相淀积反应器圆柱形反应腔外周边，沿平行于水平放置在化学气相淀积反应器圆柱形反应腔内的衬底载盘表面或与所述衬底载盘表面成一定夹角的径向方向由外向内导入所述反应腔内。使用该装置可以简化大型化学气相淀积反应器的设计和结构，降低制造和使用大型化学气相淀积反应器的成本。

背景技术

化学气相淀积是制造光电材料，特别是多层化合物半导体薄膜材料的主要手段，广泛应用于发光二极管，激光和微波材料的制造。一般，淀积材料由气相分解反应剂产生。含各种反应剂的气流在化学气相淀积反应器反应腔内的分布均匀性和流动稳定性会直接影响到化学气相淀积材料的性能，特别会影响到材料的均匀性、化学组分、掺杂浓度等，而气流的均匀性和稳定性又直接取决于气流导入反应腔内的方式和装置。随着反应腔尺寸的不断增加，化学气相淀积对气体导入反应腔的方式和装置提出了越来越高的要求。

一种常用的气体导入方式和装置如图1所示。该气体导入方式和装置主要应用于行星式化学气相淀积反应器反应腔，包括反应腔122，反应腔顶盖101，反应腔底盘113，反应腔侧壁111，衬底载盘106，加热装置126，气体排出装置103，气体导入装置107a，107b，和107c。使用时，不同气体组成的气流分别由气体导入装置107a，107b，和107c导入反应腔。所述气流由反应腔中央沿着与衬底载盘平行的径向方向自内向外流入放置在反应腔122外周边的气体排出装置103。当气体进入反应腔122后，不同气体之间在高温下会发生化学气相反应，并形成微小颗粒或惰性衍生物，再加上反应剂在衬底和衬底载盘106表面的淀积会造成决定化学气相淀积速度的反应剂沿气体流动方向不断减少，并导致化学气相淀积速度沿着气流方向不断减少(所述现象也称为反应剂耗尽效应)。对于圆柱形反应腔，当气体由内向外沿径向方向流动时，其圆周面积的增加也会使反应剂在气相中的质量密度和气体流速不断变小，导致化学气相淀积速度的进一步下降(所述现象也称为气流发散效应)。上述二种效应相互叠加使得沿着气流方向的化学气相淀积的均匀性很差。此外，为更换衬底和维修腔内部件等，反应腔顶盖101经常需要打开。放置在反应腔顶盖上的气体导入装置107a，107b和107c不仅增加了反应腔顶盖的设计和制造难度，也增加了成本与操作难度。为克服气流发散效应和反应剂耗尽效应引发的不均匀性，通常采用行星式衬底载盘，但对于大直径反应腔，行星式衬底载盘已难以弥补气流发散效应和反应剂耗尽效应，使反应腔尺寸的增加遇到了设计和技术上的瓶颈。

另一种常用的气体导入方式和装置如图2所示。该气体导入方式和装置主要应用于喷淋头式和涡盘式化学气相淀积反应器反应腔，包括反应腔222，反应腔顶盖201，反应腔底盘213，反应腔侧壁211，气体导入管207a，207b，气体导入盘204a，204b，衬底载盘206，和加热装置226。使用时，不同气体组成的气流分别自气体导入管207a和207b进入气体导入盘204a和204a，气体再经由气体导入盘204a和204a中相互不连通的喷嘴(或喷管)自反应腔222顶部沿垂直向下的方向导入反应腔。由于垂直气流可以均匀覆盖整个衬底载盘206，使得反应剂耗尽效应和气流发散效应对化学气相淀积的均匀性影响较小。为了达到垂直气流能均匀覆盖衬底载盘206，整个圆形气体引入盘204a或204b不得不密布由水套冷却又彼此不相通的微细喷嘴(又称喷淋头)。随着反应腔直径的不断增加，喷淋头的设计难度和制造成本越来越高。由于热应力和机械应力的作用，成千上万个由水套冷却又彼此不相通的微细喷嘴组成的喷淋头的使用寿命变得越来越短，使用成本也变得越来越高。如采用较少的气体喷嘴，为达到气体均匀覆盖衬底载盘206，就必须增加反应腔的高度，结果在反应腔222上部又会引起严重的涡流现象，影响整个化学气相淀积过程。为此，需要同步增加气体流量和高速旋转衬底载盘206(又称涡盘)来抑制上述涡流现象。随着反应腔直径的增加，简单增加气体流量已无法抑制反应腔222上部严重的涡流现象。对大直径反应器反应腔，如图2所示的气体导入方式和装置也遇到了设计和技术上的瓶颈。

很显然，现有化学气相淀积反应器反应腔内气体导入方式和装置存在本质性的缺陷，并已制约了反应器反应腔直径的进一步增加，已无法满足工业化生产的需求。

本发明的目的是提供一种克服现有化学气相淀积反应器反应腔内气体导入方式和装置的缺点和不足的化学气相淀积反应器反应腔内气体导入方式和装置。本发明的另一个目的是提供一种气体导入装置，该装置具有结构简单，制造方便，成本低廉，维护容易等优点；本发明的另一个目的是提供一种气体导入方式，该方式不仅能克服气流方向的反应剂耗尽效应和气流发散效应，还能有效抑制气相反应和热对流，改善化学气相淀积的均匀性，提高化学气相淀积的质量以及化学气相反应的效率，并能满足反应腔直径增加时对其结构设计和化学气相淀积均匀性的要求。

发明内容

本实用新型提供一种用于化学气相淀积的环形气体导入装置，所述环形气体导入装置水平放置在化学气相淀积反应器圆柱形反应腔的上部外周边、并在垂直方向上介于反应腔顶盖和衬底载盘之间；由所述环形气体导入装置导入的一股或多股气流，沿平行于所述衬底载盘表面或与所述衬底载盘表面成一定夹角的径向方向，由外向内导入反应腔内；所述环形气体导入装置包含一个或多个环形气体导入单元；所述环形气体导入单元沿垂直方向按一定间距逐个叠加排列放置在所述环形气体导入装置中。

根据本发明的化学气相淀积反应器通常包含一种圆柱形反应腔，该反应腔进一步包含一种放置在所述圆柱形反应腔上部外周边介于反应腔顶盖和衬底载盘之间的环形气体导入装置，该环形气体导入装置可实现多股气流由所述圆柱形反应腔的外围沿径向向内方向层流到所述圆柱形反应腔的中央。气流沿径向向内方向流动时产生的气体会聚效应可以有效补偿反应剂耗尽效应，根据本发明的化学气相淀积反应器可以不旋转衬底或/和衬底载盘也能获得均匀的化学气相淀积，从而简化衬底载盘的设计及其制造和使用成本，放置在所述反应腔侧壁的气体导入装置也将简化反应腔顶盖设计及其制造和使用成本。

根据本发明的化学气相淀积反应器通常包含一种圆柱形反应腔，该反应腔进一步包含一种放置在所述圆柱形反应腔上部外周边介于反应腔顶盖和衬底载盘之间的环形气体导入装置，所述环形气体导入装置通常包含有一个或若干个环形气体导入单元，所述环形气体导入单元一般沿垂直方向按一定间距逐个叠加排列放置在所述环形气体导入装置中。

根据本发明的化学气相淀积反应器通常包含一种圆柱形反应腔，该反应腔进一步包含一种放置在所述圆柱形反应腔上部外周边介于反应腔顶盖和衬底载盘之间的环形气体导入装置，所述环形气体导入装置通常包含有一个或若干个环形气体导入单元，每一个所述环形气体导入单元包含一个环形外套和一个环形气体导入板，并且至少包含一个环形圆周导流隔板或至少包含一个环形垂直导流隔板或至少包含一个环形圆周导流隔板和一个环形垂直导流隔板，所述环形外套，所述环形圆周导流隔板，所述环形垂直导流隔板，和所述环形气体导入板之间均放置有一个环形气体通道，上述环状结构与所述圆柱形反应腔通常有相同的圆心位置。

附图说明

图1：一种常见化学气相淀积反应器反应腔剖面示意图。

图2：另一种常见化学气相淀积反应器反应腔剖面示意图

图3a：一种化学气相淀积反应器反应腔侧视示意图

图3b：图3a所示化学气相淀积反应器反应腔俯视示意图

图4a：另一种化学气相淀积反应器反应腔侧视示意图

图4b：图4a所示化学气相淀积反应器反应腔俯视示意图

图5a：另一种化学气相淀积反应器反应腔侧视示意图

图5b：图5a所示化学气相淀积反应器反应腔俯视示意图

图6：沿着图5a中A-A线的剖视示意图

图7：沿着图5b中B-B-B线的剖视示意图

图8：沿着图7中C-C-C-C框内的放大示意图

图9：沿着图5a中D-D线的剖视示意图

具体实施方式

本发明和本发明的各种环形气体导入装置实施方案可以通过以下优选方案的描述得到充分理解，以下优选方案也可视为本发明权利要求的实例。显然，应该充分理解到由本发明权利要求所定义的本发明所涵盖的内容要比以下描述的优选实施方案更加广泛。在不偏离本发明精神和范围的情况下，借助于平常的技能可以产生更多的经过变更和修改的实施方案。所以，以下描述的实施方案仅仅是为了举例说明而不是用来局限由本发明权利要求所定义的本发明的涵盖范围。

根据本发明一种实施方案，一种化学气相淀积反应器通常有一种圆柱形反应腔(见图3a和3b)，所述圆柱形反应腔包含有反应腔顶盖301，反应腔底盘313，和反应腔侧壁311。该反应腔进一步包含一种环形气体导入装置360。所述环形气体导入装置360通常安装在所述反应腔上部外周边介于反应腔顶盖和衬底载盘之间，所述环形气体导入装置可以有一个或若干个环形气体导入单元组成。如图3a和3b所示，所述环形气体导入装置360有二个环形气体导入单元所对应的气体接口352a和352b，所述气体接口352a和352b分别通过其导管351a和351b与气体控制单元350a和350b相连。所述环形气体导入单元所对应的气体接口352a和352b处于所述环形气体导入装置360相同径向方向的不同高度上。所述环形气体导入装置360可以是反应腔侧壁311的组成部分。

根据本发明另一种实施方案，一种化学气相淀积反应器通常有一种圆柱形反应腔(见图4a和4b)，所述圆柱形反应腔包含有反应腔顶盖401，反应腔底盘413，和反应腔侧壁411。该反应腔进一步包含一种环形气体导入装置460。所述环形气体导入装置460通常安装在所述反应腔上部外周边介于反应腔顶盖和衬底载盘之间。所述环形气体导入装置可以有一个或若干个环形气体导入单元组成。如图4a和4b所示，所述环形气体导入装置460有二个环形气体导入单元所对应的气体接口452a和452b，所述气体接口452a和452b分别通过其导管451a和451b与气体控制单元450a和450b相连。所述环形气体导入单元所对应的气体接口452a和452b处于所述环形气体导入装置460不同径向方向的不同高度上。一般优选所述气体接口呈对称均布排列在环形气体导入装置460外周边。所述环形气体导入装置460可以是反应腔侧壁411的组成部分。

根据本发明另一种实施方案，一种化学气相淀积反应器通常有一种圆柱形反应腔(见图5a和5b)，所述圆柱形反应腔包含有反应腔顶盖501，反应腔底盘513，和反应腔侧壁511。该反应腔进一步包含一种环形气体导入装置560。所述环形气体导入装置560通常安装在所述反应腔上部外周边介于反应腔顶盖和衬底载盘之间。

由图6，图7，图8，图9所示，所述环形气体导入装置由二个环形气体导入单元组成，每一个所述环形气体导入单元包括一个环形外套561，一个环形气体通道562，一个环形圆周导流隔板563，一个环形气体通道564，一个环形垂直导流隔板565，一个环形导流狭缝565a，一个环形气体通道566，一个环形气体导入板567，所述环形圆周导流隔板563上的一组通孔568，和所述环形气体导入板567上的一组气体导入喷嘴569或所述环形气体导入板567a上的一个环形导入板狭缝569a。所述环形气体导入装置560可以是反应腔侧壁511的组成部分。

通常，所述环状结构与所述圆柱形反应腔有相同的圆心位置。所述环状结构以相同或不同的方式相互连通，使得自环形外套561上气体接口552ba，552bb，552bc，552bd沿四个方向进入环形气体导入单元的气体经过所述环状结构，最终经由气体导入喷嘴569，沿环形气体导入板567内圆周不同的径向方向自外向内进入反应腔522中。

当气流由外圆周沿径向向内方向流动时，圆周截面积不断减少，气流速度不断加快，反应剂的质量密度也不断增加。其中，不断增加的气流速度使界面层的厚度沿径向向内方向不断减少，由气相扩散到衬底表面的反应剂会随之增加。气流速度和反应剂质量密度沿径向向内方向的增加(又称为气流会聚效应)共同补偿了由于反应剂耗尽效应所引起的化学气相淀积速度的下降。采用本发明的气体导入方式和装置的化学气相淀积反应器可以不旋转衬底载盘或衬底本身也能获得均匀的化学气相淀积，从而简化衬底载盘的设计，降低衬底载盘和所述化学气相淀积反应器的制造和使用成本。

所述环形气体导入单元所对应的气体接口一般优选沿所述环形外套圆周边呈对称均布排列，不同环形气体导入单元所对应的气体接口可以排布在相同径向方向的不同高度上，一般优选排布在不同径向方向的不同高度上。每个所述环形气体导入单元所对应的气体接口越多，引入所述环形气体导入单元沿周边不同径向方向的气流就越均匀，管线系流也会相应变复杂。对直径小于1000mm的反应腔，一般以4～8个气体接口为优选。反应腔直径越大，气体接口数量也应该越大。如图5a和5b所示，所述环形气体导入装置560有二个环形气体导入单元所对应的二组气体接口552aa，552ab，552ac，552ad，和552ba，552bb，552bc，552bd，二组所述气体接口分别通过其导管551a和551b与气体控制单元550a和550b相连。所述环形气体导入单元所对应的二组气体接口552aa，552ab，552ac552ad，和552ba，552bb，552bc，552bd处于所述环形气体导入装置560不同径向方向的不同高度上。

所述环形气体通道562，564和566是一种环状通孔，放置在所述环状外套561，环形圆周导流隔板563，环形垂直导流隔板565，和环形气体导入板567之间。所述环形气体通道的径向截面形状一般呈矩形、梯形，半梯形等。所述环形气体通道的径向和垂直尺寸一般可根据所述环形气体导入装置的径向和垂直尺寸以及所述环形气体导入装置中所述环形气体导入单元的数量进行调整。通常其垂直尺寸与相邻环状隔板结构的垂直尺寸相近。靠近环形外套561的环形气体通道562相对靠近环形气体导入板567的环形气体通道566有较宽的径向尺寸。靠近环形外套561的环形气体通道562径向尺寸较宽可以使由不同气体接口552ba，552bb，552bc，552bd进入环形气体通道562的气体成份更加均匀。靠近环形气体导入板567的环形气体通道566径向尺寸较窄可以使进入环形气体通道566的气体流速更加均匀，并保持气体以稳定平流方式进入所述反应腔522。

所述环形圆周导流隔板563通常沿圆周方向排布有若干通孔568。所述通孔568的外侧进口，内侧出口和圆周截面形状可以是矩形、圆形、椭圆形、方形，菱形，梯形，半梯形等。位于所述环形圆周导流隔板外侧的通孔进口形状和尺寸与位于所述环形圆周导流隔板内侧的通孔出口形状和尺寸可以相同也可以不相同。通常，所述通孔进口和通孔出口有相同的形状，但所述通孔进口的尺寸一般比通孔出口的尺寸小。所述通孔圆周截面一般与通孔进口和通孔出口有相同的形状。当通孔进口和通孔出口的形状和尺寸不同时，通孔内圆周截面的形状和尺寸由进口到出口沿径向连续变化，径向截面形状可以是圆弧形、梯形，半梯形，抛物线形等。所述通孔内壁一般加工成沿气流方向呈流线状的光滑表面，所述通孔的进口和出口处一般通过呈流线状的大直径弧状曲面将通孔内壁过渡到所述环形圆周导流隔板的外侧表面和内侧表面，避免沿气流方向在所述环形圆周导流隔板二侧的环形气体通道562和564上和所述环形圆周导流隔板上的通孔附近出现各种拐角，锐角，凹点，凸点，截面积突变和粗糙表面所可能引发的紊流对气流稳定性的影响。

在所述环形圆周导流隔板563垂直方向上，所述通孔568可以是单排排布也可以是多排排布，优选单排排布。在所述环形圆周导流隔板563圆周方向上，所述通孔568可以均匀排布也可以不均匀排布。所述通孔568沿所述环形圆周导流隔板563圆周方向均匀排布时，靠近所述气体接口附近的通孔圆周截面积比远离所述气体接口附近的通孔圆周截面积小，离所述气体接口最近处的通孔圆周截面积最小，离所述气体接口最远处的通孔圆周截面积最大，其间的其它通孔圆周截面积由小逐渐变大。所述通孔568沿所述环形圆周导流隔板圆周方向不均匀排布时，通孔圆周截面积一般保持一致，靠近所述气体接口附近的通孔密度比远离所述气体接口附近的通孔密度小，离所述气体接口最近处的通孔密度最小，离所述气体接口最远处的通孔密度最大，其间的通孔密度由小逐渐变大。

沿径向方向面对所述气体接口552ba，552bb，552bc，552bd的位置上，一般不放置任何所述通孔568。这样可以确保由气体接口552ba，552bb，552bc，552bd导入的气体先在所述环形圆周导流隔板563外侧的环形气体通道562沿周边流动，然后再通过所述通孔568进入到内侧环形气体通道564。改变所述通孔568密度或改变所述通孔568圆周截面积可以使气体从所述环形圆周导流隔板563外侧的环形气体通道562沿周边分配不同的气体流量沿不同的径向方向进入所述环形圆周导流隔板563的内侧气体通道564。如图6和图8所示，所述通孔568沿所述环形圆周导流隔板563的垂直方向呈水平单排排布，沿所述环形圆周导流隔板563的圆周方向呈不均匀排布。所述通孔568进口和出口形状均为圆形，进口尺寸比出口尺寸小，径向剖面呈半梯形。

为了使进入所述环形圆周导流隔板563外侧环形气体通道562的气体在通过通孔568前能沿环形气体通道562的垂直方向有最长距离的流动来充分混合从不同气体接口552ba，552bb，552bc，552bd进入环形气体通道562的气体，位于外侧环形气体通道562外侧的环形外套561上的气体接口552ba，552bb，552bc，552bd一般与环形气体通道562在垂直方向上的顶端或底端相接通，所述环形圆周导流隔板563上的通孔568则与环形气体通道562在垂直方向上的另一端相接通。如图8所示，位于外侧环形气体通道562外侧的环形外套561上的气体接口552ba，552bb，552bc，552bd与所述环形气体通道562在垂直方向上的顶端相接通，所述环形圆周导流隔板563上的通孔568则与所述环形气体通道562在垂直方向上的底端相接通。当气体由气体接口552ba，552bb，552bc，552bd进入外侧环形气体通道562时，在向二边扩散流动的同时也向下扩散流动，最后通过通孔568进入所述环形圆周导流隔板563的内侧环形气体通道564。

所述垂直导流隔板565通常在其顶端或底端沿圆周水平方向开有贯通所述垂直导流隔板565的环形导流狭缝565a。位于所述垂直导流隔板565外侧的环形导流狭缝565a进口高度与位于所述垂直导流隔板565内侧的环形导流狭缝565a出口高度可以相同也可以不相同。通常，所述环形导流狭缝565a进口高度一般比环形导流狭缝565a出口高度小，其宽度比例为1∶1～1∶2为优选。靠近内侧气体通道566的环形导流狭缝565a的出口高度一般不超过15mm。当环形导流狭缝565a进口高度和环形导流狭缝565a出口高度不同时，所述环形导流狭缝565a圆周截面高度由进口到出口沿径向连续变化。所述环形导流狭缝565a的径向截面形状一般呈梯形，半梯形，圆弧形，抛物线形等。所述环形导流狭缝565a内壁一般加工成沿气流方向呈流线状的光滑表面，所述环形导流狭缝565a的进口和出口处一般通过呈流线状的大直径弧状曲面将环形导流狭缝565a内壁过渡到所述垂直导流隔板565的外侧表面和内侧表面，避免沿气流方向在所述垂直导流隔板565二侧的环形气体通道564和566上和所述垂直导流隔板565上的环形导流狭缝565a内壁出现各种拐角，锐角，凹点，凸点，截面积突变和粗糙表面所可能引发的紊流对气流稳定性的影响。

为了使进入所述垂直导流隔板565外侧环形气体通道564的气体在通过环形导流狭缝565a前能沿环形气体通道564的垂直方向有最长距离的流动来充分混合从不同通孔568进入环形气体通道564的气体，位于外侧环形气体通道564外侧的环形圆周导流隔板563上的通孔568一般与所述环形气体通道564在垂直方向上的顶端或底端相接通，所述垂直导流隔板565上的环形导流狭缝565a则与所述环形气体通道564在垂直方向上的另一端相接通。

如图6，图8所示，位于外侧环形气体通道564外侧的环形圆周导流隔板563上的通孔568与所述环形气体通道564在垂直方向上的底端相接通，所述垂直导流隔板565上的环形导流狭缝565a则与所述环形气体通道564在垂直方向上的顶端相接通。当气体由通孔568进入外侧环形气体通道564时，在向二边扩散流动的同时也向上扩散流动，最后通过环形导流狭缝565a进入所述环形圆周导流隔板565的内侧环形气体通道566。

如图8所示，所述气体导入单元的最内侧为环形气体导入板567。所述环形气体导入板567的出口直接与所述反应腔522相邻。经过所述圆周导流隔板和垂直导流隔板后的气体由所述环形气体导入板567的出口进入到所述反应腔522内。由于多个气体导入单元在垂直方向逐个叠加排布在所述气体导入装置560内，(如图8所示)，不同气体导入单元的环形气体导入板所对应的出口会有不同的高度，但都位于所述反应腔522上部，并介于反应腔顶盖501和衬底载盘506之间。

所述环形气体导入板567的出口可以是沿周边均匀分布的导入板喷嘴569，(如图6，图8所示)。所述导入板喷嘴569的外侧进口，内侧出口和圆周截面形状可以是矩形、圆形、椭圆形、方形，菱形，梯形，半梯形等。位于所述环形气体导入板567外侧的导入板喷嘴569进口形状和尺寸与位于所述环形气体导入板567内侧的导入板喷嘴569出口形状和尺寸可以相同也可以不相同。通常，所述导入板喷嘴进口和导入板喷嘴出口有相同的形状，但所述导入板喷嘴进口尺寸一般比导入板喷嘴出口尺寸小。所述导入板喷嘴圆周截面一般与导入板喷嘴进口和导入板喷嘴出口有相同的形状。当导入板喷嘴进口和导入板喷嘴出口的形状和尺寸不同时，所述导入板喷嘴圆周截面的形状和尺寸由进口到出口沿径向连续变化，径向截面形状可以是圆弧形、梯形，半梯形，抛物线形等。所述导入板喷嘴569内壁一般加工成沿气流方向呈流线状的光滑表面，所述导入板喷嘴569的进口和出口处一般通过呈流线状的大直径弧状曲面将导入板喷嘴内壁过渡到所述环形气体导入板567的外侧表面和内侧表面，避免沿气流方向在所述环形气体导入板567外侧的环形气体通道566上和所述环形气体导入板567上的导入板喷嘴569附近出现各种拐角，锐角，凹点，凸点，截面积突变和粗糙表面所可能引发的紊流对气流稳定性的影响。

所述导入板喷嘴569沿所述环形气体导入板567垂直方向可以是单排排布也可以是多排排布，优选单排排布。所述导入板喷嘴569沿所述环形气体导入板567圆周方向均匀排布。如图6和图8所示，所述导入板喷嘴569沿所述环形气体导入板567的垂直方向上呈水平单排排布，沿所述环形气体导入板567的圆周方向上呈均匀排布。所述导入板喷嘴569进口和出口为圆形，进口尺寸比出口尺寸小，径向剖面呈半梯形。

为了使进入所述环形气体导入板567外侧环形气体通道566的气体在通过导入板喷嘴569前能沿环形气体通道566的垂直方向有最长距离的流动来充分混合从环形导流狭缝565a进入环形气体通道566的气体，位于外侧环形气体通道566外侧的环形垂直导流隔板565上的环形导流狭缝565a一般与环形气体通道566在垂直方向上的顶端或底端相接通，所述环形气体导入板567上的导入板喷嘴569则与环形气体通道566在垂直方向上的另一端相接通。如图8所示，位于外侧环形气体通道566外侧的垂直导流隔板565上的环形导流狭缝565a与所述环形气体通道566在垂直方向上的顶端相接通，所述环形气体导入板567上的导入板喷嘴569则与所述环形气体通道566在垂直方向上的底端相接通。当气体由环形垂直导流隔板565上的环形导流狭缝565a进入外侧环形气体通道566时，在向二边扩散流动的同时也向下扩散流动，最后通过导入板喷嘴569进入所述反应腔522。

所述环形气体导入板567a的出口也可以是沿圆周水平方向贯通所述环形气体导入板567a的环形导入板狭缝569a，(如图8，图9所示)。

位于所述环形气体导入板567a外侧的环形导入板狭缝569a进口高度与位于所述环形气体导入板567a内侧的环形导入板狭缝569a出口高度可以相同也可以不相同。通常，所述环形导入板狭缝569a进口高度一般比环形导入板狭缝569a出口高度小，其宽度比例为1:1～1:2为优选。与反应腔相邻的环形导入板狭缝569a的出口高度一般不超过5mm。当环形导入板狭缝569a进口高度和环形导入板狭缝569a出口高度不同时，环形导入板狭缝569a圆周截面高度由进口到出口沿径向连续变化。所述环形导入板狭缝569a的径向截面形状一般呈梯形，半梯形，圆弧形，抛物线形等。所述环形导入板狭缝569a内壁一般加工成沿气流方向呈流线状的光滑表面，所述环形导入板狭缝569a的进口和出口处一般通过呈流线状的大直径弧状曲面将环形导入板狭缝569a内壁过渡到所述环形气体导入板567a的外侧表面和内侧表面，避免沿气流方向在所述环形气体导入板567a外侧的环形气体通道566a上和所述环形气体导入板567a上的环形导入板狭缝569a内壁出现各种拐角，锐角，凹点，凸点，截面积突变和粗糙表面所可能引发的紊流对气流稳定性的影响。

为了使进入所述环形气体导入板567a外侧环形气体通道566a的气体在通过环形导入板狭缝569a前能沿环形气体通道566a的垂直方向有最长距离的流动来充分混合从环形导流狭缝565c进入环形气体通道566a的气体，位于外侧环形气体通道566a外侧的环形垂直导流隔板565b上的环形导流狭缝565c一般与环形气体通道566a在垂直方向上的顶端或底端相接通，所述环形气体导入板567a上的环形导入板狭缝569a则与环形气体通道566a在垂直方向上的另一端相接通。如图9所示，位于外侧环形气体通道566a外侧的环形垂直导流隔板565b上的环形导流狭缝565c与所述环形气体通道566a在垂直方向上的顶端相接通，所述环形气体导入板567a上的环形导入板狭缝569a则与所述环形气体通道566a在垂直方向上的底端相接通。当气体由环形垂直导流隔板565b上的环形导流狭缝565c进入外侧环形气体通道566a时，在向二边扩散流动的同时也向下扩散流动，最后通过环形导入板狭缝569a进入所述反应腔522。

所述导入板喷嘴569和环形导入板狭缝569a的中心位置高过衬底载盘506表面，所述导入板喷嘴569和环形导入板狭缝569a在径向方向上自外向内的中心线平行于水平放置的衬底载盘506表面或与所述衬底载盘506表面成小于90°的夹角，使得进入所述反应腔522的气体可以与所述衬底载盘506表面平行或与所述衬底载盘506表面成小于90°的夹角。如图8所示，下面一个环形导入板狭缝569a的中心线与所述衬底载盘表面平行，而上面一个导入板喷嘴569的中心线与所述衬底载盘表面成小于90°的夹角。在高温下，由上面一个导入板喷嘴569引入的气体可以抑制加热衬底载盘上方的热对流，达到改善化学气相淀积的均匀性，提高化学气相淀积的质量和化学气相反应的效率，以及稳定和维持层流的目的。

为稳定进入反应腔的气流和减少气体在喷嘴附近的气相反应，在上下相邻的气体导入单元的出口之间可以放置一个环状流线扁平状水平导流板。

根据本发明所实施方案的一种适用于化学气相淀积的气体导入方式和装置。该气体导入装置通常由单个或多个气体导入单元组成，每个气体导入单元由各自的气体供应单元单独进行气体组成和组分的控制。每个气体导入单元通过沿圆周方向和垂直方向的分流、阻流和相互扩散，使由气体导入装置外圆周上经单个或多个气体接口引入到气体导入单元的气体能被充分的均匀和稳定，最终通过环形气体导入板上的导入板喷嘴或环形导入板狭缝沿圆周不同径向方向由外向内导入反应腔。上述气体引入方式和装置可以简化反应腔设计，特别是可以简化衬底载盘和反应腔顶盖设计，降低制造和使用，适用于大直径化学气相淀积反应器反应腔。

Claims (10)

1.一种用于化学气相淀积的环形气体导入装置，所述环形气体导入装置水平放置在化学气相淀积反应器圆柱形反应腔的上部外周边、并在垂直方向上介于反应腔顶盖和衬底载盘之间；由所述环形气体导入装置导入的一股或多股气流，沿平行于所述衬底载盘表面或与所述衬底载盘表面成一定夹角的径向方向，由外向内导入反应腔内；其特征在于：所述环形气体导入装置包含一个或多个环形气体导入单元；所述环形气体导入单元沿垂直方向按一定间距逐个叠加排列放置在所述环形气体导入装置中。

2.如权利要求1所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述环形气体导入单元包含一个环形外套和一个环形气体导入板，并且至少包含一个环形圆周导流隔板和/或至少包含一个环形垂直导流隔板；所述环形外套和所述环形气体导入板分别放置在所述气体导入单元沿径向方向的最外侧和最内侧；所述环形圆周导流隔板放置在所述环形气体导入单元的外侧，所述环形垂直导流隔板放置在所述环形气体导入单元的内侧，所述环形圆周导流隔板和所述环形垂直导流隔板交替放置；所述环形外套、所述环形圆周导流隔板、所述环形垂直导流隔板和所述环形气体导入板之间均放置有一个环形气体通道；上述环状结构与所述圆柱形反应腔具有相同的圆心位置。

3.如权利要求2所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述环形外套设有沿其外周边放置的气体接口；所述气体接口通过各自的导管与一个独立的气体控制单元相连，并将所述气体控制单元提供的气体导入到所述环形外套内侧的环形气体通道；所述气体接口与所述环形外套内侧环形气体通道在垂直方向上的顶端或底端相接通；所述气体接口沿圆周呈对称均布排列；不同气体导入单元所对应的气体接口排布在不同高度上。

4.如权利要求2所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述环形气体通道是环状通孔，所述环形气体通道的径向截面形状呈矩形、圆形、椭圆形、方形、菱形、或梯形，其内壁为呈流线状的光滑表面；靠近所述环形气体导入单元外侧的环形气体通道相对靠近所述环形气体导入单元内侧的环形气体通道有较大的径向尺寸。

5.如权利要求2所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述环形圆周导流隔板沿圆周方向排布有若干通孔，所述通孔的外侧进口、内侧出口和圆周截面形状是矩形、圆形、椭圆形、方形、菱形或梯形；当所述通孔进口和通孔出口有相同的形状，所述通孔进口尺寸比通孔出口尺寸小；当通孔进口和通孔出口的形状和尺寸不同时，通孔内圆周截面的形状和尺寸由进口到出口沿径向连续变化；所述通孔的径向截面形状是圆弧形、梯形、半梯形或抛物线形；所述通孔内壁为沿气流方向呈流线状的光滑表面，其进口和出口处通过呈流线状的大直径弧状曲面将通孔内壁过渡到所述环形圆周导流隔板的外侧表面和内侧表面。

6.如权利要求5所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述通孔沿垂直方向单排排布或多排排布；所述通孔位于所述环形圆周导流隔板在垂直方向上的一端，其进口和出口分别与相邻的外侧和内侧环形气体通道在垂直方向上的顶端或底端相接通，其位置位于外侧环形气体通道外侧气体进口的另一端；所述通孔沿所述环形圆周导流隔板圆周排布；所述通孔沿圆周方向均匀排布时，靠近所述外侧环形气体通道外侧气体进口附近的通孔圆周截面积比远离所述外侧环形气体通道外侧气体进口附近的通孔圆周截面积小，其间的其它通孔圆周截面积由小逐渐变大；所述通孔沿圆周方向不均匀排布时，所述通孔圆周截面积一般保持一致，靠近所述外侧环形气体通道外侧气体进口附近的通孔密度比远离所述外侧环形气体通道外侧气体进口附近的通孔密度小，其间的通孔密度由小逐渐变大；沿径向方向面对所述外侧环形气体通道外侧气体进口的位置上不放置所述通孔。

7.如权利要求2所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述环形垂直气体隔板在其垂直方向上的顶端或底端沿圆周方向水平开有贯通所述环形垂直气体隔板的环形导流狭缝；当环形导流狭缝进口高度和出口高度不同时，所述环形导流狭缝圆周截面高度由进口到出口沿径向连续变化；所述环形导流狭缝的径向截面形状呈梯形、半梯形、圆弧形或抛物线形；所述环形导流狭缝内壁为沿气流方向呈流线状的光滑表面，所述环形导流狭缝的进口和出口处通过呈流线状的大直径弧状曲面将所述环形导流狭缝内壁过渡到所述垂直气体隔板的外侧表面和内侧表面；靠近内侧环形气体通道的所述环形导流狭缝的出口高度不超过15mm；所述环形导流狭缝进口和出口分别与相邻的外侧和内侧环形气体通道在垂直方向的顶端或底端相连通，其位置位于所述外侧环形气体通道外侧气体进口在垂直方向的另一端。

8.如权利要求2所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述环形气体导入板沿圆周方向均匀排布有若干导入板喷嘴；所述导入板喷嘴的外侧进口，内侧出口和圆周截面形状是矩形、圆形、椭圆形、方形、菱形或梯形；当所述导入板喷嘴进口和出口有相同的形状时，所述导入板喷嘴进口尺寸比出口尺寸小；所述导入板喷嘴圆周截面与导入板喷嘴进口和出口有相同的形状；当导入板喷嘴进口和出口的形状和尺寸不同时，所述导入板喷嘴圆周截面的形状和尺寸由进口到出口沿径向连续变化；所述导入板喷嘴径向截面形状是圆弧形、梯形、半梯形或抛物线形；所述导入板喷嘴内壁为沿气流方向呈流线状的光滑表面，所述导入板喷嘴的进口和出口处通过呈流线状的大直径弧状曲面将导入板喷嘴内壁过渡到所述环形气体导入板的外侧表面和内侧表面；所述导入板喷嘴在所述环形气体导入板上沿圆周方向水平均匀排布，沿垂直方向单排排布或多排排布；所述导入板喷嘴进口与相邻的外侧环形气体通道在垂直方向上的顶端或底端相接通，其位置位于所述外侧环形气体通道外侧气体进口在垂直方向上的另一端。

9.如权利要求2所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述环形气体导入板沿圆周水平方向有一个或若干个贯通所述环形气体导入板的环形导入板狭缝；所述环形导入板狭缝与相邻的外侧环形气体通道在垂直方向上的顶端或底端相接通，其位置位于所述外侧环形气体通道外侧气体进口在垂直方向上的另一端；当所述环形导入板狭缝进口高度和出口高度不同时，所述环形导入板狭缝圆周截面高度由进口到出口沿径向连续变化；所述环形导入板狭缝的径向截面形状呈梯形、半梯形、圆弧形或抛物线形；所述环形导入板狭缝内壁为沿气流方向呈流线状的光滑表面，所述环形导入板狭缝的进口和出口处通过呈流线状的大直径弧状曲面将所述环形导入板狭缝内壁过渡到所述环形气体导入板的外侧表面和内侧表面。

10.如权利要求8或9所述的环形气体导入装置，其特征在于，所述导入板喷嘴或所述的环形导入板狭缝的中心位置高过水平放置的衬底载盘表面，所述导入板喷嘴或所述环形导入板狭缝在径向方向上自外向内的中心线平行于所述衬底载盘表面或与所述衬底载盘表面成小于90°的夹角，使得进入所述反应腔的气体与所述衬底载盘表面平行或与所述衬底载盘表面成小于90°的夹角。

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