CN205067186U - 用于化学气相沉积系统的样品制备高效生长载台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于化学气相沉积系统的样品制备高效生长载台，属于纳米材料制备技术领域，具体涉及到通过高效生长载台来提高具有管式反应腔体的化学气相沉积系统制备样品的效率；本实用新型通过在恒温生长区域增设高效生长载台的方式来提高CVD系统中恒温生长空间的有效利用率，来快速高效制备样品，以最大程度的实现降本减耗；包括CVD系统管式恒温反应腔、生长样品和生长载台，所述生长样品置于生长载台上，所述生长样品和生长载台均置于CVD系统管式恒温反应腔内，所述CVD系统管式恒温反应腔为一个，所述CVD系统管式恒温反应腔内有z层生长载台，一层生长载台上有x*y个生长样品；本实用新型主要应用在化学气相沉积系统方面。

Description

用于化学气相沉积系统的样品制备高效生长载台

技术领域

本实用新型涉及用于化学气相沉积系统的样品制备高效生长载台，属于纳米材料制备技术领域，具体涉及到通过高效生长载台来提高具有管式反应腔体的化学气相沉积系统制备样品的效率。

背景技术

化学气相沉积技术(Chemicalvapordeposition，CVD)是一项近几十年发展起来的制备无机材料的材料制备新技术。CVD是利用气态或蒸气态的前驱物在气相或气固界面上发生反应而生成的固态沉积物质的技术。该技术已经广泛用于制备各种微纳米材料、提纯物质、研制新晶体、沉积各种单晶或多晶薄膜材料等领域，尤其是在制备碳纳米材料方面更是受到格外重视。

CVD生长设备主要分为开管和闭管两种。闭管外延是将源材料、衬底和输运剂一起放入一密闭容器中，然后将容器抽空或充气；而开管系统则是用载气将反应物蒸汽运输到衬底区进行化学反应和外延生长等过程，其中副产物被载气携带而排出系统。另外，根据压强分类，CVD系统设备还可以分为常压CVD和等离子增强CVD等。

随着科技发展和工业生产要求的不断提高，CVD系统工艺和设备得到不断改进，比如启用各种新型热源，充分利用电子束、激光、高频电磁(脉冲、射频、微波等)以及等离子体等辅助方法来降低反应温度，以使其应用范围更加广泛。以上手段都是技术创新的重要途径。

但是，目前在用CVD系统制备样品时，对其反应恒温区的空间利用率还很低，存在一定的资源浪费。因此，寻找更为快捷、高效的加工工艺和设备条件，对快速制备一致性良好的样品甚至小批量样品制备方面，有着尤为重要的意义。

实用新型内容

针对现有的CVD系统反应腔，纳米材料的生长制备只在有限的恒温反应区发生，空间利用率十分有限。随着管腔的增大，可以生长制备的碳纳米管样品面积也随之增大，但与此同时带来的也是更大生长反应空间的浪费，导致样品制备效率低下。因此，本实用新型通过在恒温生长区域增设高效生长载台的方式来提高CVD系统中恒温生长空间的有效利用率，来快速高效制备样品，以最大程度的实现降本减耗。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

用于化学气相沉积系统的样品制备高效生长载台，包括CVD系统管式恒温反应腔、生长样品和生长载台，所述生长样品置于生长载台上，所述生长样品和生长载台均置于CVD系统管式恒温反应腔内，所述CVD系统管式恒温反应腔为一个，所述生长样品为固态，所述CVD系统管式恒温反应腔的内径为a米、长度为b米，所述生长样品的长为c米、宽为d米，所述c米与x的乘积小于a米，所述x为正整数，所述d米与y的乘积不大于b米，所述y为正整数，则一层生长载台上有x*y个生长样品，所述CVD系统管式恒温反应腔内有z层生长载台，所述生长载台与生长样品的厚度之和为h米，则z不大于，所述z为正整数。

所述生长样品为柔性，所述生长载台为环状，所述生长载台的外径小于a米，所述生长载台有j个，所述j不大于a/（2*h），所述j为正整数。

与现有技术相比本实用新型所具有的有益效果为：

目前，在CVD系统制备碳纳米管等微纳米材料过程中，无论恒温反应腔体的空间大小，大多数都是单层利用状态，利用率低。除了样品制备效率低外，再比如碳纳米管的制备过程中，需要加温到700-800℃高温，导致资源浪费严重。因此，为了提高资源利用率，使CVD系统恒温反应空间得到充分利用，高效生长载台的设计制备显得尤为重要。高效生长载台的使用，一方面是样品可以小批量生长制备，另一方面可以为CVD系统反应腔体中反应气体的均匀性分布提供科学依据，使得样品一致性得以研究，为CVD系统设备的改造升级和恒温反应区域的尺寸扩大提供必要准备，为微纳米材料的小规模制备、批量生产提供重要依据。

附图说明

下面通过附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为单层载台置于恒温反应腔体的侧视图；

图2为五层载台置于恒温反应腔体的侧视图；

图3为样品和载台置于恒温反应腔体的俯视图；

图4为九层载台沿开管系统管口方向侧试图；

图5为单层载台样品排布示意图；

图6为四层环状载台沿开管系统管口方向侧试图。

图中：1为CVD系统管式恒温反应腔、2为生长载台。

具体实施方式

下面实施例结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1-图6所示，本实用新型主要是根据样品特性和CVD系统设备特性来设计调整反应腔体恒温区域的空间利用率。首先，考虑CVD系统的恒温反应区域，包括反应区域形状、长度、管径等尺寸特征；其次，根据样品尺寸规格要求，确定放入恒温反应区域的位置，计算单层生长载台上所能放置的样品数量；最后，根据CVD系统恒温反应区域的空间大小，结合样品规格和单层生长载台尺寸规格，设计满足恒温反应区域的最大样品生长载台尺寸规格。该方案可以实现固定CVD系统恒温反应区域一次制备样品的最大数量。

实施例一

测得CVD系统开管式恒温反应腔直径为10厘米（内径），热电偶测得反应区域恒温长度为8厘米，则恒温反应区域总体积628立方厘米。生长样品基材为硅片，所需样品大小为长3厘米，宽2厘米。图5为生长样品在单层生长载台上的排列方式。若样品呈单层排布，则可以实现一次性生长制备8个样品。如图4所示，直径为10厘米，三角形短边长为6厘米，则载台高度可以最大为8厘米，由于硅片厚度约500微米，反应腔体为石英管材质，由于700-800℃温度范围，载台也选取石英材质，考虑到样品基底和载台每层厚度要求，载台可以设为8层，则一次性生长样品数量变为64个样品。样品生长制备效率明显提高。若所需样品尺寸为边长1厘米的方片，单层生长载台可以一次性实现生长48片，而多层载台（按8层计）则可一次性生长样品数量为384个。

对比例

如图6所示，若样品为柔性的，则可制备环状生长载台，实现样品的多层生长，如石英纤维、碳纤维的处理过程，则可以采取缠绕进样的方式，实现连续长纤维的化学气相沉积技术处理。

通过改善样品生长载台的形状和结构特点，使得化学气相沉积系统管腔恒温反应区域的有效利用率呈倍数增加，既提高了样品的生长制备效率，又充分利用了反应空间，节约了资源，为实验室样品的小批量制备提供了保障。

Claims (2)

1.用于化学气相沉积系统的样品制备高效生长载台，其特征在于：包括CVD系统管式恒温反应腔（1）、生长样品和生长载台（2），所述生长样品置于生长载台（2）上，所述生长样品和生长载台（2）均置于CVD系统管式恒温反应腔（1）内，所述CVD系统管式恒温反应腔（1）为一个，所述生长样品为固态，所述CVD系统管式恒温反应腔（1）的内径为a米、长度为b米，所述生长样品的长为c米、宽为d米，所述c米与x的乘积小于a米，所述x为正整数，所述d米与y的乘积不大于b米，所述y为正整数，则一层生长载台（2）上有x*y个生长样品，所述CVD系统管式恒温反应腔（1）内有z层生长载台（2），所述生长载台（2）与生长样品的厚度之和为h米，则z不大于，所述z为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种用于化学气相沉积系统的样品制备高效生长载台，其特征在于：所述生长样品为柔性，所述生长载台（2）为环状，所述生长载台（2）的外径小于a米，所述生长载台有j个，所述j不大于a/（2*h），所述j为正整数。