CN207294886U - 管式炉及化学气相沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管式炉及化学气相沉积装置，涉及化学气相沉积装置技术领域，管式炉包括石英管、用于盛有液相碳源的洗气瓶、流量控制器、加热装置以及用于输送保护气体的输送装置；洗气瓶与石英管相互连通，输送装置与石英管相互连通，流量控制器设置在洗气瓶与石英管之间，加热装置能够加热洗气瓶使液相碳源气化，气体状态的气相碳源能够进入石英管并与内部硅和硅氧化物的混合物表面进行气相沉积反应。缓解了现有技术中通过管式炉进行气相沉积时生产的硅碳材料性能不稳定的技术问题。

Description

管式炉及化学气相沉积装置

技术领域

本实用新型涉及化学气相沉积装置技术领域，具体而言，涉及一种管式炉及化学气相沉积装置。

背景技术

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。不同于机械剥离法的繁琐，化学气相沉积法是指把反应物在气态条件下及反应所需其它气体(多为保护气)引入反应室，在基底表面发生化学反应并沉积在固体基底表面上，进而制得固体材料的工艺技术。

硅碳材料的制备过程中，会使用到管式炉进行气相沉积，具体的，在石英管内放置硅、一氧化硅和二氧化硅的混合物，通过在石英管内通入气相碳源和作为保护气的氩气，在一定的温度下，气相碳源在石英管内的混合物表面发生化学反应并沉积在混合物表面，最终形成用于制作电池负极的硅碳材料。

然而在硅碳材料制作过程中，直接采用常温下为气态的气相碳源如烃类、炔类会造成空气污染，为了避免该情况，现有技术中还有通过在石英管内直接放置常温为固体的无污染碳源，石英管内的反应温度使其气化进而在硅混合物表面发生反应，然而该方式产生的气相碳源流量不稳定且不好把控，容易导致沉积的硅碳材料的碳排列方式较差，导致制备的电池性能不好，同样不能满足使用者的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种管式炉及化学气相沉积装置，以缓解现有技术中通过管式炉进行气相沉积时生产的硅碳材料性能不稳定的技术问题。

本实用新型提供一种管式炉包括石英管、用于盛有无污染液相碳源的洗气瓶、流量控制器、加热装置以及用于输送保护气体的输送装置；

所述洗气瓶与所述石英管相互连通，所述输送装置与所述石英管相互连通，所述流量控制器设置在所述洗气瓶与所述石英管之间，所述加热装置能够加热所述洗气瓶使所述液相碳源气化，气体状态的气相碳源能够进入所述石英管并与内部硅和硅氧化物的混合物表面进行气相沉积反应。

进一步的；所述加热装置包括加热容器，所述加热容器内盛有用于导热的液体介质，所述洗气瓶位于所述液体介质内，所述液体介质的沸点大于所述液相碳源的沸点。

进一步的；还包括温度传感器，所述温度传感器位于所述加热容器内部，所述液体介质完全包裹所述温度传感器的检测部。

进一步的；还包括合流阀和碳源管路，所述碳源管路分别连通所述洗气瓶和所述合流阀的进口；

所述保护气体为氩气，所述输送装置为氩气管路，所述氩气管路分别连通氩气罐和所述合流阀的另一进口，所述合流阀的出口与所述石英管的进口相连通。

进一步的；所述流量控制器包括流量计和流量调节阀，所述流量计和所述流量调节阀沿气相碳源的流动方向依次设置在所述碳源管路上。

进一步的；所述碳源管路上包裹有隔热棉。

进一步的；所述石英管的出口连通有空气过滤器，所述空气过滤器内设有中和介质，所述中和介质能够与所述石英管内产生的有害气体发生化学反应并生成无害物质。

进一步的；所述液相碳源为乙醇，所述液体介质为水。

进一步的；所述石英管内的反应温度为900℃。

本实用新型还提供一种化学气相沉积装置，包括如上述所述的管式炉。

相对于现有技术，本实用新型提供的管式炉及化学气相沉积装置的有益效果如下：

本实用新型提供的管式炉，包括石英管、洗气瓶、流量控制器、加热装置以及用于输送保护气体的输送管路，其中，石英管作为反应场所，内部放置由硅、一氧化硅和二氧化硅组成的混合物；洗气瓶内盛有常温下为液态的安全无污染的液态碳源，洗气瓶只设有一个出口且该出口与流量控制器连通，流量控制器另一端与石英管的进口相连通；输送管路一端同样与石英管的进口相连通，另一端则与保护气体储存罐连通，在进行气相沉积制作硅碳材料时，首先通过加热装置对洗气瓶进行加热，内部的液相碳源受热挥发生成气相碳源，洗气瓶内压力增加，气相碳源能够自动流向石英管内，此时保护气体同样进入石英管，控制石英管内温度达到反应温度，气相碳源在混合物表面发生反应并沉积在表面，形成硅碳材料。

在上述过程中，使用液相碳源对空气和人体安全无污染，且相对于固体碳源来说，无需加热过高的温度即可挥发为气相碳源，节约能源且产生气相碳源效率高；此外，流量控制器能够控制气相碳源单位时间的流量，使单位时间通过石英管内的气相碳源的量相同，保证产生的硅碳材料中碳的排列方式整齐有序，保证了硅碳材料的优良性能。

最后，本实用新型提供的管式炉还具有结构简单，使用方便的特点，且可以在现有的管式炉结构基础上直接加装，满足使用者的需求。

本实用新型提供的化学气相沉积装置的技术优势与上述所述管式炉的技术优势相同，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的管式炉的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的管式炉的另一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的管式炉中氩气罐的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的管式炉中碳源管路和隔热棉的剖视结构示意图。

图标：1－石英管；2－洗气瓶；3－流量计；4－流量调节阀；5－碳源管路；6－氩气管路；7－合流阀；8－加热容器；9－温度传感器；10－质量流量计；11－空气过滤器；12－隔热棉；13－氩气罐。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的管式炉的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的管式炉的另一种结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的管式炉中氩气罐的结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的管式炉中碳源管路和隔热棉的剖视结构示意图。

实施例一

如图1－图3所示，本实用新型提供一种管式炉，包括石英管1、用于盛有液相碳源的洗气瓶2、流量控制器、加热装置以及用于输送保护气体的输送装置；洗气瓶2与石英管1相互连通，输送装置与石英管1相互连通，流量控制器设置在洗气瓶2与石英管1之间，加热装置能够加热洗气瓶2使液相碳源气化，气体状态的气相碳源能够进入石英管1并与内部硅和硅氧化物的混合物表面进行气相沉积反应。

本实用新型实施例提供的管式炉，包括石英管1、洗气瓶2、流量控制器、加热装置以及用于输送保护气体的输送管路，其中，石英管1作为反应场所，内部放置由硅、一氧化硅和二氧化硅组成的混合物；洗气瓶2内盛有常温下为液态的安全无污染的液态碳源，洗气瓶2只设有一个出口且该出口与流量控制器连通，流量控制器另一端与石英管1的进口相连通；输送管路一端同样与石英管1的进口相连通，另一端则与保护气体储存罐连通，在进行气相沉积制作硅碳材料时，首先通过加热装置对洗气瓶2进行加热，内部的液相碳源受热挥发生成气相碳源，洗气瓶2内压力增加，气相碳源能够自动流向石英管1内，此时保护气体同样进入石英管1，控制石英管1内温度达到反应温度，气相碳源在混合物表面发生反应并沉积在表面，形成硅碳材料。

在上述过程中，使用液相碳源对空气和人体安全无污染，且相对于固体碳源来说，无需加热过高的温度即可挥发为气相碳源，节约能源且产生气相碳源效率高；此外，流量控制器能够控制气相碳源单位时间的流量，使单位时间通过石英管1内的气相碳源的量相同，保证产生的硅碳材料中碳的排列方式整齐有序，保证了硅碳材料的优良性能。

最后，本实用新型实施例提供的管式炉还具有结构简单，使用方便的特点，且可以在现有的管式炉结构基础上直接加装，满足使用者的需求。

值得注意的，本实施例中，洗气瓶2优选选用圆柱体形或多棱柱体形，使内部容纳腔在不同高度的横截面面积相同，同时设置工作时液相碳源时刻漫过洗气瓶2的瓶底，此时，液相碳源受热时的挥发速率不会因为液相碳源在洗气瓶2内的多少有太大的改变，便于对挥发的气相碳源流量的控制。

具体的，本实施例对管式炉的具体结构做以下具体描述。

首先，本实施例中，加热装置包括加热容器8，加热容器8内盛有用于导热的液体介质，洗气瓶2位于液体介质内，液体介质的沸点大于液相碳源的沸点。

具体的，加热容器8可以内设加热丝通过电能驱动，也可以通过明火对加热容器8的底部加热，洗气瓶2可以全部或部分没入液体介质内，只需保证液体介质相对于地面的高度高于液相碳源相对于地面的高度，通过液体介质给洗气瓶2加热，方便对洗气瓶2的均匀快速加热的同时，还可以很好的把握对液相碳源温度的控制。

相应的，本实施例还包括温度传感器9，温度传感器9位于加热容器8内部，液体介质完全包裹温度传感器9的检测部。

易知，在稳定状态且液体介质的温度不超过液相碳源的沸点时，两者的温度会趋于相同，通过温度传感器9检测液体介质的温度可以准确得知液相碳源的温度，液相碳源的温度越高，其挥发速率越快，单位时间产生的气相碳源的量越多，根据试验可知石英管1处硅混合物的量的多少与气相碳源的流量多少之间的比例关系，而通过试验也易得出气相碳源的单位时间产生的流量的多少与液相碳源温度之间的关系，因此，在制造硅碳材料时，可以根据石英管1内放置硅混合物的量的多少，通过温度传感器9精确控制液相碳源的温度，保证反应比例之间的准确性，进一步保证生产的硅碳材料性能的稳定。

进一步的；如图3所示，本实施例还包括合流阀7和碳源管路5，碳源管路5分别连通洗气瓶2和合流阀7的进口；保护气体为氩气，输送装置为氩气管路6，氩气管路6分别连通氩气罐13和合流阀7的另一进口，合流阀7的出口与石英管1的进口相连通。

具体的，通过设置合流阀7，使气相碳源和作为保护气的氩气在进入石英管1之前先一步混合均匀，保证反应的稳定，而设置碳源管路5方便了流量调节阀4的安装，也避免了合流阀7的进口与洗气瓶2开口不易直接安装连通的问题。

氩气作为一种惰性气体，常用于作为保护气体，除此之外，本实施例还可以采用氮气作为保护气体，在制作硅碳材料的反应中能和氩气起到相同的效果。

进一步的；如图1所示，本实施例设置流量控制器包括流量计3和流量调节阀4，流量计3和流量调节阀4沿气相碳源的流动方向依次设置在碳源管路5上。

具体的，当进行气相沉积反应时，液相碳源加热气化产生的气相碳源需要略大于单位时间内流入石英管1的气相碳源的流量，流量计3能够统计液相碳源单位时间内加热产生的气相碳源的流量，流量调节阀4能够控制气相碳源实际进入石英管1内的流量，此时，需要时刻保证流量计3的数值大于流量调节阀4的数值。

同时还可以相应的改变对液相碳源的加热温度，使流量计3的数值只略大于流量调节阀4的数值，以节约加热能源，此时，可以通过温度传感器9记录温度与加热产生流量的对应关系，不需要在后续的生产中再次调试。

值得注意的，上述提到的流量计3只能检测流量而不能调节流量，如图2所示，本实施例还可以采用质量流量计10代替流量计3和流量调节阀4，质量流量计10在能检测流量的同时还可以调节流量。

进一步的；为了保证气相碳源不会在流向石英管1的过程中液化而影响气相沉积反应，如图4所示，本实施例还在碳源管路5上包裹有隔热棉12，避免了碳源管路5内热量的散失，使碳源管路5内壁的温度大于或等于气相碳源的温度。

或者，还可以设置碳源管路5本体为隔热材料制成。

进一步的；本实施例在石英管1的出口连通有空气过滤器11，空气过滤器11内设有中和介质，中和介质能够与石英管1内产生的有害气体发生化学反应并生成无害物质，以防止污染空气和对人体造成危害。

进一步的；本实施例设置液相碳源为乙醇，液体介质为水。

乙醇无毒且价格便宜，同时其沸点为78℃，加热易挥发，此时可以采用水作为液体介质，方便易得且能够满足将乙醇加热到沸点的需求。

或者，还可以选用甲苯作为液相碳源，同样满足使用需求。

进一步的；当采用乙醇作为液相碳源时，同时试验得出，当石英管1内的反应温度为900℃时，气体的乙醇能够在硅混合物表面发生气相沉积反应，形成稳定的硅碳材料。

实施例二

本实用新型实施例提供一种化学气相沉积装置，包括如上述所述的管式炉。

当采用化学气相沉积方法生产特定产品时，当反应气体常温下选择少且对空气和人体易产生危害时，还可以同样将反应气体用同源的常温下为液态的材料代替，此时，可选择性增加的同时，避免了反应气体对人体和空气的危害，还可以采用上述管式炉来生产，适用性强。

此外，本实用新型实施例提供的化学气相沉积装置的其他技术优势与上述管式炉的技术优势相同，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种管式炉，其特征在于，包括石英管、用于盛有无污染液相碳源的洗气瓶、流量控制器、加热装置以及用于输送保护气体的输送装置；

所述洗气瓶与所述石英管相互连通，所述输送装置与所述石英管相互连通，所述流量控制器设置在所述洗气瓶与所述石英管之间，所述加热装置能够加热所述洗气瓶使所述液相碳源气化，气体状态的气相碳源能够进入所述石英管并与内部硅和硅氧化物组成的混合物表面进行气相沉积反应。

2.根据权利要求1所述的管式炉，其特征在于，所述加热装置包括加热容器，所述加热容器内盛有用于导热的液体介质，所述洗气瓶位于所述液体介质内，所述液体介质的沸点大于所述液相碳源的沸点。

3.根据权利要求2所述的管式炉，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器位于所述加热容器内部，所述液体介质完全包裹所述温度传感器的检测部。

4.根据权利要求1所述的管式炉，其特征在于，还包括合流阀和碳源管路，所述碳源管路分别连通所述洗气瓶和所述合流阀的进口；

所述保护气体为氩气，所述输送装置为氩气管路，所述氩气管路分别连通氩气罐和所述合流阀的另一进口，所述合流阀的出口与所述石英管的进口相连通。

5.根据权利要求4所述的管式炉，其特征在于，所述流量控制器包括流量计和流量调节阀，所述流量计和所述流量调节阀沿气相碳源的流动方向依次设置在所述碳源管路上。

6.根据权利要求5所述的管式炉，其特征在于，所述碳源管路上包裹有隔热棉。

7.根据权利要求1所述的管式炉，其特征在于，所述石英管的出口连通有空气过滤器，所述空气过滤器内设有中和介质，所述中和介质能够与所述石英管内产生的有害气体发生化学反应并生成无害物质。

8.根据权利要求2所述的管式炉，其特征在于，所述液相碳源为乙醇，所述液体介质为水。

9.根据权利要求8所述的管式炉，其特征在于，所述石英管内的反应温度为900℃。

10.一种化学气相沉积装置，其特征在于，包括如权利要求1－9中任一项所述的管式炉。