CN213835530U - 一种固态源瓶 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固态源瓶，包括罐体、内部安装固态源的储样桶、进气管和出气管；所述储样桶的桶身具有多孔过滤结构，安装于所述罐体内部；所述进气管插入所述罐体内底部，所述出气管插入罐体，整个罐体以及进气管和出气管外部均完全包裹加热装置。整个罐体以及进气管和出气管外部均完全包裹加热装置，对固态源及其相连的输运管路进行加热，可以减少固态源的冷凝沉积，解决了固态源蒸气进入输运管路的阻塞问题，通过载气气体进入源瓶，更高效的将固态源输运到待镀膜腔体，可以保持输运管路的清洁，可以提高固态源的利用效率50％以上，极大地节省了生产成本。

Description

一种固态源瓶

技术领域

本实用新型涉及镀膜装置领域，具体涉及一种镀膜用的固态源瓶。

背景技术

粉末材料的表面镀膜或包覆有多种方式，其中最重要的化学气相反应镀膜 (或包覆)的主要方法包括化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)以及分子层沉积(MLD)。化学气相沉积(Chemical vapor deposition)的特征是在气相环境中，通过同时导入多种反应气体，通过反应气体在基体材料表面发生反应，生长形成薄膜包覆材料，这种技术一般使用在薄膜厚度较大，反应速度较高的工艺中。原子层沉积(Atomic layer deposition)或分子层沉积(Molecular Layer Deposition)的特征是在气相环境中，分别导入反应前驱体或气体，并引入气体清洗机制，实现沉积材料以单原子层的形式一层一层生长在基底的表面。近期原子层沉积技术被应用于粉体材料，例如锂电池材料，金属粉末材料，纳米粉体材料以及药剂粉末等材料中。

前驱体是ALD/MLD/CVD等镀膜方式的的反应源，用来生长特定的薄膜材料。一般常见的前驱体如三甲基铝、去离子水等是以液态形式纯在，由于其较高的蒸气压，液体前驱体一般使用鼓泡瓶方式，比较容易的被输运到反应腔室。但是除此之外，还有许多前驱体是以固态或固态粉末形式存在，例如，四(二甲氨基)锆，三甲基铟，叔丁醇锂等，一般称之为固态源，它是一类饱和蒸气压比较低的前驱体物质，而饱和蒸气压越低，前驱体物质就越难输运到反应腔室，因此其利用效率越低。饱和蒸气压与温度成正相关性，现在常用的利用方式一般是通过将固态源装到一个不锈钢管子里，对不锈钢管子进行加热，以提高固态源蒸气压，通过自由扩散的方式进入到反应腔室，这种方式的缺点是1需要较高的加热温度，才能达到进入腔体所需的压力；2由于该蒸气温度较高，在输运过程中，遇到输运管路的低温区，容易冷凝成固体状态，进而会阻塞管路，影响设备的正常运行，3有些固态源加热温度太高会影响其本身特性，因此加热范围有限，因而限制其大量的应用。另外也有文献显示通过鼓泡瓶结构形式利用固态源，传统的鼓泡瓶方式无法使其稳定的进入到反应器中，通常需要对源瓶进行特殊设计。例如申请号为CN201811058058.6的专利申请，公开了一种内部带有通孔的匀流结构的固态源瓶，匀流部件在源瓶内部沿着竖直方向依次排列，分隔成从下至上依次排列的多个子空间，以提高低蒸气压力前驱体的蒸气的稳定性，但在内部增加多个匀流部件的的设计较为复杂，加工难度较大。专利申请号为CN201110260637.0的专利申请公开了一种串联使用固态源瓶的方法，利用源瓶串联方法提高固态源输运效率，但会使整个固态源系统体积增大，而且额外的增加了设备成本。专利申请号为CN201710271043.7的专利申请公开了一种用于CVD固态源的挥发装置，以期实现源的稳定输出以及方便填装，其未对进出气管进行加热，由于固态源粉末比重较轻，流动的载气进入源瓶后，在携载前驱体蒸气的同时会携带部分源粉末进入气体输运管道，造成管道污染以及源的浪费。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是目前的固态源利用技术存在的加热不均匀，固态源易在管路中凝结的问题，鉴于此，本方案提供了一种新型的固态源利用装置。

本实用新型提出一种固态源瓶，包括罐体、内部安装固态源的储样桶、进气管和出气管；所述储样桶的桶身具有多孔过滤结构，安装于所述罐体内部；所述进气管插入所述罐体内底部，所述出气管插入罐体，进气管中通入惰性气体，来带出固态源蒸气。整个罐体以及进气管和出气管外部均完全包裹加热装置，对固态源及其相连的输运管路进行加热，可以减少固态源的冷凝沉积，解决了固态源蒸气进入输运管路的阻塞问题，通过载气气体进入源瓶，更高效的将固态源输运到待镀膜腔体，可以保持输运管路的清洁，可以提高固态源的利用效率50％以上，极大地节省了生产成本。

作为固态源瓶的进一步改进，所述进气管上设置进气阀门，所述加热装置包裹所述进气阀门，所述出气管上设置出气阀门，所述加热装置包裹所述出气阀门。

作为固态源瓶的进一步改进，所述加热装置包括玻璃纤维保温材料和安装于玻璃纤维保温材料内的加热线圈，加热线圈连接于PID控温器。所述加热装置还可以是硅胶柔性加热器，以硅胶为保温材料，加热器按照固态源瓶的外型进行完全贴合，以利于温度均匀分布。所述加热装置还可以是电阻丝加热炉体，所述电阻丝加热炉体将固态源瓶完全包裹。所述加热装置的加热形式还可以使用红外加热的形式，可以加热至500℃以上，以利于固态源升华为气态，从出气管流通至待镀膜的粉体材料中。

作为固态源瓶的进一步改进，所述储样桶内装有不锈钢填料或陶瓷填料。加热时，填料能使得固态源快速升温，使固态源内部受热均匀，有利于固态源的受热升华。

作为固态源瓶的进一步改进，所述多孔过滤结构为304或316L不锈钢多孔过滤网，不锈钢耐高温，结构稳定，能防止固态源以固体形式泄漏。

作为固态源瓶的进一步改进，所述多孔过滤结构为特氟龙过滤膜。

作为固态源瓶的进一步改进，所述多孔过滤结构的过滤孔径为1-1000μm，既可以防止固态源的泄漏，又可以保证固态源的蒸气稳定的释放出来。进一步的，储样桶还包括设置于桶身上的桶盖，打开桶盖，可填装固态源。

作为固态源瓶的进一步改进，所述罐体由上封头、下封头以及罐身组成，上封头、下封头与罐身通过焊接或者螺丝连接。更进一步改进的，所述上封头中设置过滤片，所述过滤片的过滤孔径为1-1000μm，所述进气管连接于所述过滤片，所述罐体通过所述过滤片与所述出气管相通。

作为固态源瓶的进一步改进，所述进气管和出气管均为不锈钢材质。

本实用新型的固态源瓶在镀膜过程中，提供镀膜所需的固态源蒸气，通过在整个罐体以及进气管和出气管外部均完全包裹加热装置，使固态源的温度能升高到较高的温度，进气管插入所述罐体内底部，便于带出固态源蒸气，且固态源的蒸气不易在管路中凝结，提高了固态源的利用效率。

附图说明

图1为本实用新型的一种固态源瓶结构示意图。

附图标记：出气阀门1，出气管2，过滤片3，桶盖4，填料5，进气阀门6，进气管7，竖直管8，罐身9，下封头10，上封头11，桶身12，加热装置13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细介绍。

如图1所示，为本实用新型的一种固态源瓶结构示意图，该固态源瓶包括罐体、内部安装固态源的储样桶、进气管7和出气管2。储样桶安装于罐体的内底部。

罐体由上封头11、下封头10以及罐身9组成，上封头11、下封头10与罐身9通过法兰螺丝连接。上封头11中设置圆形的过滤片3，过滤片3的过滤孔径为1-1000μm，材质为316L不锈钢。过滤片3的厚度为0.1-5mm，可以阻止固态的固态源通过。

罐体、进气管7和出气管2均为不锈钢材质。进气管7从上封头11插入至罐体内底部，出气管插入罐体上封头11，连接于过滤片3，罐体内的气体通过过滤片3通入出气管2中。进气管7和出气管2均通过焊接形式与上封头11连接。在罐体外，进气管7上设置进气阀门6。出气管上设置出气阀门1。其中，进气管7从上封头11插入至罐体内部的一段为竖直管8。竖直管8可以延伸至罐底的下封头10，也可以不延伸至罐底或者不存在。在进气管7中通入惰性气体，例如氦气，至罐体内，惰性气体作为载气用于带出固态源蒸气。

储样桶大致为圆柱型，由桶身12、桶盖4和填料5组成。桶盖4通过螺纹连接于桶身12，桶盖4为不锈钢材料。填料5的材质为玻璃、陶瓷或不锈钢，形状大致为螺旋状或球装。在填装固态源过程，只需将储样桶取出，打开桶盖4，将固态源装入桶身12内，桶身12内部的填料5分散在固态源中，加热时，填料5能使得固态源快速升温，使固态源内部受热均匀，有利于固态源的受热升华。其中，桶身12具有多孔过滤结构，该多孔过滤结构为304或316L不锈钢多孔过滤网，因不锈钢耐高温，结构稳定，故能防止固态源以固体形式泄漏。多孔过滤结构的过滤孔径设置为1-1000μm，既可以防止固态源以固态形式泄漏，又可以保证固态源的蒸气能稳定的释放出来。在其他实施方式中，多孔过滤结构还可以设置为特氟龙过滤膜。储样桶的外形可以设计为与常规的鼓泡瓶装置外形结构尺寸一致，可以减少设计成本以及相配套组件的加工成本。

整个罐体以及进气管7和出气管2的外部均完全包裹加热装置13，以对内部的固态源及其相连的输运管路进行加热。加热装置13包括玻璃纤维保温材料和安装于玻璃纤维保温材料内的加热线圈，加热线圈连接于PID控温器以进行自动控温。其中，保温材料还可以是硅胶，加热形式还可以使用红外加热的形式，可以加热至500℃以上，以利于固态源升华为气态，从出气管2流通至待镀膜的粉体材料中。

该固态源瓶的工作原理是，通过加热装置13对固态源瓶进行整体加热，在加热状态下，储样桶内部的固态源升华出一部分固态源蒸气，从储样桶的桶身 12释放出来，此过程中，惰性气体从进气管7通入到罐体底部，带出一部分固态源蒸气，底部气体再上升扩散至过滤片3，并进入出气管2，从出气管2排出，然后经过系统管路进入到镀膜反应腔体。固态源瓶全身包裹的加热装置13可以减少固态源蒸气在管路中的冷凝沉积，解决了固态源蒸气进入输运管路的阻塞问题，通过载气气体进入固态源瓶，更高效的将固态源输运到待镀膜腔体，可以保持输运管路的清洁，可以提高固态源的利用效率50％以上，极大地节省了生产成本。

Claims (10)

1.一种固态源瓶，其特征在于：包括罐体、内部安装固态源的储样桶、进气管和出气管；所述储样桶的桶身具有多孔过滤结构，安装于所述罐体内部；所述进气管插入所述罐体内底部，所述出气管插入罐体，整个罐体以及进气管和出气管外部均完全包裹加热装置。

2.根据权利要求1所述的固态源瓶，其特征在于：所述进气管上设置进气阀门，所述加热装置包裹所述进气阀门，所述出气管上设置出气阀门，所述加热装置包裹所述出气阀门。

3.根据权利要求1所述的固态源瓶，其特征在于：所述加热装置包括玻璃纤维保温材料和安装于玻璃纤维保温材料内的加热线圈，加热线圈连接于PID控温器。

4.根据权利要求1所述的固态源瓶，其特征在于：所述加热装置是硅胶柔性加热器，加热器按照固态源瓶的外型进行完全贴合。

5.根据权利要求1所述的固态源瓶，其特征在于：所述加热装置是电阻丝加热炉体，所述电阻丝加热炉体将固态源瓶完全包裹。

6.根据权利要求1所述的固态源瓶，其特征在于：所述储样桶内装有不锈钢填料或陶瓷填料。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的固态源瓶，其特征在于：所述多孔过滤结构为304不锈钢多孔过滤网、316L不锈钢多孔过滤网或者特氟龙过滤膜，所述多孔过滤结构的过滤孔径为1-1000μm。

8.根据权利要求1～6任意一项所述的固态源瓶，其特征在于：所述罐体由上封头、下封头以及罐身组成，上封头、下封头与罐身通过焊接或者螺丝连接。

9.根据权利要求8所述的固态源瓶，其特征在于：所述上封头中设置过滤片，所述过滤片的过滤孔径为1-1000μm，所述进气管连接于所述过滤片，所述罐体通过所述过滤片与所述出气管相通。

10.根据权利要求1～6任意一项所述的固态源瓶，其特征在于：所述进气管和出气管均为不锈钢材质。

Images