CN213925008U - 一种氮化硼气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种氮化硼气相沉积设备，包括壳体，以及相互独立的第一导气管和第二导气管，所述第一导气管和所述第二导气管均与所述壳体的内腔相通；所述第一导气管用于传输BCl₃气体，所述第二导气管用于传输NH₃气体，所述第一导气管的外壁缠绕有加热带。该设备设计合理，能够有效维持氮化硼沉积过程中反应气体输送的稳定性，确保工件表面氮化硼的沉积质量，使工件的气相沉积生产工艺过程更加稳定可靠。

Description

一种氮化硼气相沉积设备

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种氮化硼气相沉积设备。

背景技术

化学气相沉积技术是应用气态物质在固体表面发生化学反应并产生固态沉积物的一种工艺，它大致包含三步：(1)形成挥发性物质；(2)把上述物质转移至沉积区域；(3)在固体上产生化学反应并产生固态物质。

氮化硼具有较好的抗氧化性、抗热震性和化学稳定性，并且具有与石墨相似的六方片层结构，以其为涂层材料，能极大改善复合材料的热稳定性和力学性能，因此被广泛地应用在电子设备、微波器件、透波材料、摩擦材料和航空航天领域。化学气相沉积法是目前国内外制备氮化硼涂层最常用的方法，但实际操作过程中，由于氮化硼所使用气体的特殊性和现有气相沉积设备结构的局限性，导致工件表面氮化硼的沉积质量不稳定，极大的影响了工件的处理质量。

因此，如何提供一种设计合理，沉积过程稳定，工件表面处理质量好的氮化硼气相沉积设备，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种氮化硼气相沉积设备，该设备设计合理，能够有效维持氮化硼沉积过程中反应气体输送的稳定性，确保工件表面氮化硼的沉积质量，使工件的气相沉积生产工艺过程更加稳定可靠。

本实用新型的技术方案如下：

一种氮化硼气相沉积设备，包括壳体，以及相互独立的第一导气管和第二导气管，所述第一导气管和所述第二导气管均与所述壳体的内腔相通；所述第一导气管用于传输BCl₃气体，所述第二导气管用于传输NH₃气体，所述第一导气管的外壁缠绕有加热带。

优选的，所述第一导气管的一端与所述壳体的内腔相通，另一端与储气罐相通，所述储气罐用于提供所述BCl₃气体；所述储气罐与所述第一导气管之间设有气液分离机构。

优选的，所述第一导气管位于所述壳体内部的管段与所述第二导气管位于所述壳体内部的管段同心设置。

其中，所述第一导气管位于所述壳体内部的管段套设在所述第二导气管的外部；或者，所述第二导气管位于所述壳体内部的管段套设在所述第一导气管的外部。

优选的，所述壳体的外部设有真空泵，所述真空泵与所述壳体的内腔相连通，所述真空泵与所述壳体之间设有调压阀。

优选的，所述壳体上连接有压力传感器。

优选的，所述第一导气管上设置有混合罐，所述混合罐上连接有用于辅助气体输送的第三导气管和用于惰性气体输送的第四导气管。

优选的，所述第一导气管，所述第二导气管，所述第三导气管，以及所述第四导气管上均连接有流量控制器。

优选的，所述第一导气管上设有温度控制机构，所述温度控制机构包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述第一导气管内的气流温度。

优选的，所述加热带为玻璃纤维加热带。

优选的，所述壳体的内部设有用于承载工件的转盘，所述转盘为中空结构，所述转盘的顶部设有蜂窝型透气孔，所述第一导气管和所述第二导气管均与所述转盘的内部相通。

本实用新型提供一种氮化硼气相沉积设备，包括壳体，以及相互独立的第一导气管和第二导气管，第一导气管和第二导气管均与壳体的内腔相通。其中，第一导气管用于传输BCl₃气体，第二导气管用于传输NH₃气体。由于用来制备氮化硼涂层的工艺气体BCl₃和NH₃在低温环境下接触就会发生反应，因此，本实用新型通过第一导气管和第二导气管分别对BCl₃和NH₃进行输送，将BCl₃和NH₃分开通入壳体内腔的高温区，在高温区进行反应后再在工件表面发生沉积。这样的设置方式，不仅提高了气体的有效利用率，还能防止气体在未进入壳体内腔前就相互接触发生反应造成管道堵塞。此外，由于BCl₃气体在常压下的沸点为12.5℃，为了防止BCl₃气体在传输过程中发生液化，保证BCl₃气体的恒定供给，本方案在第一导气管的外壁缠绕有加热带。通过加热带对第一导气管进行加热，保证第一导气管在传输过程中温度始终维持在BCl₃气体的沸点以上，避免BCl₃气体未汽化完全即进入壳体的内腔。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本实用新型所述的氮化硼气相沉积设备结构示意图；

附图中的标号说明：1-壳体，11-压力传感器，12-转盘，2-第一导气管，21-加热带，22-储气罐，23-气液分离机构，24-混合罐，3-第二导气管，4-真空泵，41-调压阀，5-第三导气管，6-第四导气管，7-流量控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示方位或者位置关系，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组件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。

请如图1所示，本实用新型提供一种氮化硼气相沉积设备，包括壳体1，以及相互独立的第一导气管2和第二导气管3，第一导气管2和第二导气管3均与壳体1的内腔相通；第一导气管2用于传输BCl₃气体，第二导气管3用于传输NH₃气体，第一导气管2的外壁缠绕有加热带21。

本实用新型提供一种氮化硼气相沉积设备，包括壳体1，以及相互独立的第一导气管2和第二导气管3，第一导气管2和第二导气管3均与壳体1的内腔相通。其中，第一导气管2用于传输BCl₃气体，第二导气管3用于传输NH₃气体。由于用来制备氮化硼涂层的工艺气体BCl₃和NH₃在低温环境下接触就会发生反应，因此，本实用新型通过第一导气管2和第二导气管3分别对BCl₃和NH₃进行输送，将BCl₃和NH₃分开通入壳体1内腔的高温区，在高温区进行反应后再在工件表面发生沉积。这样的设置方式，不仅提高了气体的有效利用率，还能防止气体在未进入壳体1内腔前就相互接触发生反应造成管道堵塞。此外，由于BCl₃气体在常压下的沸点为12.5℃，为了防止BCl₃气体在传输过程中发生液化，保证BCl₃气体的恒定供给，本方案在第一导气管2的外壁缠绕有加热带21。通过加热带21对第一导气管2进行加热，保证第一导气管2在传输过程中温度始终维持在BCl₃气体的沸点以上，避免BCl₃气体未汽化完全即进入壳体1的内腔。

优选的，第一导气管2的一端与壳体1的内腔相通，另一端与储气罐22相通，储气罐22用于提供BCl₃气体。为了避免储气罐22内压力过高而导致BCl₃气体汽化不充分，本方案在储气罐22与第一导气管2之间设有气液分离机构23，储存在储气罐22内的BCl₃气体先经过气液分离机构23再进入第一导气管2内，如此，未汽化完全的BCl₃液体会留在气液分离机构23的底部，从而避免BCl₃液体进入壳体1内腔的高温反应区，确保反应的稳定进行。

具体的，气液分离机构23可以为气液分离器。

优选的，第一导气管2位于壳体1内部的管段与第二导气管3位于壳体1内部的管段同心设置。

本方案通过同心的夹层管道将BCl₃气体和NH₃气体分开通入壳体1内腔的高温区，可以减少壳体1上管道通入口的设置，简化设备结构和加工工序。同时，可以提高气体的有效利用率，防止气体提前反应堵塞管道。

具体的，第一导气管2位于壳体1内部的管段套设在第二导气管3的外部；或者，第二导气管3位于壳体1内部的管段套设在第一导气管2的外部。实际操作中，若工件气相沉积所需的反应气体不止上述两种，那么还可以根据实际情况多设置几根导气管。因此，本实用新型不仅仅局限于设置两根导气管。

优选的，壳体1的外部设有真空泵4，真空泵4与壳体1的内腔相连通，真空泵4与壳体1之间设有调压阀41。

具体的，真空泵4用于壳体1内腔气压的调节。实际操作中，本实用新型实用新型提供的氮化硼气相沉积设备的生产工艺一般要求在一定的负压下进行，本设备通过配置真空泵4维持负压，同时在真空泵4前设置调压阀41，如此，可以根据设备内的实际压力值调节调压阀41的阀门开度，使设备内的压力处于恒定状态，使工件的气相沉积生产工艺过程更加稳定可靠。

具体的，调压阀41可以是电动调节球阀。

优选的，为进一步方便壳体1内腔的压力监测，壳体1上连接有压力传感器11。

优选的，第一导气管2上设置有混合罐24，混合罐24上连接有用于辅助气体输送的第三导气管5和用于惰性气体输送的第四导气管6。

具体的，氮化硼沉积所需工艺气体分别有Ar、H₂，Bcl₃和NH₃，Ar、H₂和Bcl₃进入混合罐24充分混合后再进入设备。

实际操作中，当工件表面需要进行氮化硼沉积时，第一导气管2将氮化硼沉积所需的反应气体Bcl₃传输至混合罐24，第三导气管5将氮化硼沉积所需的辅助气体H₂传输至混合罐24，第四导气管6将氮化硼沉积所需的惰性气体Ar传输至混合罐24，Ar、H₂和Bcl₃先统一在低温的混合罐24内部进行混合，混合后的气体再通过第一导气管2传输至壳体1内腔，同时，第二导气管3将氮化硼沉积所需的另一种反应气体NH₃传输至壳体1内腔，最后Bcl₃和NH₃会在高温的壳体1内腔反应形成氮化硼而沉积在工件表面。

优选的，第一导气管2，第二导气管3，第三导气管5，以及第四导气管6上均连接有流量控制器7。

本实用新型中，为进一步方便气流传输时的流量控制，优选地，在第一导气管2，第二导气管3，第三导气管5，以及第四导气管6上均连接有流量控制器7。如此，气相沉积所需的所有的工艺进气都通过流量控制器7对流量进行精密控制，从而使工艺气体的进气参数更加稳定可控。

优选的，第一导气管2上设有温度控制机构，温度控制机构包括温度传感器，温度传感器用于检测第一导气管2内的气流温度。温度控制机构根据温度传感器检测到的气流温度实时调节加热带21的加热温度。

作为优选，可以在储气罐22的外壁缠绕加热带21，将储气罐22的温度恒定控制在Bcl₃气体的沸点以上。

优选的，加热带21为玻璃纤维加热带。

优选的，壳体1的内部设有用于承载工件的转盘12，转盘12为中空结构，转盘12的顶部设有蜂窝型透气孔，第一导气管2和第二导气管3均与转盘12的内部相通。

蜂窝型透气孔由一系列大小相等的正六边形组成，正六角形的形状结构，密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大，这些正六边形可无缝覆盖二维平面，可以分散承担来自各方的外力，使得蜂窝结构对挤压力的抵抗，比任何圆形或正方形要高得多。另外，采用蜂窝型透气孔结构，反应气体能够快速的通过透气孔散发，更加符合空气对流原理，有效的提高了反应气体与工件的接触效率。

综上所述，因为氮化硼沉积所使用气体的特殊性，氮化硼沉积的进气恒定控制以及设备的恒压控制成为了决定氮化硼沉积质量的关键。

本实用新型通过特殊的结构设计实现了氮化硼沉积过程的恒压恒流控制，使制备高性能的氮化硼沉积产品得以实现。

本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种氮化硼气相沉积设备，其特征在于，包括壳体，以及相互独立的第一导气管和第二导气管，所述第一导气管和所述第二导气管均与所述壳体的内腔相通；

所述第一导气管用于传输BCl ₃气体，

所述第二导气管用于传输NH₃气体，

所述第一导气管的外壁缠绕有加热带。

2.根据权利要求1所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述第一导气管的一端与所述壳体的内腔相通，另一端与储气罐相通，所述储气罐用于提供所述BCl ₃气体；

所述储气罐与所述第一导气管之间设有气液分离机构。

3.根据权利要求1所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述第一导气管位于所述壳体内部的管段与所述第二导气管位于所述壳体内部的管段同心设置。

4.根据权利要求1所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述壳体的外部设有真空泵，所述真空泵与所述壳体的内腔相连通，所述真空泵与所述壳体之间设有调压阀。

5.根据权利要求4所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述壳体上连接有压力传感器。

6.根据权利要求1所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述第一导气管上设置有混合罐，所述混合罐上连接有用于辅助气体输送的第三导气管和用于惰性气体输送的第四导气管。

7.根据权利要求6所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述第一导气管，所述第二导气管，所述第三导气管，以及所述第四导气管上均连接有流量控制器。

8.根据权利要求1所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述第一导气管上设有温度控制机构，所述温度控制机构包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述第一导气管内的气流温度。

9.根据权利要求1所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述加热带为玻璃纤维加热带。

10.根据权利要求1所述的氮化硼气相沉积设备，其特征在于，所述壳体的内部设有用于承载工件的转盘，所述转盘为中空结构，所述转盘的顶部设有蜂窝型透气孔，所述第一导气管和所述第二导气管均与所述转盘的内部相通。

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