CN219280025U - 化学气相沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种化学气相沉积装置，该化学气相沉积装置包括箱体和加热组件，箱体的内部形成反应腔，所述反应腔用于填充反应气体；加热组件设于所述反应腔中，所述加热组件包括加热器和加热台，所述加热台沿所述加热器的外周呈环状设置，所述加热器与所述加热台的交界处间隙配合以形成气流通道；其中，所述加热台的内部形成与所述气流通道连通的气流腔，所述气流腔用于填充惰性气体且将所述惰性气体经所述气流通道朝所述反应腔方向输送，以使所述反应气体具有朝远离所述气流腔的方向运动的趋势。本实用提供一种化学气相沉积装置，解决了现有装置中的加热组件无需密封、又可阻止反应气体与发热元件接触的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及化学气相沉积技术领域，特别涉及一种化学气相沉积装置。
背景技术
化学气相沉积是一种化工技术，该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法，化学气相淀积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术，化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料，这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。
传统的化学气相沉积装置，在反应室中进行气相沉积反应时，反应气体不能和加热台中的发热体产生接触，一旦接触而发生反应，导致发热体被破坏。目前研究人员为了阻止反应气体与发热体接触，通常将加热台设置为密封，但是在高温条件下，加热台中的发热体会受热膨胀，导致密封的加热台脱焊、变形而无法使用。因此，需要提出一种既可以阻止反应气体与发热体接触，又可以避免密封的加热台因高温产生较大热变形、使用寿命较短的问题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种化学气相沉积装置，旨在解决现有装置中的加热组件无需密封、又可阻止反应气体与发热元件接触的问题。
为实现上述目的，本实用新型提出的化学气相沉积装置，包括：
箱体，内部形成反应腔，所述反应腔用于填充反应气体；及
加热组件，设于所述反应腔中，所述加热组件包括加热器和加热台，所述加热台沿所述加热器的外周呈环状设置，所述加热器与所述加热台的交界处间隙配合以形成气流通道；
其中，所述加热台的内部形成与所述气流通道连通的气流腔，所述气流腔用于填充惰性气体且将所述惰性气体经所述气流通道朝所述反应腔方向输送，以使所述反应气体具有朝远离所述气流腔的方向运动的趋势。
可选地，所述化学气相沉积装置还包括通气管，所述通气管的一端延伸至所述反应腔的外部，所述通气管的另一端与所述气流腔连通，以将所述惰性气体输送至所述气流腔内。
可选地，所述箱体的底部设有与所述反应腔连通的第一通孔，所述加热台上靠近所述第一通孔的一侧设有与所述气流腔连通的第二通孔，所述通气管穿过所述第一通孔且与所述第二通孔连通。
可选地，所述加热组件还包括多个气体扩散板，所述气体扩散板设于所述加热器朝向所述第二通孔的一侧，且所述气体扩散板的外周面与所述气流腔的腔壁抵接，所述气体扩散板上设有多个扩散孔，自所述第二通孔进入所述气流腔的所述惰性气体经所述扩散孔扩散后朝所述反应腔方向输送。
可选地，所述箱体的底部还设有出气管，所述出气管与所述第一通孔连通，且朝远离所述反应腔的方向凸出延伸，所述出气管套设在所述通气管的外部。
可选地，所述箱体的顶部设有进气管，所述进气管与所述反应腔连通，且朝远离所述反应腔的方向凸出延伸；所述进气管用于向所述反应腔中输送所述反应气体。
可选地，所述化学气相沉积装置还包括匀气组件，所述匀气组件设于所述反应腔中，所述匀气组件连通所述进气管和所述反应腔。
可选地，所述匀气组件包括匀气罩和匀气板，所述匀气罩的一端与所述进气管连通，另一端与所述匀气板扣合形成一匀气腔，且所述匀气板上设有多个匀气孔，所述匀气孔连通所述匀气腔和所述反应腔。
可选地，所述化学气相沉积装置中还包括隔热板，所述隔热板沿所述箱体的内壁设置，所述隔热板的顶部与所述匀气板固定连接、所述隔热板的底部与所述箱体的底部抵接。
可选地，所述箱体上还设有电源接口，所述加热器的内部设有电阻丝，所述电源接口与所述电阻丝电连接。
可选地，所述箱体上还设有测温管，所述测温管与所述反应腔连通。
可选地，所述箱体上还设有测压管，所述测压管与所述反应腔连通。
相比于现有技术，本实用新型提出的一个技术方案中，该化学气相沉积装置箱体的内部形成有反应腔，反应腔中填充有反应气体。为了提供反应气体进行气相沉积反应所需的高温条件，还在反应腔中设置了加热组件，包括加热器和加热台，加热台是沿加热器的外周呈环状设置的；在适宜的温度和压力条件下，反应气体之间在反应腔中进行气相化学反应，生成固态物质，沉积在加热台的上表面形成薄膜。反应过程中，为了阻止反应气体与加热器中的发热元件接触，损坏发热元件，将加热器与加热台的交界处设置为间隙配合，从而形成一气流通道，并且加热台的内部形成有与气流通道连通的气流腔，气流腔中填充有惰性气体，可将其经气流通道单向输送到反应腔中，从而阻止反应气体通过气流通道进入到加热器中。如此，可以保证不对加热组件进行密封，又实现阻止反应气体与发热元件反应的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型化学气相沉积装置一实施例中反应腔的结构示意图；
图2为本实用新型化学气相沉积装置一实施例中内部结构的剖面图；
图3为图2中A处的局部放大图；
图4为本实用新型化学气相沉积装置一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，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作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。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
在半导体材料制造领域，化学气相沉积法是一种重要且常见的生长方法，广泛应用于半导体外延片制造、太阳能电池镀膜、新型二维材料生长等方面。在进行气相沉积反应的过程中，反应气体不能和加热台中的发热体产生接触，一旦接触而发生反应，导致发热体被破坏。目前研究人员为了阻止反应气体与发热体接触，通常将加热台设置为密封，但是在高温条件下，加热台中的发热体会受热膨胀，导致密封的加热台脱焊、变形而无法使用。
基于此，本实用新型提出一种化学气相沉积装置，该装置中的加热组件不密封，在加热组件中设置了填充有惰性气体的气流腔，并设有将惰性气体从气流腔单向流入反应腔中的气流通道，可以有效阻止反应气体与发热体接触，又可以避免密封的加热组件因高温产生较大热变形、使用寿命较短的问题。
如图1所示，该化学气相沉积装置包括箱体100和加热组件200，箱体100的内部形成反应腔，所述反应腔用于填充反应气体；加热组件200设于所述反应腔中，所述加热组件200包括加热器210和加热台220，所述加热台220沿所述加热器210的外周呈环状设置，所述加热器210与所述加热台220的交界处间隙配合以形成气流通道230；其中，所述加热台220的内部形成与所述气流通道230连通的气流腔223，所述气流腔223用于填充惰性气体且将所述惰性气体经所述气流通道230朝所述反应腔方向输送，以使所述反应气体具有朝远离所述气流腔223的方向运动的趋势。
在本实施例采用的技术方案中，该化学气相沉积装置箱体100的内部形成有反应腔，反应腔中填充有反应气体。为了提供反应气体进行气相沉积反应所需的高温条件，还在反应腔中设置了加热组件200，包括加热器210和加热台220，加热台220是沿加热器210的外周呈环状设置的；在适宜的温度和压力条件下，反应气体之间在反应腔中进行气相化学反应，生成固态物质，沉积在加热台220的上表面形成薄膜。反应过程中，为了阻止反应气体与加热器210中的发热元件接触，损坏发热元件，将加热器210与加热台220的交界处设置为间隙配合，从而形成一气流通道230，并且加热台220的内部形成有与气流通道230连通的气流腔223，气流腔223中填充有惰性气体，可将其经气流通道230单向输送到反应腔中，从而阻止反应气体通过气流通道230进入到加热器210中。如此，可以保证不对加热组件200进行密封的条件下，又可实现阻止反应气体与发热元件反应的作用。
具体地，气相沉积反应的具体过程为，首先打开加热器210进行升温，达到预设温度后，向反应腔中通入反应气体的同时，向气流腔223中通入惰性气体，例如可以为氩气、氦气、高纯氮气或氢气中的一种或多种。需要指出的是，对于惰性气体的组分不作具体限定，只要能不与发热元件和反应气体发生反应即可。在本实施例中，对于发热元件的种类不作具体限定，例如可以选自钨丝、石墨烯、钛合金中的一种或多种，只要能提高发生气相沉积反应所需的高温即可。如此，气流腔223中的惰性气体便可通过气流通道230单方向地进入反应腔中，进而阻止反应气体进入到气流腔223中而与发热元件发生接触，避免造成发热元件的损坏。另外，为了方便将制备好的薄膜取出，在加热台220的上表面还可以设置有基材，使得反应气体产生的固态物质沉积在基材上形成薄膜。本装置主要应用于导电薄膜材料的制备，例如可以用于锆钛酸铅(PZT)压电薄膜、钇钡铜氧(YBCO)高温超导体薄膜等的制备。
可选地，如图2和图3所示，所述化学气相沉积装置还包括通气管300，所述通气管300的一端延伸至所述反应腔的外部，所述通气管300的另一端与所述气流腔223连通，以将所述惰性气体输送至所述气流腔223内。
在本实施例采用的技术方案中，为了便于向气流腔223中输送惰性气体，本装置中还可以设置有通气管300，通气管300的一端延伸至反应腔的外部，另一端与气流腔223连通。对于通气管300的形状不作具体限定，只要能起到输送惰性气体的作用即可，需要注意的是，通气管300应选用不与惰性气体发生反应的材质，避免通气管300在使用过程中产生漏气等问题。
可选地，如图3所示，所述箱体100的底部设有与所述反应腔连通的第一通孔110，所述加热台220上靠近所述第一通孔110的一侧设有与所述气流腔223连通的第二通孔221，所述通气管300穿过所述第一通孔110且与所述第二通孔221连通。
在本实施例采用的技术方案中，为了方便对通气管300进行安装连接，在箱体100的底部可以设有与反应腔连通的第一通孔110，相应地，在加热台220靠近第一通孔110的一侧面上，对应设有与气流腔223连通的第二通孔221；可以理解地，通气管300穿过第一通孔110后与第二通孔221连通，顺利将惰性气体输送至气流腔223中。
可选地，如图3所示，所述加热组件200还包括多个气体扩散板240，所述气体扩散板240设于所述加热器210朝向所述第二通孔221的一侧，且所述气体扩散板240的外周面与所述气流腔223的腔壁抵接，所述气体扩散板240上设有多个扩散孔，自所述第二通孔221进入所述气流腔223的所述惰性气体经所述扩散孔扩散后朝所述反应腔方向输送。
在本实施例采用的技术方案中，为了使得惰性气体均匀地沿气流通道230输出，在气流腔223中还可以设有多个气体扩散板240，并且气体扩散板240的外周面与气流腔223的腔壁抵接；在气体扩散板240上设有多个扩散孔，可以使得惰性气体自第二通孔221进入气流腔223后，通过多个扩散孔进行均匀扩散后，再经气流通道230输送到反应腔中。
可选地，如图3所示，所述箱体100的底部还设有出气管120，所述出气管120与所述第一通孔110连通，且朝远离所述反应腔的方向凸出延伸，所述出气管120套设在所述通气管300的外部。
在本实施例采用的技术方案中，当反应气体完成气相沉积反应后，反应腔中可能会残留有未反应的反应气体、惰性气体以及反应生成的气体副产物；为了将这些气体导出，在箱体100的底部可以设置有出气管120，出气管120是与第一通孔110连通的，并且朝远离反应腔的方向凸出延伸至箱体100的外部、套设在通气管300的外部。
可选地，如图2所示，所述箱体100的顶部设有进气管130，所述进气管130与所述反应腔连通，且朝远离所述反应腔的方向凸出延伸；所述进气管130用于向所述反应腔中输送所述反应气体。
在本实施例采用的技术方案中，为了方便向反应腔中输送反应气体，在箱体100的顶部可以设有与反应腔连通的进气管130，需要说明的是，进气管130朝远离反应腔的方向凸出，延伸至箱体100的外部。值得注意的是，进气管130应选用不可与反应气体产生反应的材质，避免进气管130在使用过程中产生漏气等问题。
可选地，如图2所示，所述化学气相沉积装置还包括匀气组件400，所述匀气组件400设于所述反应腔中，所述匀气组件400连通所述进气管130和所述反应腔。
在本实施例采用的技术方案中，为了使得反应气体扩散均匀后，再进入反应腔中进行气相沉积反应，在反应腔中可以设置有匀气组件400，以连通进气管130和反应腔；需要注意的是，对于匀气组件400的形状不作具体限定，只要能起到将反应气体均匀扩散的作用即可。
可选地，如图2所示，所述匀气组件400包括匀气罩410和匀气板420，所述匀气罩410的一端与所述进气管130连通，另一端与所述匀气板420扣合形成一匀气腔，且所述匀气板420上设有多个匀气孔，所述匀气孔连通所述匀气腔和所述反应腔。
在本实施例采用的技术方案中，匀气组件400由匀气罩410和匀气腔组成，并且匀气罩410的一端是与进气管130连通，另一端是与匀气板420相互扣合形成了一匀气腔；为了提高对匀气腔中的反应气体的扩散效果，在匀气板420上可以设有多个匀气孔，优选地，多个匀气孔之间采用均匀间隔设置，从而与匀气腔和反应腔连通。
可选地，如图1和图2所示，所述化学气相沉积装置中还包括隔热板500，所述隔热板500沿所述箱体100的内壁设置，所述隔热板500的顶部与所述匀气板420固定连接、所述隔热板500的底部与所述箱体100的底部抵接。
在本实施例采用的技术方案中，由于化学气相沉积反应通常需要900℃以上的高温才能进行反应，为了对箱体100进行保护，在箱体100的内壁上可以设有一周隔热板500，加热组件200被包裹在隔热板500的内部，并且隔热板500的顶部可以与匀气板420固定连接、底部可以抵接于箱体100的底部，从而为反应气体发生反应提供高温环境。
可选地，如图2和图4所示，所述箱体100上还设有电源接口140，所述加热器的内部设有电阻丝211，所述电源接口140与所述电阻丝211电连接。
在本实施例采用的技术方案中，加热器210中的发热元件为电阻丝211，优选地，电阻丝211选用钨丝，钨丝具有高熔点和优异的耐热冲击能力。为了使电阻丝211通电工作升温，在箱体100上可以设置有多个与电阻丝211电连接的电源接口140。
可选地，如图4所示，所述箱体100上还设有测温管150，所述测温管150与所述反应腔连通。进一步地，所述箱体100上还设有测压管160，所述测压管160与所述反应腔连通。
在本实施例采用的技术方案中，对于一些对温度有要求的气相沉积反应来说，还需要及时地对反应腔中的温度进行检测，在箱体100上可以设有测温管150，进而与温度测试装置连接。在其他实施例中，在箱体100上还可以设有测压管160，进而与压力测试装置连接，从而实时检测反应腔中的压力，以保证对压力有要求的反应的顺利进行。当然，在其他实施例中，装置中还可以设置有冷却通道，用以通入冷却气体或者冷却液体，以适应不同气相沉积反应的不同反应条件。
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种化学气相沉积装置，其特征在于，包括：
箱体，内部形成反应腔，所述反应腔用于填充反应气体；及
加热组件，设于所述反应腔中，所述加热组件包括加热器和加热台，所述加热台沿所述加热器的外周呈环状设置，所述加热器与所述加热台的交界处间隙配合以形成气流通道；
其中，所述加热台的内部形成与所述气流通道连通的气流腔，所述气流腔用于填充惰性气体且将所述惰性气体经所述气流通道朝所述反应腔方向输送，以使所述反应气体具有朝远离所述气流腔的方向运动的趋势。
2.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述化学气相沉积装置还包括通气管，所述通气管的一端延伸至所述反应腔的外部，所述通气管的另一端与所述气流腔连通，以将所述惰性气体输送至所述气流腔内。
3.如权利要求2所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述箱体的底部设有与所述反应腔连通的第一通孔，所述加热台上靠近所述第一通孔的一侧设有与所述气流腔连通的第二通孔，所述通气管穿过所述第一通孔且与所述第二通孔连通。
4.如权利要求3所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述加热组件还包括多个气体扩散板，所述气体扩散板设于所述加热器朝向所述第二通孔的一侧，且所述气体扩散板的外周面与所述气流腔的腔壁抵接，所述气体扩散板上设有多个扩散孔，自所述第二通孔进入所述气流腔的所述惰性气体经所述扩散孔扩散后朝所述反应腔方向输送。
5.如权利要求3所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述箱体的底部还设有出气管，所述出气管与所述第一通孔连通，且朝远离所述反应腔的方向凸出延伸，所述出气管套设在所述通气管的外部。
6.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述箱体的顶部设有进气管，所述进气管与所述反应腔连通，且朝远离所述反应腔的方向凸出延伸；所述进气管用于向所述反应腔中输送所述反应气体。
7.如权利要求6所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述化学气相沉积装置还包括匀气组件，所述匀气组件设于所述反应腔中，所述匀气组件连通所述进气管和所述反应腔。
8.如权利要求7所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述匀气组件包括匀气罩和匀气板，所述匀气罩的一端与所述进气管连通，另一端与所述匀气板扣合形成一匀气腔，且所述匀气板上设有多个匀气孔，所述匀气孔连通所述匀气腔和所述反应腔。
9.如权利要求8所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述化学气相沉积装置中还包括隔热板，所述隔热板沿所述箱体的内壁设置，所述隔热板的顶部与所述匀气板固定连接、所述隔热板的底部与所述箱体的底部抵接。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述箱体上还设有电源接口，所述加热器的内部设有电阻丝，所述电源接口与所述电阻丝电连接；和/或，
所述箱体上还设有测温管，所述测温管与所述反应腔连通；和/或，
所述箱体上还设有测压管，所述测压管与所述反应腔连通。
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