FI123769B - Kaasukasvatusreaktori - Google Patents

Description

Kaasukasvatusreaktori Keksinnön tausta

Keksintö liittyy kaasukasvatusreaktoriin kaasukasvatusmenetelmiä varten ja erityisesti patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen kaasukasva-5 tusreaktoriin kaasukasvatusmenetelmää varten, jossa menetelmässä substraatin pinta altistetaan vuoroittaisille lähtöaineiden pintareaktioille, joka reaktori käsittää alipainekammion, alipainekammion sisälle asennetun reaktiokam-mion, sekä lämmitysvälineet alipainekammion lämmittämiseksi. Keksintö liittyy lisäksi patenttivaatimuksen 18 johdannon mukaiseen kaasukasvatusreaktoriin 10 ja erityisesti kaasukasvatusreaktori kaasukasvatusmenetelmää varten, jossa menetelmässä substraatin pinta altistetaan vuoroittaisille lähtöaineiden pinta-reaktioille, joka kaasukasvatusreaktori käsittää alipainekammion, alipainekammion sisälle asennetun reaktiokammion, sekä lämmitysvälineet reak-tiokammion epäsuoraksi lämmittämiseksi.

15 Kaasukasvatusmenetelmissä käytetään yleisesti alipainekammiota, joka eristää järjestelmän ympäristöstä. Alipainekammiossa käytetään tyypillisesti painetta, joka on noin 10 - 1000 Pa. Tämä painetaso ja alipainekammion rakenteen dimensiot ovat edelleen suhteellisen suuria luonnollisen konvektion ilmenemiseen nähden. Tämä luonnollinen konvektio voi aiheuttaa termistä 20 epätasapainoa alipainekammion sisällä. Alipainekammion sisälle on yleisesti edelleen sijoitettu erillinen reaktiokammio, jonka sisälle käsiteltävät substraatit asetetaan. Reaktiokammion ja siten myös sen sisällä olevien substraattien lämmittäminen tapahtuu perinteisesti reaktiokammion seinämiin aikaansaatujen lämmitysvälineiden avulla tai lämmittämällä reaktiokammion seinämiä epä- ” 25 suorasti esimerkiksi säteilyn avulla, kun lämmitysvälineet on asennettu ali- o ™ painekammion seinämiin.

o Tehokasta tuotantoa varten on välttämätöntä, että kaasukasvatus- ° laitteisto tuottaa peräkkäisesti toistuvissa prosessiajoissa ja saman proses- g siajon sisällä pinnoitteita, kasvatuskerroksia tai seostuskerroksia, joilla on yh- 30 denmukaiset ominaisuudet. Toisin sanoen eri erissä tai samassa erässä käsien £2 tellyille tuotteille on tarkoituksen mukaista saada yhtäläiset ominaisuudet, joi-

LO

g loin kaasukasvatusmenetelmän prosessiparametrien pitää olla yhtäläiset pe- ° räkkäisissä prosessiajoissa sekä saman prosessiajon sisällä eri paikoissa re aktoria. Täten kriittisten prosessiparametrien pitää olla vakiot prosessiajojen 35 välillä sekä reaktorin eri kohdissa yhden prosessiajon aikana. Eräs näistä kriit- 2 tisistä prosessiparametreista on substraatin (pinnoitettavan pinnan) lämpötila kasvatusprosessin aikana. Pinnoituksen kasvunopeus on yleisesti riippuvainen substraatin lämpötilasta siten, että poikkeamat substraatin lämpötilasta peräkkäisissä prosessiajoissa tai saman prosessiajon sisällä johtavat pinnoitusten 5 ominaisuuksien poikkeamiin halutuista arvoista.

Kaasukasvatusmenetelmässä, jossa substraatin pinta altistetaan peräkkäisille lähtöaineiden pintareaktioille, panos- tai eräprosessointi on edullinen, koska substraattien lämmittäminen ja pinnoittaminen/seostaminen vie paljon aikaa, jolloin usean substraatin rinnakkainen käsittely antaa taloudellisia 10 etuja. Lisäksi kaasukasvatusmenetelmä, kuten ALD (atomic layer deposition), on erityisen sopiva toimimaan panosprosessoinnilla, koska ALD aikaansaa erittäin hyvät yhdenmukaiset pinnoitusominaisuudet sallien paljon vapauksia pinnoitettavien osien asetteluun reaktiokammion sisällä. Käytettäessä suuria reaktoreja tai korkeita reaktoreja, joissa käsitellään suuria kappaleita tai kerral-15 la eriä, jotka käsittävät suuren lukumäärän substraatteja esimerkiksi päällekkäisesti asetettuna, reaktorien mittasuhteet aiheuttavat alipainekammion sisällä lämpötilaeroja. Nämä lämpötilaerot ovat usein seurausta alipainekammion, reaktiokammion sekä muiden osien rakenteista, jotka voivat synnyttää ja ohjata lämpövirtauksia alipainekammion sisällä. Esimerkiksi joissakin ali-20 painekammion osissa lämpövirtaukset voivat kulkea reaktiokammiota kohti ja toisissa osissa poispäin reaktiokammiosta. Täten lämpövirtaukset aiheuttavat lämpötilaeroja reaktiokammion ympärillä. Tällöin usein korkeimmat lämpötilat ovat reaktorin tai alipainekammion yläosassa ja alhaisimmat lämpötilat alaosassa. Eräs tähän edelleen vaikuttava tekijä voi olla luonnollinen konvektio, 25 joka voi aiheuttaa lämpötilaeroja alipainekammion sisällä vaikka lämmitysteho jakautuisikin alipainekammion korkeussuunnassa tasaisesti, o Tunnetun tekniikan mukaisia kaasukasvatusreaktoreiden lämmitys-

CvJ

^ ratkaisuja on esitetty esimerkiksi julkaisuissa GB 2426252 Aja US 5855680 A.

° Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa uunin tai vastaan läm- o 00 30 mitetyn reaktorin sisäisiä lämpötilaeroja on pyritty tasoittamaan käyttämällä | pakkokonvektiota. Kaasukasvatusmenetelmät ovat kuitenkin herkkiä virtauksil- cd le ja puhaltimen tai vastaavan pakkokonvektiotavan käyttö aiheuttaa ei toivot- co tuja häiriöitä kaasuvirtauksiin. Reaktiokammion ulkopuolinen pakkokonvektio o on mahdollinen ratkaisu, mutta virtausten aiheuttama partikkeleiden liike on ^ 35 haitallista ja yleisesti pakkokonvektioita ei käytetä pinnoituslaitteissa. Panos- prosessoinnissa, jossa useita substraatteja on asetettu päällekkäisesti kanna- 3 tinhyllylle voivat kannatinhyllyn yläosan substraatin olla eri lämpötilassa kuin alaosan substraatit edellä selitettyjen lämpötilaerojen takia. Tunnetussa tekniikassa tätä ongelmaa on ratkaistu sijoittamalla lämmittimiä tai vastaavia lämmi-tysvälineitä kannatinhyllyn sisälle, esimerkiksi päällekkäisten substraattien vä-5 leihin. Edellä mainittu erillisten lämmittimien käyttö mahdollista myös suurien tai korkeiden substraattien prosessoinnin. Erillisten lämmittimien käyttö kanna-tinhyllyssä tai jossakin muussa substraatin kannatinrakenteessa tai reak-tiokammiossa tekee laitteistosta tarpeettoman monimutkaisen, koska lämmit-timet pitää suojata, jotta niiden päälle ei muodostu kasvatuskerroksia kaasu-10 kasvatusmenetelmän suorittamisen aikana.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää kaasukasvatusreaktori kaa-sukasvatusmenetelmää varten siten, että yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerk-15 kiosan mukaisella kaasukasvatusreaktorilla. Keksinnön tavoite saavutetaan lisäksi patenttivaatimuksen 18 tunnusmerkkiosan mukaisella kaasukasvatusreaktorilla.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

20 Keksintö perustuu siihen, että kaasukasvatusreaktorin ali painekammion sisäpinnan ja reaktiokammion ulkopinnan väliseen tilaan sijoitetaan ainakin yksi lämmönsiirtoelementti, joka on aikaansaatu lämpöä johtavasta materiaalista. Lämmönsiirtoelementti voi olla erillinen lämmönsiirtokappale, joka on sijoitettu alipainekammion ja reaktiokammion väliseen tilaan siten, että 25 se siirtää lämpöä pois alipainekammion sisältä, tai siten että se siirtää lämpöä

CO

^ johtumisen avulla alipainekammion sisällä kuumemmilta vyöhykkeiltä viileäm- mille vyöhykkeille tasoittaen siten lämpötilaeroja alipainekammion sisällä. Vaih- 00 9 toehtoisesti lämmönsiirtoelementti voi olla aikaansaatuna ainakin osittaisena ° alipainekammion sisäpinnan vuorauksena tai reaktiokammion ulkopinnan vuo- £ 30 rauksena, jolloin se kykenee vastaavasti tasoittamaan lämpötilaeroja ali- Q_ painekammion sisällä tai reaktiokammion ympärillä.

r? Tällainen lämmönsiirtoelementti on edullisesti staattinen ja passiivi- § nen elementti, joka kykenee siirtämään lämpöä ja tasoittamaan lämpötilaeroja o ^ alipainekammion sisällä ja lämpötiloja reaktiokammiossa, jopa ilman takaisin- 35 kytkentää käsiteltävistä substraateista ja ilman että se altistuu lähtöaineille tai muille reaktiokammioon syötettäville kaasumaisille aineille. Esillä olevan kek- 4 sinnön mukaisen ratkaisun etuna on lisäksi se, että se on yksinkertainen rakenne ja helppo toteuttaa uusien kaasukasvatusreaktoreiden valmistuksen yhteydessä sekä asentaa jo olemassa oleviin kaasukasvatusreaktoreihin.

Kuvioiden lyhyt selostus 5 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: kuvio 1 esittää kaavamaisesti esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon, jossa alipainekammion yläosaan on asennettu erillinen lämmön-siirtoelementti; 10 kuvio 2 esittää kaavamaisesti esillä olevan keksinnön erään toisen suoritusmuodon, jossa lämmönsiirtoelementti on aikaansaatu alipainekammion sisäpinnan vuorauksena; ja kuvio 3 esittää kaavamaisesti esillä olevan keksinnön vielä erään toisen suoritusmuodon, jossa lämmönsiirtoelementti on aikaansaatu reak-15 tiokammion ulkopinnanpinnan vuorauksena.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Viitaten kuvioon 1 on siinä esitetty esillä olevan keksinnön eräs suoritusmuoto kaasukasvatuskammiosta. Kuvion 1 mukaisesti kaasukasvatusre-aktori käsittää alipainekammion 2, joka eristää järjestelmän ympäristöstä. Ali-20 painekammiossa 2 paine on tyypillisesti noin 10 - 1000 Pa. Alipainekammio 2 voi olla mikä tahansa tunnetun tekniikan mukainen alipainekammio tai vastaava muu alipainekammio, jota käytetään kaasukasvatusreaktoreissa. Esillä olevan keksinnön mukaisia kaasukasvatusreaktoreita on tarkoitettu käytettäviksi erityisesti kaasukasvatusmenetelmissä, joissa substraatin pinta altistetaan ” 25 vuoroittaisille lähtöaineiden pintareaktioille. Tällaisia kaasukasvatusmenetelmiä o ^ ovat esimerkiksi ALD (atomic layer deposition) ja ALE (atomic layer epitaxy) o sekä vastaavat menetelmät. Näissä mainituissa ja vastaavissa menetelmissä ° pinnan kasvu perustuu pinnan kontrolloimiin reaktioihin, mikä aikaansaa yh- g denmukaisen kasvun kaikilla substraatin pinnoilla. Tällaisissa kaasukasvatus-

CL

30 reaktoreissa lämpötila on eräs kriittisistä prosessiparametreista, koska kasvu- cn $2 nopeus substraatin pinnalla on riippuvainen lämpötilasta. Substraatilla tarkoite- § taan tassa Yhteydessä mitä tahansa kaasukasvatusreaktorissa prosessoitavaa ° yksittäistä kappaletta, tuotetta tai vastaavaa tai niiden ryhmää tai joukkoa, joka käsitellään samanaikaisesti pinnoitustapahtumassa.

5

Kuvion 1 mukaisesti alipainekammion 2 sisälle on edelleen sijoitettu erillinen reaktiokammio 4, jonka sisälle substraatit asetetaan käsittelyä varten. Reaktiokammio voi olla mikä tahansa tunnetun tekniikan mukainen reaktiokammio tai vastaava muu reaktiokammio, joka on sovitettu asetettavaksi ali-5 painekammion 2 sisälle. Kaasukasvatusreaktori käsittää lisäksi lämmitysväli-neet (ei esitetty) joiden avulla alipainekammion 2 sisätilaa lämmitetään. Läm-mitysvälineet on aikaansaatu lämmittämään reaktiokammiota 4. Reaktiokam-mion 4 epäsuorassa lämmittämisessä reaktiokammion 4 seinämiä lämmitetään epäsuorasti esimerkiksi lämpösäteilyn avulla tai kaasun lämmön johtumisen 10 avulla. Epäsuorassa reaktiokammion 4 lämmittämisessä lämmitysvälineet voi olla asennettu esimerkiksi alipainekammion 2 sivu-, pääty-, ylä- tai alaseinä-miin, josta lämpö siirtyy säteilemällä tai kaasun avulla reaktiokammion lämmittämiseen. Lämmitysvälineet voivat olla esimerkiksi sähkövastuksia. Lisäksi lämmitysvälineet on edullisesti sijoitettu, asennettu ja toteutettu siten, että nii-15 den avulla reaktiokammion 4 sisälle saadaan mahdollisimman tasainen lämpö-tilajakauma, eli lämpötilaerot reaktiokammion 4 sisällä ja sen ympärillä ovat mahdollisimman pieniä. Alipainekammion 2 sisäseinämien ja reaktiokammion 4 ulkoseinämien väliin jäävä tila 6 aiheuttaa kuitenkin herkästi lämpötilaeroja alipainekammion 2 sisällä ja siten myös lämpötilaeroja reaktiokammiossa 4. 20 Nämä lämpötilaerot ovat seurausta esimerkiksi alipainekammion 2, reaktiokammion 4 sekä muiden osien rakenteista, jotka voivat synnyttää ja ohjata lämpövirtauksia alipainekammion sisällä. Tällöin lämpövirtaukset reaktiokammion 4 ympärillä voivat jakautua epätasaisesti siten, että joissakin kohdissa lämpövirtaukset kulkevat reaktiokammiota 4 kohti ja toisissa osissa poispäin 25 reaktiokammiosta 4. Tällöin reaktiokammion 4 eri kohtien välille syntyy lämpöti-laeroja. Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on täten näiden lämpötilaerojen 5 tasoittaminen yksinkertaisella ja tehokkaalla tavalla.

C\J

^ Esillä olevan keksinnön mukaisesti edellä kuvattujen lämpötilaerojen ° tasoittaminen on toteutettu lämmönsiirtoelementin 8 avulla. Kuvion 1 mukai- o 00 30 sessa suoritusmuodossa erillinen lämmönsiirtoelementti 8 on sijoitettu ali- | painekammion 2 yläosaan alipainekammion 2 ja reaktiokammion 4 väliseen ti- o) laan. Edellä selityn mukaisesti lämpötilajakauma muodostuu kaasukasvatusre- co ^ aktorin alipainekammiossa 2 tyypillisesti sellaiseksi, että alipainekammion 2 o yläosassa on korkeampi lämpötila kuin alaosassa. Kuvion 1 mukaisessa suori- ^ 35 tusmuodossa lämmitysvälineet on tyypillisesti aikaansaatu alipainekammion 2 sivuseinämille 7, 9 ja/tai ylä-ja alaseinämille ja/tai lieriömäisen alipainekammi- 6 on vaippaan siten, että reaktiokammioon 4 kohdistuva lämpöenergia on edullisesti joka suunnasta olennaisesti yhtäläinen. Vaihtoehtoisesti lämmitysvälineet on aikaansaatu jollakin muulla tavalla siten, että lämpöä on tuotavissa alipainekammion 2 sisälle sivuseinämien 7, 9 ja/tai ylä-ja alaseinämien ja/tai lie-5 riömäisen alipainekammion vaipan kautta. Tällaisessa ratkaisussa reak-tiokammion päätysivuihin 3, 5 on tyypillisesti aikaansaatu vastaavasti lataus-luukku sekä huoltoluukku. Päätysivujen 3, 5 läheisyyteen syntyy kuitenkin usein alhaisemman lämpötilan vyöhykkeitä. Täten kuvion 1 mukaisessa ratkaisussa lämmönsiirtoelementti 8 on sijoitettu alipainekammion 2 yläosaan, jossa 10 on korkeimmat lämpötilat. Lämmönsiirtoelementti 8 on edullisesti pitkänomainen ja ulottuu vaakasuorassa suunnassa edullisesti lähelle alipainekammion päätysivuja 3, 5. Täten lämmönsiirtoelementti 8 kykenee siirtämään lämpöä alipainekammion 2 yläosasta päätysivujen 3, 5 läheisille alhaisemman lämpötilan vyöhykkeille. Tällöin lämmönsiirtoelementti 8 tasoittaa lämpötilaeroja ali-15 painekammiossa 2 poistaen lämpöenergiaa alipainekammion 2 yläosasta.

Vaihtoehtoisessa ratkaisussa erillinen lämmönsiirtoelementti 8 voi olla sovitettu siten, että se kykenee siirtämään lämpöä myös pois alipainekammion 2 sisältä. Tällöin lämmönsiirtoelementti 8 voi olla kytkettävissä alipainekammion 2 päätysivuihin 3, 5 siten, että lämpöenergiaa on siirrettävis-20 sä lämmönsiirtoelementistä 8 edelleen ulos alipainekammion 2 sisältä. Elementin 8 lämpötilaa voidaan mitata ja säätää esim. käyttämällä aktiivista jäähdytystä siinä osassa joka tuo lämpöenergian ulos kammiosta 2. Eräässä toisessa ratkaisussa, jos esimerkiksi myös toinen tai molemmat alipainekammion 2 päätysivuista 3, 5 on varustettu lämmitysvälineillä tai lämpöä tuodaan muu-25 ten niiden kautta alipainekammion 2 sisälle, erillinen lämmönsiirtoelementti 8 voi olla sijoitettu alipainekammion 2 ja reaktiokammion 4 väliseen tilaan 6 ulot-5 tumaan olennaisesti alipainekammion 2 yläosan ja alaosan välillä. Lämmönsiir-

C\J

^ toelementtejä 8 voi olla yksi tai useampia ja ne voivat ulottua joko olennaisesti ° pystysuorasti tai kulmassa pystysuoraan suuntaan nähden. Tällöin lämpöä on 00 30 mahdollista siirtää alipainekammion 2 yläosasta, jossa on korkeampi lämpötila, | alipainekammion 2 alaosaan, jossa on matalampi lämpötila. Lämmönsiirtoele- o) mentit 8 voivat olla levymäisiä, tankomaisia tai muita vastaavia lämmönsiirtoon

CO

^ sopivia rakenteita. Tämän suoritusmuodon mukaisesti lämmönsiirtoelementit 8 o on sijoitettu alipainekammion 2 sisälle erillisinä kappaleina, jotka on asennettu 00 35 alipainekammion 2 sisäpinnan ja reaktiokammion 4 ulkopinnan väliseen tilaan 7 6, välimatkan päähän alipainekammion 2 sisäpinnasta ja reaktiokammion 4 ulkopinnasta.

Kuviossa 2 on esitetty eräs toinen esillä olevan keksinnön mukainen suoritusmuoto. Tässä suoritusmuodossa alipainekammion 2 sisäpinta on vuo-5 rattu lämmönsiirtoelementillä 8. Vaikka kuviossa 2 on esitetty, että alipainekammion 2 sisäpinta on vuorattu kokonaan lämmönsiirtoelementillä 8, voidaan vuoraus toteuttaa myös siten, että vain osa alipainekammion 2 sisäpinnasta on vuorattu lämmönsiirtoelementillä 8 tai useammalla lämmönsiirtoelementillä 8. Täten esimerkiksi alipainekammion 2 päätysivut 3, 5 voi olla 10 alipainekammion 2 sisäpuolella vuorattu lämmönsiirtoelementeillä 8, tai vaihtoehtoisesti vain alipainekammion 2 yläsivu 7 tai alasivu 9 voi olla vuorattu lämmönsiirtoelementillä 8. Toisin sanoen tässä suoritusmuodossa alipainekammion 2 sisäpinta on kokonaan tai miltä tahansa osalta vuorattu lämmönsiirtoelementillä 8, joka tasoittaa lämpötilaeroja alipainekammion 2 sisällä johtamalla 15 lämpöä korkeamman lämpötilan vyöhykkeiltä matalamman lämpötilan vyöhykkeille tai pois alipainekammion 2 sisältä. Lämmönsiirtoelementti 8 voi tässä kuvion 2 suoritusmuodossa olla esimerkiksi lämmönsiirtolevy, joka on asennettu alipainekammion 2 sisäpinnalle. Vaihtoehtoisesti lämmönsiirtoelementteinä 8 voidaan käyttää useita tankomaisia, ripamaisia tai vastaavia kappaleita, joka 20 on asennettu alipainekammion 2 sisäpinnalle. Nämä lämmönsiirtoelementit 8 voivat peittää yhtenäisesti alipainekammion 2 sisäpintaa tai ne voi olla asennettu vierekkäisesti välimatkan päähän toisistaan. Täten lämmönsiirtoelementti 8 tasoittaa lämpötilaeroja alipainekammion 2 sisällä siirtämällä lämpöä johtumalla kuumemmilta vyöhykkeiltä viileämmille. Vaihtoehtoisesti lämmönsiir-25 toelementti 8 on sovitettu siirtämään lämpöä johtumalla ulos alipainekammios-ta 2 ja erityisesti alipainekammion 2 kuumemmilta vyöhykkeiltä. Tässä suori-5 tusmuodossa lämmönsiirtoelementit 8 kykenevät myös toimimaan säteilyläm-

C\J

^ mön lähteinä, jos lämmitysvälineet on aikaansaatu läheiseen yhteyteen lämmi- ° tysvälineiden kanssa.

00 30 Kuviossa 3 on esitetty vielä eräs suoritusmuoto esillä olevasta kek- | sinnöstä. Tässä suoritusmuodossa reaktiokammion 4 ulkopinta on vuorattu o) lämmönsiirtoelementillä 8 tai useammilla lämmönsiirtoelementeillä 8. Vaikka

CO

^ kuviossa 3 on esitetty, että reaktiokammion 4 ulkopinta on vuorattu kokonaan o lämmönsiirtoelementillä 8, voidaan vuoraus toteuttaa myös siten, että vain osa 00 35 reaktiokammion 4 ulkopinnasta on vuorattu lämmönsiirtoelementillä 8 tai use ammalla lämmönsiirtoelementillä 8. Täten esimerkiksi reaktiokammion 4 pää- 8 tysivut 15, 17 tai ylä-ja/tai alasivu 13, 11 voi olla reaktiokammion 4 ulkopuolelta vuorattu lämmönsiirtoelementeillä 8. Toisin sanoen tässä suoritusmuodossa reaktiokammion 4 ulkopinta on kokonaan tai miltä tahansa osalta vuorattu lämmönsiirtoelementillä 8, joka tasoittaa lämpötilaeroja alipainekammion 4 si-5 säilä ja/tai reaktiokammion 4 ulkopinnalla johtamalla lämpöä korkeamman lämpötilan vyöhykkeiltä matalamman lämpötilan vyöhykkeille tai pois alipainekammion 2 sisältä. Lämmönsiirtoelementti 8 voi tässä kuvion 3 suoritusmuodossa olla esimerkiksi lämmönsiirtolevy, joka on asennettu reaktiokammion 4 ulkopinnalle. Vaihtoehtoisesti lämmönsiirtoelementteinä 8 voidaan käyttää 10 useita tankomaisia, ripamaisia tai vastaavia kappaleita, joka on asennettu reaktiokammion 4 ulkopinnalle. Nämä lämmönsiirtoelementit 8 voivat peittää yhtenäisesti reaktiokammion 4 ulkopintaa tai ne voi olla asennettu vierekkäisesti välimatkan päähän toisistaan. Reaktiokammion 4 ulkopinnalle asennetut lämmönsiirtoelementit 8 ovat edullisia, koska ne kykenevät tehokkaasti tasoitta-15 maan lämpötehon, joka kohdistuu reaktiokammioon 4. Toisin sanoen reaktiokammion 4 ulkopinnalle aikaansaadut lämmönsiirtoelementit 8 tasoittavat lämmön johtamisen avulla reaktiokammion 4 lämpötilaa.

Keksinnön mukainen lämmönsiirtojärjestely mahdollistaa alipainekammion 2 lämpötilaerojen tasoittamisen ja siten reaktiokammioon koh-20 distuvan lämpötehon tasoittamisen eri kohdissa alipainekammiota 2 ja reak-tiokammiota 4 yksinkertaisella tavalla. Edullisessa suoritusmuodossa lämmönsiirtoelementit 8 ovat passiivisia ja staattisia kappaleita. Vaihtoehtoisesti on kuitenkin mahdollista kytkeä lämmönsiirtoelementti 8 termoelementtiin, jonka avulla lämmönsiirtoelementin 8 lämpötilaa voidaan säätää. Tällöin lämmönsiir-25 toelementti 8 voidaan kytkeä toiminnallisesti reaktorin lämmitysvälineisiin läm-mönsiirtoelementin lämpötilan säätämiseksi tai lämmönsiirtoelementti voidaan 5 kytkeä toiminnallisesti reaktorin lämmitysvälineisiin alipainekammion lämpöti-

C\J

^ lan säätämiseksi. Edelleen voidaan aikaansaada takaisinkytkentä, jossa hyö- ° dynnetään reaktiokammion 4, alipainekammion 2 tai substraattien lämpötilan- o 00 30 mittauksista saatuja arvoja lämmönsiirtoelementin 8 lämpötilan ohjaamiseen | tai termoelementin ohjaamiseen. Lämmönsiirtoelementti 8 on edullisesti val- o mistettu alumiinista tai jostakin muusta materiaalista, jolla on hyvä lämmönjoh- co tokyky, kuten esimerkiksi kuparista, berylliumista, molybdeniumista, zirkoniu-o mistä, wolframista, sinkistä tai niiden yhdisteistä. Lämmönsiirtoelementti 8 on 00 35 muodostettu edullisesti siten, että sillä on riittävän suuri pinta-ala ja massa te hokasta lämmönsiirtoa varten.

9

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

CO

δ

CvJ

ώ cp o co

X

X

Q.

o

CO

δ o o o

CvJ

Claims (22)

1. Kaasukasvatusreaktori kaasukasvatusmenetelmää varten, jossa menetelmässä substraatin pinta altistetaan vuoroittaisille lähtöaineiden pinta-reaktioille, joka kaasukasvatusreaktori käsittää alipainekammion (2), alipaine- 5 kammion (2) sisälle asennetun reaktiokammion (4), sekä lämmitysvälineet re-aktiokammion (4) epäsuoraksi lämmittämiseksi, tunnettu siitä, että kaasukasvatusreaktori käsittää lisäksi yhden tai useamman lämpöä johtavasta materiaalista aikaansaadun lämmönsiirtoelementin (8), joka on sijoitettu alipainekammion (2) sisäpinnan ja reaktiokammion (4) ulkopinnan väliseen tilaan, 10 lämpötilaerojen tasoittamiseksi ja/tai säätämiseksi alipainekammion (2) sisällä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on aikaansaatu lämpöä johtavasta materiaalista lämpötilaerojen tasoittamiseksi alipainekammion (2) sisälle lämmönjohtumisen avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on sijoitettu alipainekammion (2) ja sen sisäpuolella olevan reaktiokammion (4) väliseen tilaan (6).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on sijoitettu läm- 20 mitysvälineiden ja reaktiokammion (4) väliin.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on asennettu alipainekammion (2) sisäpinnalle tai reaktiokammion (4) ulkopinnalle.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen kaasukas-25 vatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on sovitettu co siirtämään lämpöä alipainekammion (2) sisällä kuumalta vyöhykkeeltä viileäm- ^ mälle vyöhykkeelle tai pois alipainekammion (2) sisältä, ώ

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kaasukasvatusreaktori, t u n - ό nettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on sovitettu siirtämään lämpöä CO x 30 pois alipainekammion (2) yläosasta.

* 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen kaasukasvatusreaktori, g) tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on sovitettu ulottumaan olen- g naisesti vaakasuorasi! alipainekammion (2) yläosassa lämmön siirtämiseksi o alipainekammion (2) yläosassa kohti alipainekammion (2) päätyseinämiä (3, 5) 35 tai pois alipainekammion (2) sisältä.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen kaasukasva-tusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on sovitettu siirtämään lämpöä luonnolliseen konvektioon nähden vastakkaisessa suunnassa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kaasukasvatusreaktori, tun-5 nettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on sovitettu ulottumaan ainakin osittain pystysuorasti tai kulmassa pystysuoraan suuntaan nähden alipainekammion (2) sisällä lämmön siirtämiseksi alipainekammion (2) yläosasta alipainekammion (2) alaosaan tai pois alipainekammion (2) sisältä.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-10 mukainen kaa-10 sukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on muodostettu alipainekammion (2) sisäpinnalle aikaansaatuna vuorauksena, joka peittää ainakin osan alipainekammion (2) sisäpinnasta.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-11 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on aikaan- 15 saatu reaktiokammion (4) ulkopinnalle aikaansaatuna vuorauksena, joka peittää ainakin osan reaktiokammion (4) ulkopinnasta.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-12 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on passiivinen lämmönsiirtoelementti.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-12 mukainen kaasukas vatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementtiin (8) on kytketty termoelementti lämmönsiirtoelementin (8) lämpötilan säätöä varten.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti (8) on kytketty toiminnallisesti re-25 aktorin lämmitysvälineisiin lämmönsiirtoelementin (8) lämpötilan säätämiseksi tai lämmönsiirtoelementti (8) on kytketty toiminnallisesti kaasukasva-5 tusreaktorin lämmitysvälineisiin alipainekammion (2) ja/tai reaktiokammion (4) C\J ^ lämpötilan säätämiseksi.

° 16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen kaasukasvatusreaktori, o 00 30 tunnettu siitä, että termoelementti käsittää takaisinkytkennän, jossa läm- | mönsiirtoelementin (8) lämpötilaa säädetään reaktiokammion (4), alipainekam- o) mion (2) tai substraattien lämpötilan mukaisesti. CO

^ 17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-17 mukainen kaasu- o kasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti on aikaansaa- 00 35 tu alumiinista, kuparista, berylliumista, molybdeenistä, zirkoniumista, wolfra- mista, sinkistä tai niiden yhdisteistä.

18. Kaasukasvatusreaktori kaasukasvatusmenetelmää varten, jossa menetelmässä substraatin pinta altistetaan vuoroittaisille lähtöaineiden pinta-reaktioille, joka kaasukasvatusreaktori käsittää alipainekammion (2), alipainekammion (2) sisälle asennetun reaktiokammion (4), sekä lämmitysvälineet re-5 aktiokammion (4) epäsuoraksi lämmittämiseksi, tunnettu siitä, että kaasukasvatusreaktori käsittää lisäksi lämpöä johtavasta materiaalista aikaansaadun lämmönsiirtoelementin, joka on aikaansaatu rakenteellisesti valmistamalla reaktiokammion (4) ja/tai alipainekammion (2) rakenteesta oleellisesti paksumpi kuin mitä niiden toiminnallisuus vaatii.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementtiin on kytketty termoelementti lämmönsiirtoelementin lämpötilan säätöä varten.

20. Patenttivaatimuksen 18 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti on kytketty toiminnallisesti reak- 15 torin lämmitysvälineisiin lämmönsiirtoelementin lämpötilan säätämiseksi tai lämmönsiirtoelementti on kytketty toiminnallisesti kaasukasvatusreaktorin lämmitysvälineisiin alipainekammion (2) ja/tai reaktiokammion (4) lämpötilan säätämiseksi.

21. Patenttivaatimuksen 19 tai 120 mukainen kaasukasvatusreakto- 20 ri, tunnettu siitä, että termoelementti käsittää takaisinkytkennän, jossa lämmönsiirtoelementin lämpötilaa säädetään reaktiokammion (4), alipainekammion (2) tai substraattien lämpötilan mukaisesti.

22. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 18-21 mukainen kaasukasvatusreaktori, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelementti on aikaansaa- 25 tu alumiinista, kuparista, berylliumista, molybdeenistä, zirkoniumista, wolfra-mistä, sinkistä tai niiden yhdisteistä, δ C\J i CO o o CO X cc CL CD CO δ CD O O C\l