KR100929866B1 - 정전분무 기화기 - Google Patents

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    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
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Abstract

본 발명은 반응액체의 전기수력학적 분무에 의하여 미세한 액적비말 및 증기분자를 효율적으로 생성할 수 있는 정전분무 기화기를 개시한다. 본 발명은 유로와 출구를 갖는 하우징과, 하우징의 상류에 다량의 전구체들을 포함하고 있는 반응액체를 공급하는 반응액체 공급수단과, 하우징의 상류에 반응액체 공급수단과 연결되도록 장착되어 있고 반응액체를 그 내부로 유동하여 유로에 분출하는 분사수단과, 분사수단과의 사이에 정전기를 발생하도록 분사수단의 하류에 배치되어 있는 유도수단과, 분사수단으로부터 분출되는 반응액체에 정전기가 유도되어 액적비말들이 생성되도록 분사수단과 유도수단 중 어느 하나에 고전압을 인가하는 전원공급수단과, 분사수단과 유도수단 중 다른 하나에 정전기의 발생에 의하여 유도되는 전류를 측정하는 전위계와, 액적비말들의 증발에 의하여 증기분자들이 생성되도록 열에너지를 가하는 가열수단을 구비한다. 또한, 본 발명은 하우징의 상류에 유로를 따라 액적비말들과 증기분자들을 운반하는 캐리어가스를 공급하도록 연결되어 있는 캐리어가스 공급수단과, 반응액체와 캐리어가스의 유량을 제어하는 제어기와, 액적비말들과 증기분자들의 몰농도를 측정하는 몰농도 모니터를 구비한다. 본 발명에 의하면 반응액체의 전기수력학적 분무에 의하여 미세한 액적비말 및 증기분자를 효율적으로 생성할 수 있으며, 액적비말의 평균 크기와 증기의 몰농도가 균일하여 공정품질을 크게 향상시킬 수 있고, 몰농도를 정확하게 제어할 수 있다.

Description

정전분무 기화기{ELECTROSPRAY VAPORIZER}
본 발명은 정전분무 기화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응액체의 전기수력학적 분무에 의하여 미세한 액적비말 및 증기분자를 효율적으로 생성할 수 있는 정전분무 기화기에 관한 것이다.
반도체소자, 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 인쇄회로기판 등은 웨이퍼(Wafer), 기판(Substrate) 등에 다양한 성분의 박막(Film)을 증착하여 제조하고 있다. 일례로 반도체소자의 퀀텀도트(Quantum Dot)는 나노미터 크기의 금속입자(Metal Particle) 또는 전자풀(Electron Pool)을 웨이퍼에 증착하여 제조하고 있다. 나노결정(Nanocrystal)의 금속입자는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD), 초미립자 분리기(Differential Mobility Analyzer, DMA) 등 다양한 방법에 의하여 생성하고 있다.
화학기상증착은 미국특허 제6,805,907호의 증기발생과 박막증착장치 및 방법에 개시되어 있다. 이 특허문헌의 박막증착장치는 분무기(Atomizer), 증발체임버(Vaporization Chamber)와 화학기상증착 체임버(CVD Chamber)로 구성되어 있다. 금속물질을 포함하고 있는 반응액체(Reagent Liquid)와 캐리어가스(Carrier Gas)는 분무기에 공급되고, 분무기는 반응액체와 캐리어가스를 분사하여 에어로졸(Aerosol) 또는 액적비말(Droplet Spray)을 생성한다. 에어로졸은 증발체임버에 공급되어 증발되고, 증발체임버에서 생성되는 증기(Vapor) 속의 입자는 화학기상증착 체임버에 공급되어 제품에 증착된다.
그러나 상기한 특허문헌의 박막증착장치에 의하여 생성되는 액적비말의 평균 크기가 약 3.5㎛으로 비교적 크기 때문에 공정품질(Process Quality)의 관리가 곤란하고, 불량의 원인이 되는 문제가 있다. 또한, 증기의 몰농도가 불균일하여 입자의 증착속도(Deposition Rate)와 박막의 균일도(Uniformity)가 낮으며, 증기의 몰농도를 정확하게 제어하기 곤란한 단점이 있다. 분무기의 오리피스(Orifice)는 입자에 의하여 막힘(Clogging)이 쉽게 발생된다. 따라서 입자의 막힘이 발생되어 있는 오리피스는 주기적으로 크리닝(Cleaning)하여야 하므로, 유지보수가 곤란하고, 수명이 단축되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 반응액체의 전기수력학적 분무(Electrohydrodynamic Spray, EHD Spray)에 의하여 미세한 액적비말 및 증기분자를 효율적으로 생성할 수 있는 정전분무 기화기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 액적비말과 증기분자의 평균 크기와 몰농도를 균일하게 생성할 수 있는 정전분무 기화기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 반응액체의 전기수력학적 분무 시 정전기에 의하여 유도되는 전류를 측정할 수 있는 정전분무 기화기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 액적비말과 증기분자의 몰농도를 측정할 수 있는 정전분무 기화기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 액적비말과 증기분자의 몰농도를 정확하게 제어할 수 있는 정전분무 기화기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 오리피스의 막힘이 방지되어 유지보수성이 향상되고, 수명이 보장되는 정전분무 기화기를 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 유로와 출구를 갖는 하우징과; 하우징의 외측에 설치되어 있으며, 하우징의 상류에 다량의 전구체들을 포함하고 있는 반응액체를 공급하는 반응액체 공급수단과; 하우징의 상류에 반응액체 공급수단과 연결되도록 장착되어 있고, 반응액체를 그 내부로 유동하여 유로에 분출하는 분사수단과; 분사수단과의 사이에 정전기를 발생하도록 분사수단의 하류에 배치되어 있는 유도수단과; 분사수단으로부터 분출되는 반응액체에 정전기가 유도되어 액적비말들이 생성되도록 분사수단과 유도수단 중 어느 하나에 고전압을 인가하는 전원공급수단과; 분사수단과 유도수단 중 다른 하나에 정전기의 발생에 의하여 유도되는 전류를 측정하는 전위계와; 액적비말들의 증발에 의하여 증기분자들이 생성되도록 유로에 열에너지를 가하는 가열수단과; 하우징의 상류에 유로를 따라 출구를 향하여 액적비말들과 증기분자들을 운반하는 캐리어가스를 공급하도록 연결되어 있는 캐리어가스 공급수단과; 반응액체와 캐리어가스의 유량을 제어할 수 있도록 반응액체 공급수단, 전위계와 캐리어가스 공급수단에 연결되어 있는 제어기와; 하우징의 하류에 액적비말들과 증기분자들의 몰농도를 측정할 수 있도록 연결되어 있으며, 몰농도를 제어기에 입력하는 몰농도 모니터로 이루어지는 정전분무 기화기에 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 정전분무 기화기에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 정전분무 기화기는 외관을 구성하는 하우징(10)을 구비한다. 하우징(10)은 유체의 흐름을 위한 유로(12)와 유로(12)에 연결되어 있는 출구(14)를 갖는다. 하우징(10)의 출구(14)는 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), EL(Electro Luminescent) 등 평면디스플레이장치의 제조를 위하여 프로세스 체임버(process chamber)에 연결될 수 있다. 하우징(10)의 상류 외면에 유로(12)와 연결되는 복수의 포트(Port: 16)들이 형성되어 있으며, 상단에 유로(12)의 상류를 차단하는 절연체(18)가 장착되어 있다. 하우징(10)은 유체의 수송이 가능하도록 속이 빈 중공관(Hollow Pipe), 덕트(Duct) 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 정전분무 기화기는 하우징(10)의 외측에 설치되어 있는 반응액체 공급장치(20)를 구비한다. 반응액체 공급장치(20)는 하우징(10)의 상류에 다량의 전구체(Precursor: P1)들을 포함하고 있는 반응액체(L)를 공급한다. 반응액체 공급장치(20)는 반응액체(L)를 저장하는 리저버(Reservoir: 22)와, 리저버(22)에 저장되어 있는 반응액체(L)를 펌핑(Pumping)하여 공급하는 펌프(24)와, 펌프(24)로부터 공급되는 반응액체(L)의 유량을 제어하는 유량제어기(Liquid Flow Controller, LFC: 26)로 구성되어 있다. 펌프(24)는 액체의 유량을 조절하여 공급하는 시린지 펌프(Syringe Pump)로 구성될 수 있다. 전구체(P1)들은 전기수력학적 분무에 의하여 수십 나노미터 내지 수 마이크로미터 크기의 미세한 액적비말(S)들 및 증기분자(P2)들을 다량으로 생성할 수 있는 예를 들어, TEOS(Tetraethoxyorthosilicate, Si(OCH2(H3)4), TTIP(Titanium Tetraisopropoxide, Ti(OC3H7)4) 등이 사용될 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 하우징(10)의 상류에 반응액체 공급장치(20)로부터 공급되는 반응액체(L)를 그 내부로 유동하여 유로(12)에 분사하는 분사수단으로 노즐(Nozzle: 30)이 장착되어 있다. 노즐(30)의 노즐구멍(32)은 유량제어기(26)와 파이프라인(Pipeline: 28)에 의하여 연결되어 있다. 노즐(30)의 팁(Tip: 34)은 하우징(10)의 유로(12)에 진입되어 있다. 도 1에 노즐(30)은 절연체(18)의 중앙을 관통하여 한 개가 장착되어 있는 것이 도시되어 있으나, 노즐(30)은 두 개 이상이 장착될 수 있다. 도 1에 노즐(30)은 노즐구멍(32)이 한 개인 단공노즐(Sing Hole Nozzle)이 도시되어 있으나, 노즐(30)은 여러 개의 노즐구멍(32)을 갖는 다공노즐(Multi Hole Nozzle)로 구성될 수 있다. 또한, 도 1에 노즐(30)은 원형 단면을 갖는 실린더형으로 구성되어 있는 것을 도시되어 있으나, 노즐(30)은 반응액체(L)를 분사할 수 있는 형상을 갖는 단면, 예를 들어 슬릿형 노즐(Slot Type Nozzle), 오리피스를 갖는 튜브, 모세관(Capillary Tube) 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 정전분무 기화기는 노즐(12)로부터 분출되는 반응액체(L)에 정전기를 유도하여 반응액체(L)의 전기수력학적 분무에 의하여 액적비말(S)들을 생성하고 액적비말(S)들의 흐름을 유도하는 유도수단을 구비한다. 유도수단은 노즐(12)의 하류에 배치되도록 하우징(10)의 유로(12)에 장착되어 있는 도전성을 갖는 다공판(40)으로 구성되어 있다. 액적비말(S)들은 다공판(40)의 구멍(42)들을 통과하여 하우징(10)의 출구(14)를 향하여 유동된다. 유도수단은 도전성을 갖는 메시(Mesh)로 구성될 수 있다.
본 발명의 정전분무 기화기는 반응액체(L)의 전기수력학적 분무에 의하여 생성되는 액적비말(S)들의 증발을 위하여 하우징(10)의 유로(12)에 열에너지를 가하는 가열장치(50)를 구비한다. 도 1에 가열장치(50)는 다공판(40)의 하류에 배치되도록 하우징(10)의 유로(12)에 장착되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 가열장치(50)는 하우징(10)의 외면 또는 노즐(30)과 다공판(40) 사이에 배치되도록 장착될 수 있다. 가열장치(50)는 히터(Heater: 52)로 구성될 수 있다. 또한, 가열장치(50)는 하우징(10)의 출구(14)에 연결되어 있으며 히터 또는 버너가 장착되어 있는 히팅체임버(Heating Chamber)로 구성될 수 있다.
본 발명의 정전분무 기화기는 노즐(30)과 다공판(40) 사이에 정전기의 발생을 위하여 다공판(40)에 고전압을 인가하는 전원공급장치(60)를 구비한다. 전원공급장치(60)는 도선(62)에 의하여 다공판(40)에 연결되어 있다. 저항기(64)는 도선(62)에 연결되어 전원공급장치(60)로부터 다공판(40)에 인가되는 고전압을 제어한다. 전위계(Electrometer: 70)는 정전기의 발생에 의하여 노즐(30)에 유도되는 전류를 측정할 수 있도록 노즐(30)에 연결되어 있다. 저항기(74)는 도선(72)에 연결되어 전류를 제어한다.
하우징(10)의 출구(14)와 근접하도록 미세한 액적비말(S)들 및 증기분자(P2)들의 몰농도(Mole Concentration)를 측정하는 몰농도 모니터(Mole Concentration Monitor: 80)가 연결되어 있다. 몰농도 모니터(80)의 샘플링튜브(Sampling Tube: 82)는 하우징(10)의 출구(14)와 근접하는 하우징(10)의 외면에 연결되어 있다. 몰농도 모니터(80)는 응축입자계수기(Condensation Particle Counter), 응축핵계수기(Condensation Nucleus Counter)로 구성될 수 있다.
본 발명의 정전분무 기화기는 하우징(10)의 상류에 연결되어 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급장치(90)를 구비한다. 캐리어가스 공급장치(90)는 Ar, N2, He 등의 캐리어가스를 저장하는 리저버(92)와, 리저버(92)의 캐리어가스를 압축하여 공급하는 컴프레서(Compressor: 94)와, 캐리어가스의 질량유량을 제어하여 공급하는 질량유량제어기(Mass Flow Controller, MFC: 96)로 구성되어 있다. 컴프레서(94)는 펌프로 구성될 수 있다. 질량유량제어기(96)는 파이프라인(98)에 의하여 하우징(10)의 상류에 연결되어 있다. 하우징(10)의 포트(16)들은 노즐(30)의 팁(34)보다 하우징(10)의 상류에 형성되어 있다. 캐리어가스 공급장치(90)의 작동에 의하여 하우징(10)의 상류에 공급되는 캐리어가스는 하우징(10)의 유로(12)를 따라 출구(14)를 향하여 액적비말(S)들과 증기분자(P2)들을 운반한다.
도 3을 참조하면, 제어기(100)는 반응액체 공급장치(20)의 유량제어기(26), 전위계(70), 몰농도 모니터(80)와 캐리어가스 공급장치(90)의 질량유량제어기(96)에 연결되어 있다. 전위계(70)의 작동에 의하여 측정되는 노즐(30)의 전류와 몰농 도 모니터(80)의 작동에 의하여 측정되는 액적비말(S)들과 증기분자(P2)들의 몰농도는 제어기(100)에 입력된다. 제어기(80)는 전위계(70)와 몰농도 모니터(80)로부터 입력되는 데이터를 프로세싱하여 반응액체 공급장치(20)의 유량제어기(26)와 캐리어가스 공급장치(90)의 질량유량제어기(96)의 작동을 제어한다. 제어기(100)는 컴퓨터로 구성될 수 있다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 정전분무 기화기에 대한 작용을 설명한다.
도 1을 참조하면, 반응액체 공급장치(20)의 펌프(24)가 작동되면, 리저버(22)에 저장되어 있는 반응액체는 유량제어기(26)에 공급된다. 유량제어기(26)는 반응액체의 유량을 제어하여 파이프라인(28)을 통하여 노즐(30)의 노즐구멍(32)에 공급한다. 반응액체(L)는 노즐(30)의 노즐구멍(32)을 통하여 하우징(10)의 유로(12)에 분출된다.
도 2를 참조하면, 전원공급장치(60)의 작동에 의하여 다공판(40)에 고전압이 인가되면, 노즐(30)과 다공판(40) 사이에 전기장이 발생된다. 전기장의 발생에 의하여 노즐(30)에서 분출되는 반응액체(L)에 정전기가 유도되고, 반응액체(L)의 정수압력(Hydrostatic Pressure)과 표면장력(Surface Tension)이 정전기력에 의하여 붕괴된다. 노즐(30)의 팁(34)에 형성되는 액적(D)의 형상은 정전기력에 따라 변화된다. 노즐(30)의 노즐구멍(32)을 통하여 분출되는 액적(D)은 팁(34)에서 콘(Cone) 형상을 이루고, 콘의 정점에서 다량의 액적비말(S)이 분출되는 콘-제트모드(Cone-Jet Mode)가 실행된다. 액적비말(S)들은 매우 높은 하전량을 보유하므로, 쿨롱반발 력(Coulombic Repulsion)에 의하여 수십 나노미터 내지 수 마이크로미터 크기로 자기분산(Self-dispersion)되고, 액적비말(S)들간 응집(Coagulation)이 최소화된다. 이와 같은 반응액체(L)의 전기수력학적 분무에 의하여 액적비말(S)들의 크기와 분산도를 간편하고 정확하게 제어할 수 있다. 반응액체(L)의 전기수력학적 분무에 의하여 오리피스의 막힘이 방지되어 운전성 및 유지보수성이 향상되고, 수명이 보장된다. 또한, 액적비말(S)의 평균 크기와 증기의 몰농도가 균일하여 공정품질이 크게 향상된다.
도 1과 도 3을 참조하면, 액적비말(S)들은 정전기의 발생에 의하여 양극(+) 또는 음극(-)을 띠게 된다. 다공판(40)이 띠는 극성과 반대의 극성을 띠는 액적비말(S)들은 유로(12)를 따라 노즐(30)로부터 다공판(40)을 향하여 유동된다. 액적비말(S)들은 다공판(40)의 구멍(42)들을 통과하여 하우징(10)의 하류로 유동된다. 노즐(30)과 다공판(40) 사이에 정전기가 발생되면, 노즐(30)에 전류가 유도된다. 전위계(70)는 노즐(30)에 유도되는 전류를 측정하여 제어기(100)에 입력한다.
히터(52)가 작동되어 하우징(10)의 유로(12)에 열에너지가 가해지면, 액적비말(S)들이 증발된다. 전구체(P)가 포함되어 있는 액적비말(S)들의 증발에 의하여 다량의 증기분자(P2)들이 생성된다. 캐리어가스 공급장치(90)의 컴프레서(94)가 작동되면, 리저버(92)에 저장되어 있는 캐리어가스는 질량유량제어기(96)에 공급된다. 질량유량제어기(96)는 캐리어가스의 질량유량을 제어하여 파이프라인(98)과 포트(16)들을 통하여 하우징(10)의 유로(12)에 공급한다. 캐리어가스는 포트(16)들을 통과하여 노즐(30)의 팁(34)의 상류로부터 출구(14)를 향하여 유동되면서 기류를 발생한다. 액적비말(S)들과 증기분자(P2)들은 캐리어가스의 기류를 따라 출구(14)를 향하여 유동되고, 출구(14)를 통하여 배출되는 증기분자(P2)들은 하류의 프로세스 체임버로 공급된다.
하우징(10)의 출구(14)를 향하여 유동되던 액적비말(S)들과 증기분자(P2)들 중 일부는 샘플링튜브(82)를 통하여 몰농도 모니터(80)에 공급된다. 몰농도 모니터(80)는 샘플링튜브(82)를 통하여 공급되는 액적비말(S)들과 증기분자(P2)들의 몰농도를 측정하여 제어기(100)에 입력한다. 제어기(100)는 전위계(70)로부터 입력되는 노즐(30)의 전류와 몰농도 모니터(80)로부터 입력되는 액적비말(S)들과 증기분자(P2)들의 몰농도를 프로세싱하여 유량제어기(26)와 질량유량제어기(96)의 작동을 제어한다. 전류와 몰농도의 측정에 의하여 전류와 몰농도 사이의 상관관계를 산출할 수 있다. 전류와 몰농도의 상관관계는 반응액체(L)와 캐리어가스의 유량에 의하여 제어할 수 있다. 따라서 액적비말(S)들과 증기분자(P2)들의 몰농도를 정확하게 제어할 수 있다.
도 4에는 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 제2 실시예의 정전분무 기화기는 하우징(10), 반응액체 공급장치(20), 노즐(30), 다공판(40), 가열장치(50), 전원공급장치(160), 전위계(170), 몰농도 모니터(80), 캐리어가스 공급장치(90)와 제어기(100)로 구성되어 있다. 제2 실시예의 정전분무 기화기의 하우징(10), 반응액체 공급장치(20), 노즐(30), 다공판(40), 가열장치(50), 몰농도 모니터(80), 캐리어가스 공급장치(90)와 제어기(100)는 일 실시예의 정전분무 기화기와 동일하게 구성되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제2 실시예의 정전분무 기화기의 전원공급장치(160)는 도선(162)에 의하여 노즐(30)에 연결되어 있다. 저항기(164)는 도선(162)에 연결되어 전원공급장치(160)로부터 노즐(30)에 인가되는 고전압을 제어한다. 전위계(170)는 정전기의 발생에 의하여 다공판(40)에 유도되는 전류를 측정할 수 있도록 다공판(40)에 연결되어 있다. 저항기(174)는 도선(172)에 연결되어 전류를 제어한다.
전원공급장치(160)의 작동에 의하여 노즐(30)에 고전압이 인가되면, 노즐(30)과 다공판(40) 사이에 전기장이 형성된다. 전기장의 형성에 의하여 노즐(30)에서 반응액체(L)의 반응액체(L)의 전기수력학적 분무가 이루어진다. 전위계(70)는 다공판(40)에 유도되는 전류를 측정하여 제어기(100)에 입력한다. 제어기(100)는 전위계(70)로부터 입력되는 다공판(40)의 전류와 몰농도 모니터(80)로부터 입력되는 액적비말(S)들과 증기분자(P2)들의 몰농도를 프로세싱하여 유량제어기(26)와 질량유량제어기(96)의 작동을 제어한다.
도 5에는 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 제3 실시예에서 분사수단의 구성이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 분사수단은 4개의 노즐(130a~130d)들이 중공형 연결관(136)에 의하여 일체형으로 연결되어 있다. 도 5에는 4개의 노즐(130a~130d)들이 도시되어 있으나, 노즐의 개수는 필요에 따라 가감될 수 있다. 연결관(136)은 전원공급장치(160)에 연결되어 있고, 다공판(40)은 전위계(170)에 연결되어 있다. 제3 실시예의 정전분무 기화기에 있어서 분사수단의 연결관(136)은 전위계(170)에 연결되고, 다공판(40)은 전원공급장치(160)에 연결될 수 있다.
전원공급장치(160)의 작동에 의하여 연결관(136)에 고전압이 인가되면, 노즐(130a~130d)들의 팁(134)과 다공판(40) 사이에 정전기가 발생되고, 노즐(130a~130d)들의 노즐구멍(132)을 통한 전기수력학적 분무에 의하여 다량의 액적비말(S)들이 생성된다. 액적비말(S)들은 열에너지에 의하여 증발되어 증기분자(P2)들이 생성되고, 증기분자(P2)들은 하류의 프로세스 체임버로 이송된다. 이와 같이 노즐(130a~130d)들의 팁(134)으로부터 전기수력학적 분무가 발생되어 하나의 노즐을 사용할 때보다 많은 양의 미세한 액적비말(S)들 및 증기분자(P2)들이 생성된다.
도 6에는 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 제4 실시예에서 분사수단의 구성이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 분사수단은 다공성 분사부재(230)로 구성되어 있다. 다공성 분사부재(230)는 미세한 다수의 기공(Pore: 232)들을 갖는다. 도 6에 다공성 분사부재(230)는 원통형으로 구성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 다공성 분사부재(230)는 원뿔형, 다각형, 원판형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 다공성 분사부재(230)는 전원공급장치(160)에 연결되어 있고, 다공판(40)은 전위계(170)에 연결되어 있다. 제4 실시예의 정전분무 기화기에 있어서 분사수단의 다공성 분사부재(230)는 전위계(170)에 연결되고, 다공판(40)은 전원공급장치(160)에 연결될 수 있다.
반응액체 공급장치(20)의 작동에 의하여 다공성 분사부재(230)에 반응액체가 공급되면, 반응액체(230)의 표면에 노출되어 있는 기공(232)들을 통하여 반응액체(230)가 분출된다. 전원공급장치(60)의 작동에 의하여 다공성 분사부재(230)에 고전압이 인가되면, 다공성 분사부재(230)와 다공판(40) 사이에 전기장이 형성되 고, 다공성 분사부재(230)의 기공(232)들을 통한 전기수력학적 분무에 의하여 다량의 액적비말(S)들이 생성된다. 액적비말(S)들은 열에너지에 의하여 증발되어 증기분자(P2)들이 생성되고, 증기분자(P2)들은 하류의 프로세스 체임버로 이송된다. 이와 같이 다공성 분사부재(230)의 기공(232)들로부터 전기수력학적 분무가 발생되어 많은 양의 미세한 액적비말(S)들 및 증기분자(P2)들이 효율적으로 생성된다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 정전분무 기화기에 의하면, 반응액체의 전기수력학적 분무에 의하여 미세한 액적비말 및 증기분자를 효율적으로 생성할 수 있으며, 액적비말의 평균 크기와 증기의 몰농도가 균일하여 공정품질을 크게 향상시킬 수 있다. 반응액체의 전기수력학적 분무 시 정전기에 의하여 유도되는 전류를 측정하고, 액적비말과 증기분자의 몰농도를 측정하여 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 반응액체의 전기수력학적 분무에 의하여 오리피스의 막힘이 방지되어 운전성 및 유지보수성이 향상되고, 수명이 보장되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 일 실시예의 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 작동을 설명하기 위하여 노즐의 구성을 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 작동을 제어하는 제어수단의 구성을 설명하기 위하여 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 제2 실시예의 구성을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 제3 실시예에서 분사수단의 구성을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 정전분무 기화기의 제4 실시예에서 분사수단 구성을 나타낸 단면도이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 하우징 12: 유로
14: 출구 20: 반응액체 공급장치
26: 유량제어기 30, 130a~130d: 노즐
32, 132: 노즐구멍 34, 134: 팁
40: 다공판 50: 가열장치
60, 160: 전원공급장치 70, 170: 전위계
80: 몰농도 모니터 70: 캐리어가스 공급장치
76: 질량유량제어기 100: 제어기
136: 연결관 140: 다공성 분사부재
142: 기공 D: 액적
L: 반응액체 S: 액적비말
P1: 전구체 P2: 증기분자

Claims (6)

  1. 유로와 출구를 갖는 하우징과;
    상기 하우징의 외측에 설치되어 있으며, 상기 하우징의 상류에 다량의 전구체들을 포함하고 있는 반응액체를 공급하는 반응액체 공급수단과;
    상기 하우징의 상류에 상기 반응액체 공급수단과 연결되도록 장착되어 있고, 상기 반응액체를 그 내부로 유동하여 상기 유로에 분출하는 분사수단과;
    상기 분사수단과의 사이에 정전기를 발생하도록 상기 분사수단의 하류에 배치되어 있는 유도수단과;
    상기 분사수단으로부터 분출되는 상기 반응액체에 정전기가 유도되어 액적비말들이 생성되도록 상기 분사수단과 상기 유도수단 중 어느 하나에 고전압을 인가하는 전원공급수단과;
    상기 분사수단과 상기 유도수단 중 다른 하나에 상기 정전기의 발생에 의하여 유도되는 전류를 측정하는 전위계와;
    상기 액적비말들의 증발에 의하여 증기분자들이 생성되도록 상기 유로에 열에너지를 가하는 가열수단과;
    상기 하우징의 상류에 상기 유로를 따라 상기 출구를 향하여 상기 액적비말들과 상기 증기분자들을 운반하는 캐리어가스를 공급하도록 연결되어 있는 캐리어가스 공급수단과;
    상기 반응액체와 상기 캐리어가스의 유량을 제어할 수 있도록 상기 반응액체 공급수단, 상기 전위계와 상기 캐리어가스 공급수단에 연결되어 있는 제어기와;
    상기 하우징의 하류에 상기 액적비말들과 상기 증기분자들의 몰농도를 측정할 수 있도록 연결되어 있으며, 상기 몰농도를 상기 제어기에 입력하는 몰농도 모니터로 이루어지는 정전분무 기화기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 분사수단은 노즐구멍과 상기 유로에 진입되어 있는 팁을 갖는 하나 이상의 노즐로 이루어지는 정전분무 기화기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 분사수단은 상기 유로에 상기 반응액체를 분출하는 다수의 기공들을 갖는 다공성 분사부재로 이루어지는 정전분무 기화기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응액체 공급수단은 상기 반응액체를 저장하는 리저버와 상기 리저버에 저장되어 있는 상기 반응액체를 펌핑하여 공급하는 펌프와 상기 펌프로부터 공급되는 상기 반응액체의 유량을 제어하여 상기 분사수단에 공급하며 상기 제어기에 연결되어 있는 유량제어기로 구성되어 있으며, 상기 유도수단은 다공판으로 이루어지고, 상기 가열수단은 상기 다공판의 하류에 배치되도록 상기 하우징의 유로에 장착되어 있는 히터로 이루어지는 정전분무 기화기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어가스 공급수단은 상기 캐리어가스를 저장하는 리저버와 상기 리저버에 저장되어 있는 상기 캐리어가스를 압축하여 공급하는 컴프레서와 상기 컴프레서로부터 공급되는 상기 캐리어가스의 유량을 제어하여 상기 하우징의 유로에 공급하며 상기 제어기에 연결되어 있는 유량제어기로 구성되어 있으며, 상기 유도수단은 다공판으로 이루어지고, 상기 가열수단은 상기 다공판의 하류에 배치되도록 상기 하우징의 유로에 장착되어 있는 히터로 이루어지는 정전분무 기화기.
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