KR102519577B1 - Ald 장치에 이용되는 반응기 - Google Patents

Ald 장치에 이용되는 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR102519577B1
KR102519577B1 KR1020200134138A KR20200134138A KR102519577B1 KR 102519577 B1 KR102519577 B1 KR 102519577B1 KR 1020200134138 A KR1020200134138 A KR 1020200134138A KR 20200134138 A KR20200134138 A KR 20200134138A KR 102519577 B1 KR102519577 B1 KR 102519577B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor
chamber
powder
gas
cover
Prior art date
Application number
KR1020200134138A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220050442A (ko
Inventor
안지환
조성은
남연수
오유근
안효진
조소영
고도현
Original Assignee
서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020200134138A priority Critical patent/KR102519577B1/ko
Publication of KR20220050442A publication Critical patent/KR20220050442A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102519577B1 publication Critical patent/KR102519577B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—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
    • C23C16/455—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 introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—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
    • C23C16/4417—Methods specially adapted for coating powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—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
    • C23C16/455—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 introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45555—Atomic layer deposition [ALD] applied in non-semiconductor technology
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

ALD(Atomic Layer Deposition) 장치에 이용되는 반응기에 있어서, 상기 반응기는, 분말을 수용하는 챔버 및 상기 챔버의 일단에 결합되는 커버를 구비하고, 상기 반응기는 상기 챔버를 회전시킴으로써 발생하는 회전 작용력 및 상기 반응기와 연결된 ALD 장치로부터 상기 챔버의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 가스 플로우를 이용하여 상기 분말을 교반시키고, 상기 반응기는 상기 ALD 장치에 장착 가능한 모듈식으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

ALD 장치에 이용되는 반응기{REACTOR USED FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 ALD(Atomic Layer Deposition) 장치에 이용되는 반응기에 관한 것이다.
분말 코팅은 나노 스케일부터 마이크로 스케일까지 다양한 크기의 분말(powder)에 전구체를 증착시키는 기술이다. 연료 전지, 촉매 변환기, 제약 등 여러 분야에서 분말을 코팅하여 이용함으로써 재료 성능의 향상을 기대할 수 있다. 종래의 ALD 프로세스는 고정된 평판에서 진행되는 반면, 분말 코팅은 무작위하게 움직이는 분말에 대하여 균일하게 반응을 유도해야 한다는 점에서 기술적 난이도가 높다.
분말의 코팅 처리는 일반적으로, 전구체를 투입하여 전구체와 타겟 분말을 반응시키는 단계, 잔여 반응물을 제거(퍼지)하는 단계, 반응체를 투입하여 반응체와 분말을 다시 반응시키는 단계 및 잔여 반응물을 제거(퍼지)하는 단계를 통해 이루어진다.
ALD 장치에 있어서 반응기를 이용하여 분말의 코팅 처리가 이루어진다. 분말이 전구체 가스 등과 효과적으로 반응하기 위해서, 반응기의 내부에서 분말을 무작위적으로 움직이게 하여 분말과 가스의 접촉 면적을 증가시켜야 한다. 즉, 분말을 효과적으로 교반시키는 기술이 요구된다.
회전 반응기(rotary reactor)는 모터에 의한 반응기의 회전 및 내부의 교반기를 이용하여 분말을 교반시킨다. 종래의 회전 반응기는 분말의 종류와 무관하게 고정된 형태의 교반기를 가진다. 그러나, 반응기의 회전 및 고정된 형태의 교반기로는 분말이 충분히 교반되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 분말의 종류마다 적합한 회전 반응기를 구비하기에는 공간적 제약 및 비용적 측면에서 어려움이 있었다.
한국공개특허 제 2017-0026207호 (2017.03.08 공개)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분말을 수용하는 챔버 및 챔버의 일단에 결합되는 커버를 구비하고, 챔버를 회전시킴으로써 발생하는 회전 작용력 및 반응기와 연결된 ALD 장치로부터 챔버의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 가스 플로우를 이용하여 분말을 교반시키고, ALD 장치에 장착 가능한 모듈식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반응기를 제공하고자 한다.
분말을 효과적으로 교반시킬 수 있는 반응기를 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, ALD(Atomic Layer Deposition) 장치에 이용되는 반응기에 있어서, 상기 반응기는, 분말을 수용하는 챔버 및 상기 챔버의 일단에 결합되는 커버를 구비하고, 상기 반응기는 상기 챔버를 회전시킴으로써 발생하는 회전 작용력 및 상기 반응기와 연결된 ALD 장치로부터 상기 챔버의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 가스 플로우를 이용하여 상기 분말을 교반시키고, 상기 반응기는 상기 ALD 장치에 장착 가능한 모듈식으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 커버는 상기 분말의 유출을 방지하는 메시 구조를 포함하고, 상기 챔버의 내부로 주입된 가스는 상기 커버의 메시 구조를 통해 상기 챔버의 외부로 배출될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반응기는 상기 챔버의 내부에 장착되는 교환 가능한 하나 이상의 블레이드를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 블레이드는 상기 분말의 종류 및 크기에 따라 직각 삼각형, 사분원호, 이등변 삼각형, 샥스핀(shark's fin) 중 어느 하나에 해당하는 단면 형상으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반응기는 상기 커버와 연결되는 코니컬 구조를 통해 상기 ALD 장치와 결합되고, 상기 코니컬 구조는 상기 ALD 장치 측의 단면적이 상기 반응기 측의 단면적보다 넓은 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 ALD 장치로부터 상기 챔버의 내부로 주입되는 가스는 상기 코니컬 구조를 통과함으로써 유속이 증가할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가스 플로우는 상기 코니컬 구조를 통과하여 상기 챔버의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 난류를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반응기는 상기 챔버의 다른 일단에 결합되어 상기 챔버를 회전시키는 모터와 연결되어 있는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반응기는 상기 챔버가 회전하는 회전축과 평행하는 방향으로 상기 챔버를 수평 운동시키는 수평 운동 기구와 더 연결되고, 상기 수평 운동에 의해 발생하는 수평 작용력을 이용하여 상기 분말을 더 교반시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수평 운동 기구는 서로 회전하면서 맞물리는 래칫 구조를 포함하는 두 개의 래칫 플레이트 및 상기 래칫 구조가 맞물리는 부분의 내부에 위치하는 스프링을 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 분말을 수용하는 챔버 및 챔버의 일단에 결합되는 커버를 구비하고, 챔버를 회전시킴으로써 발생하는 회전 작용력 및 반응기와 연결된 ALD 장치로부터 챔버의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 가스 플로우를 이용하여 분말을 교반시키고, ALD 장치에 장착 가능한 모듈식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반응기를 제공할 수 있다.
또한, 교환 가능한 블레이드를 포함하고 모듈식으로 구성되는 반응기를 제공함으로써 비용을 절감할 수 있다.
또한, 분말을 효과적으로 교반시킬 수 있는 반응기를 제공할 수 있다.
또한, 분말과 가스의 접촉 면적을 증가시킴으로써 고품질의 분말 코팅 처리를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기와 반응기에 연결되는 모터 및 코니컬 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 챔버 및 커버를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 챔버 및 블레이드를 도시한다.
도 4는 분말의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 블레이드를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기로 주입되는 가스의 흐름을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기로부터 배출되는 가스의 흐름을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 반응기가 분말을 교반시키는 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기 및 반응기에 연결되는 수평 운동 기구를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 중간에 다른 부재를 개재하여 연결되어 있는 경우와, 중간에 다른 소자를 사이에 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명에 따른 반응기는 ALD 장치에 이용되는 반응기일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 반응기는 ALD 장치에 있어서 분말(powder)에 전구체가 증착되어 분말을 코팅시키도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 반응기는 분말을 효과적으로 교반시키도록 구성될 수 있다. 이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(100)와 반응기(100)에 연결된 모터(200) 및 코니컬 구조(300)를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 반응기(100)의 일단에 모터(200)가 연결될 수 있고, 반응기(100)의 모터(200)가 연결된 측과 다른 일단에 코니컬 구조(300)를 통해 ALD 스테이션(400)이 연결될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반응기(100)는 챔버(110) 및 커버(120)를 구비할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버(110) 및 커버(120)를 도시한 도면으로, 도 2의 (a)를 참조하면, 챔버(110)는 일단이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다.
챔버(110)는 내부에 분말 및 가스를 수용할 수 있다. 여기서 분말은 코팅 대상이 되는 물질을 나타낼 수 있다. 가스는 전구체 가스, 반응체 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
커버(120)는 중앙부가 개방된 원판 형상을 가질 수 있다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 커버(120)는 챔버(110)의 개방된 일단에 결합될 수 있다. 챔버(110) 및 커버(120)는 예를 들어, 하나 이상의 볼트에 의하여 결합될 수 있다.
커버(120)는 챔버(110) 내에 수용된 분말의 유출을 방지하는 메시 구조를 포함할 수 있다. 메시 구조는 분말의 입자의 크기보다는 작고 가스의 입자의 크기보다는 큰 메시로 구성될 수 있다. 이에 의하여, 분말은 메시 구조를 통과하여 이동할 수 없으나, 가스는 메시 구조를 통과하여 이동할 수 있다.
일 실시예에서, 분말의 크기 및 종류에 따라 커버(120)에 하나 이상의 메시 구조가 추가될 수 있다. 예를 들어, 크기가 작은 분말의 유출을 방지하기 위하여 복수의 메시 구조가 겹으로 포함될 수 있다.
챔버(110)의 내부로 주입된 가스는 커버(120)의 메시 구조를 통해 챔버(110)의 외부로 배출될 수 있다.
반응기(100)는 챔버(110)의 내부에 장착되는 교환 가능한 하나 이상의 블레이드(130)를 더 포함할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(100)의 챔버(110) 및 블레이드(130)를 도시한다. 도 3의 (a)를 참조하면, 블레이드(130)는 특정의 단면 형상을 가지는 다각형 기둥 형상을 가질 수 있다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 블레이드(130)는 예를 들어, 하나 이상의 볼트에 의하여 챔버(110)의 내부에 장착될 수 있다.일 실시예에서, 반응기(100)는 네 개의 블레이드(130)를 포함할 수 있다. 네 개의 블레이드는 예를 들어, 동일한 간격, 즉 90° 간격으로 챔버(110)의 내부에 장착될 수 있다.
하나 이상의 블레이드는 분말의 종류 및 크기에 따라 교환될 수 있다. 예를 들어, 제 1 분말을 교반하는 경우에는 제 1 단면 형상을 가지는 블레이드를 챔버(110)의 내부에 장착하고, 제 2 분말을 교반하는 경우에는 제 2 단면 형상을 가지는 다른 블레이드를 장착할 수 있다.
본 발명에 따른 반응기(100)는 분말의 종류 및 크기에 따라 블레이드(130)를 교환할 수 있으므로, 최소한의 구조 변경으로 다양한 분말에 대하여 코팅 처리를 수행할 수 있다.
분말의 크기에 따라 우세하게 작용하는 힘이 달라질 수 있다. 예를 들어, 분말의 크기에 따라 반데르발스 힘 혹은 정전기력이 우세하게 작용할 수 있다.
표 1을 참조하면, 분말의 종류 및 크기에 따라 우세하게 작용하는 힘이 상이한 것을 실험적으로 확인한 결과가 나타난다.
Figure 112020109542119-pat00001
블레이드(130)는 분말의 종류 및 크기에 따라 단면 형상이 결정될 수 있다. 예를 들어, 블레이드(130)는 직각 삼각형, 사분원호, 이등변 삼각형, 샥스핀(shark's fin) 중 어느 하나에 해당하는 단면 형상을 가지는 것으로 결정될 수 있다.
도 4는 겔다트 다이어그램(Geldart diagram)을 도시한다. 도 4를 참조하면, 분말은 평균 입자 크기 및 상대 밀도에 따라 A 그룹, B 그룹, C 그룹 및 D 그룹으로 분류되고, 각 그룹은 다른 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, B 그룹에 속하는 분말은 유동이 원활히 일어날 수 있으나, C 그룹에 속하는 분말은 응집성이 강해 유동하기 어려운 분말일 수 있다.
따라서, 본 발명은 분말의 특성에 따라 블레이드(130)를 교환함으로써 분말을 효과적으로 교반시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(100)의 블레이드(130)를 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (a) 내지 (d)는 서로 다른 단면 형상을 갖는 블레이드가 장착된 챔버(110)의 단면을 도시한 도면이다.
도 5의 (a)는 챔버(110)의 내부에 단면 형상이 직각 삼각형인 블레이드(130a)를 장착한 경우를 도시하고, 도 5의 (b)는 챔버(110)의 내부에 단면 형상이 사분원호인 블레이드(130b)를 장착한 경우를 도시한다. 도 5의 (c)는 챔버(110)의 내부에 단면 형상이 샥스핀인 블레이드(130c)를 장착한 경우를 도시하고, 도 5의 (b)는 챔버(110)의 내부에 단면 형상이 이등변 삼각형인 블레이드(130d)를 장착한 경우를 도시한다.
블레이드의 단면의 형상은 도 5의 (a) 내지 (d)에 도시된 예에 제한되지 않고, 블레이드(130)는 분말의 종류 및 크기에 따라 분말을 효과적으로 교반시킬 수 있는 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
하기의 표 2는 수백 마이크로미터 스케일의 분말(소금)을 단면 형상이 다른 블레이드를 이용하여 교반한 결과를 비교한 표이다. 표 2를 참조하면, 수백 마이크로미터 스케일의 분말(소금)은 단면 형상이 사분원호(Quadrant(2))인 블레이드를 이용한 경우에 가장 효과적으로 교반되었다.
Figure 112020109542119-pat00002
또한, 하기의 표 3은 수십 마이크로미터 스케일의 분말(산화 알루미늄)을 단면 형상이 다른 블레이드를 이용하여 교반한 결과를 비교한 표이다. 표 3을 참조하면, 수십 마이크로미터 스케일의 분말(산화 알루미늄)은 단면 형상이 사분원호(Quadrant(2))인 블레이드를 이용한 경우에 가장 효과적으로 교반됨을 확인하였다.
Figure 112020109542119-pat00003
반응기(100)는 커버(120)와 연결되는 코니컬 구조(300)를 통해 ALD 장치와 결합될 수 있다. 분말(10)의 코팅을 위한 가스는 ALD 장치로부터 공급되고, 코니컬 구조(300)를 통해 반응기(100)의 내부로 주입될 수 있다. 커버(120)와 연결되는 코니컬 구조(300)에 의하여 ALD 장치로부터 반응기(100)로 주입되는 가스의 손실을 방지할 수 있다.
분말(10)의 코팅 처리를 위한 가스는 전구체 가스, 반응체 가스 및 퍼지 가스 중 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 반응기(100)의 커버(120)는 중앙부가 개방된 원환 형상을 가질 수 있다. 코니컬 구조(300)는 커버(120)의 개방된 중앙부에 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코니컬 구조(300)는 ALD 장치 측의 단면적이 반응기(100) 측의 단면적보다 넓은 것을 특징으로 할 수 있다. ALD 장치로부터 챔버(110)의 내부로 주입되는 가스는 코니컬 구조(300)를 통과함으로써 유속이 증가할 수 있다.
코니컬 구조(300)를 통과하여 챔버(110)의 내부로 주입되는 가스는 챔버(110)의 내부에 난류를 발생시킬 수 있다. 난류에 의하여, 분말의 교반이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(100)로 주입되는 가스의 흐름 및 반응기(100)로부터 배출되는 가스의 흐름을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 6 및 도 7에서 가스가 흐르는 방향은 화살표로 도시된다.
도 6을 참조하면, ALD 장치로부터 코니컬 구조(300)를 통과하여 반응기(100)의 내부로 주입될 수 있다. 가스가 ALD 장치 측으로부터 반응기(100) 측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 코니컬 구조(300)를 통과함으로써, 가스의 유속이 증가될 수 있다. 가스의 유속이 증가함으로써 가스가 반응기(100)까지 원활하게 전달될 수 있다.
또한, 가스는 챔버(110)의 내벽에 충돌하여 내부에서 되돌아 나오는 방향으로 흐르고, 챔버(110)의 내부에 난류를 발생시킬 수 있다. 반응기(100)로 주입되고, 반응기(100)로부터는 배출되는 가스의 흐름에 의해 분말(10)을 효과적으로 교반시킬 수 있다.
이어서 도 7을 참조하면, 가스는 반응기(100)의 커버(120)를 통해 배출될 있다. 커버(120)는 분말의 유출을 방지하는 메시 구조를 포함할 수 있다. 챔버(110)의 내부로 주입된 가스는 되돌아가는 방향으로 커버(120)를 통해 배출될 수 있다.
반응기(100)로부터 배출된 가스는 펌프(410)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
반응기(100)는 챔버(110)를 회전시키는 모터(200)와 연결되어 있을 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(200)는 챔버(110)에 커버(120)와 결합된 일단과 다른 챔버(110)의 일단에 결합되어 있을 수 있다.
모터(200)는 예를 들어, 컨버터로 교류 입력을 직류로 변환하고, 다이얼을 통해 가변 저항으로 조절하여 일정한 속도로 챔버(110)를 회전시킬 수 있다.
모터(200)에 의해 챔버(110)가 회전하는 속도는 분말의 크기 및 종류에 따라 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 반응기(100)는 내부에 수용된 분말을 교반시킬 수 있다. 구체적으로, 반응기(100)는 챔버(110)를 회전시킴으로써 발생하는 회전 작용력을 이용하여 분말을 교반시킬 수 있다. 반응기(100)는 반응기(100)와 연결된 ALD 장치로부터 챔버(110)의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 가스 플로우를 이용하여 분말을 교반시킬 수 있다.
여기서, 가스 플로우는 ALD 장치 측으로부터 반응기(100) 측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 코니컬 구조(300)를 통과함으로써 유속이 증가된 가스의 흐름을 의미할 수 있다. 가스 플로우는 코니컬 구조(300)를 통과하여 챔버(110)의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 난류를 포함할 수 있다.
가스 플로우를 이용함으로써 챔버(110) 내부의 분말의 응집 (agglomeration)을 최소화하고, 분말을 효과적으로 교반시킬 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 반응기(100)에 의해 내부에 수용된 분말(10)에 작용하는 힘을 예시적으로 도시한다.
도 8a는 챔버(110) 내부에 수용된 분말(10)에 작용하는 챔버(110)의 회전에 의해 발생하는 회전 작용력(610)을 도시한다. 회전 작용력(610)은 회전하는 챔버(110)의 법선 방향으로 작용할 수 있다. 회전 작용력(610)은 챔버(110)와 회전하는 회전축과 직교하는 평면 상에서만 작용하는 2차원적인 힘으로, 무작위하게 분말(10)을 교반시키는 데에는 한계가 있다.
도 8b는 챔버(110)의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 가스 플로우에 의해 분말에 작용하는 힘(620)을 도시한다. 가스 플로우에 의해 분말에 작용하는 힘(620)은 회전 작용력(610)이 작용하는 평면과 교차하도록 작용한다. 가스 플로우에 의해 분말에 작용하는 힘(620)에 의해 분말(10)의 웅집을 최소화하고, 보다 무작위하게 분말(10)을 교반시킬 수 있다.
도 8c는 챔버(110)의 회전에 의해 발생하는 회전 작용력(610) 및 가스 플로우에 의해 분말에 작용하는 힘(620)을 동시에 도시한다. 본 발명은 서로 다른 방향으로 작용하는 회전 작용력(610) 및 가스 플로우에 의해 분말에 작용하는 힘(620)을 모두 이용함으로써, 챔버(110) 내부에 수용된 분말을 효과적으로 교반시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 반응기(100)는 수평 운동 기구와 더 연결되어 있을 수 있다. 도 9를 참조하면, 수평 운동 기구(900)는 반응기(100)의 일단부에 연결될 수 있다.
수평 운동 기구(900)는 챔버(110)가 회전하는 회전축과 평행하는 방향으로 챔버(110)를 수평 운동시킬 수 있다. 도 9를 참조하면, 수평 운동 기구(900)가 챔버(110)를 수평 운동시키는 방향이 화살표로 도시된다.
수평 운동 기구(900)는 래칫 플레이트(910a 및 910b) 및 스프링(920)을 포함할 수 있다. 래칫 플레이트(910a 및 910b)는 서로 회전하면서 맞물리는 래칫 구조를 포함할 수 있다. 래칫 플레이트(910a 및 910b)는 래칫 구조에 의해 좌우로 미는 힘을 발생시킬 수 있다. 스프링(920)은 래칫 구조가 맞물리는 부분의 내부에 위치할 수 있다.
반응기(100)는 챔버(110)의 수평 운동에 의해 발생하는 수평 작용력을 이용하여 분말을 더 교반시킬 수 있다.
본 발명에 따른 반응기(100)는 ALD 장치에 장착 가능한 모듈식으로 구성될 수 있다. 따라서, 추가적으로 진공 장비, 캐니스터 등을 구비할 필요 없이 기존 ALD 스테이션에 반응기(100)를 장착하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 반응기(100)는 평판에서의 증착 방법에도 이용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
과제 번호: B0080625000433
부처명: 전라남도
연구관리전문기관: (재)전남지역사업평가단
연구사업명: 튜닝부품 선도기업 맞춤형 지원사업
연구과제명: 원자층 증착기술을 이용한 노후 경유차 미세먼지 저감을 위한 튜닝용 촉매/필터 개발
주관기관: ㈜ 아이비 머티리얼즈
연구기간: 2019-03-01 ~ 2021-02-28
기여율: 80%
100: 반응기
110: 챔버
120: 커버
130: 블레이드
200: 모터
300: 코니컬 구조
400: ALD 스테이션
900: 수평 운동 기구

Claims (10)

  1. ALD(Atomic Layer Deposition) 장치에 이용되는 반응기에 있어서,
    상기 반응기는,
    분말을 수용하는 챔버; 및
    상기 챔버의 일단에 결합되는 커버
    를 구비하고,
    상기 반응기는 상기 챔버를 회전시킴으로써 발생하는 회전 작용력 및 상기 반응기와 연결된 ALD 장치로부터 상기 챔버의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 가스 플로우를 이용하여 상기 분말을 교반시키고,
    상기 반응기는 상기 ALD 장치에 장착 가능한 모듈식으로 구성되고,
    상기 반응기는 상기 챔버가 회전하는 회전축과 평행하는 방향으로 상기 챔버를 수평 운동시키는 수평 운동 기구와 더 연결되고,
    상기 수평 운동에 의해 발생하는 수평 작용력을 이용하여 상기 분말을 더 교반시키고,
    상기 수평 운동 기구는
    서로 회전하면서 맞물리는 래칫 구조를 포함하는 두 개의 래칫 플레이트; 및
    상기 래칫 구조가 맞물리는 부분의 내부에 위치하는 스프링
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 상기 분말의 유출을 방지하는 메시 구조를 포함하고,
    상기 챔버의 내부로 주입된 가스는 상기 커버의 메시 구조를 통해 상기 챔버의 외부로 배출되는 것인, 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 챔버의 내부에 장착되는 교환 가능한 하나 이상의 블레이드를 더 포함하는 것인, 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 블레이드는 상기 분말의 종류 및 크기에 따라 직각 삼각형, 사분원호, 이등변 삼각형, 샥스핀(shark's fin) 중 어느 하나에 해당하는 단면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 커버와 연결되는 코니컬 구조를 통해 상기 ALD 장치와 결합되고,
    상기 코니컬 구조는 상기 ALD 장치 측의 단면적이 상기 반응기 측의 단면적보다 넓은 것을 특징으로 하는, 반응기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 ALD 장치로부터 상기 챔버의 내부로 주입되는 가스는 상기 코니컬 구조를 통과함으로써 유속이 증가하는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 플로우는 상기 코니컬 구조를 통과하여 상기 챔버의 내부로 주입되는 가스에 의해 발생하는 난류를 포함하는 것인, 반응기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 챔버의 다른 일단에 결합되어 상기 챔버를 회전시키는 모터와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020200134138A 2020-10-16 2020-10-16 Ald 장치에 이용되는 반응기 KR102519577B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200134138A KR102519577B1 (ko) 2020-10-16 2020-10-16 Ald 장치에 이용되는 반응기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200134138A KR102519577B1 (ko) 2020-10-16 2020-10-16 Ald 장치에 이용되는 반응기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220050442A KR20220050442A (ko) 2022-04-25
KR102519577B1 true KR102519577B1 (ko) 2023-04-13

Family

ID=81452112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200134138A KR102519577B1 (ko) 2020-10-16 2020-10-16 Ald 장치에 이용되는 반응기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102519577B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101868703B1 (ko) * 2016-12-14 2018-06-18 서울과학기술대학교 산학협력단 분말 코팅 반응기

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2965804A1 (en) * 2011-09-02 2016-01-13 Toyo Tanso Co., Ltd. Powder stirring device
KR101452262B1 (ko) * 2012-07-05 2014-10-21 (주)씨엔원 파우더 코팅 장치 및 코팅 방법
SG10201606973YA (en) 2015-08-31 2017-03-30 Ultratech Inc Plasma-enhanced atomic layer deposition system with rotary reactor tube

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101868703B1 (ko) * 2016-12-14 2018-06-18 서울과학기술대학교 산학협력단 분말 코팅 반응기

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220050442A (ko) 2022-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Longrie et al. Reactor concepts for atomic layer deposition on agitated particles: A review
van Ommen et al. Fluidization of nanopowders: a review
KR102519577B1 (ko) Ald 장치에 이용되는 반응기
US20130202790A1 (en) Method for fluidizing and coating ultrafine particles, device for fluidizing and coating ultrafine particles
CN101808738A (zh) 制备碳纳米管生产用的催化剂的方法
US10632449B2 (en) Method of mixing using an improved flow reactor
US20060214036A1 (en) Air-flow classification apparatus and method for classification
WO2019131675A1 (ja) マグネトプランバイト型六方晶フェライトの粒子及びその製造方法、並びに電波吸収体
US20100055008A1 (en) Screenless internals for radial flow reactors
WO1994014530A1 (en) Method of manufacturing fine ceramic particles and apparatus therefor
JP2021138598A (ja) 炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法
Kim et al. Synthesis of core–shell particles of nickel–manganese–cobalt hydroxides in a continuous Couette-Taylor crystallizer
US9789455B2 (en) Vortex mixing apparatus and method of use thereof
CN110383544A (zh) 涂覆氧化物材料的方法
JP2012163593A (ja) 現像剤供給装置
US4824753A (en) Carrier coated with plasma-polymerized film and apparatus for preparing same
Zhang et al. Small-molecule modification provides Pt nucleation sites for enhanced propane dehydrogenation performance
JP3197179B2 (ja) 攪拌装置
JP4734491B2 (ja) 流体移動装置
KR102517262B1 (ko) 경사면을 갖는 반응기 및 그를 포함하는 파우더 ald 장치
JPH0144374B2 (ko)
Chen et al. Catalysts via atomic layer deposition
JPS62160473A (ja) 現像装置
KR102517256B1 (ko) 내주면이 주름진 반응기 및 그를 포함하는 파우더 ald 장치
WO2023027263A1 (ko) 분말용 스퍼터 장치

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)