RU177522U1

RU177522U1 - MICRODOSING DEVICE FOR GASES

Info

Publication number: RU177522U1
Application number: RU2017118392U
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Гаврилов; Игорь Макарович Терашкевич; Всеволод Константинович Тузовский; Константин Анатольевич Тузовский; Владимир Орестович Жуковский; Сергей Анатольевич Морозов; Максим Юрьевич Найдин; Павел Витальевич Успенский
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2018-02-28

Abstract

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, более конкретно к технике дозирования микроколичеств газа в процессе наращивания тонких пленок методами химического осаждения из газовой фазы, хроматографии. Предлагается новое конструкторское решение дозатора, основанное на том, что внутренний объем корпуса и ротор имеют форму усеченного конуса с углом по отношению к оси вращения 6-7°. Ротор имеет выемки объемом 0,1-1 мл привод к электродвигателю. Конструкция позволяет увеличить производительность процесса, обслуживать несколько абонентов и может быть использована в процессе осаждения тонких пленок методами химического осаждения из газовой фазы, хроматографии. Показано, что дозировки прекурсора - триметилалюминия находятся на высоком уровне. Техническим результатом является обеспечение точной посадки ротора после предварительной шлифовки. 1 ил.The utility model relates to a control and measuring technique, and more particularly to a technique for dispensing trace amounts of gas in the process of growing thin films by chemical vapor deposition, chromatography. A new design solution of the dispenser is proposed, based on the fact that the internal volume of the housing and the rotor are in the form of a truncated cone with an angle relative to the axis of rotation of 6-7 °. The rotor has recesses with a volume of 0.1-1 ml drive to the electric motor. The design allows to increase the productivity of the process, serve several subscribers and can be used in the process of deposition of thin films by chemical vapor deposition, chromatography. It is shown that the dosages of the precursor trimethylaluminum are at a high level. The technical result is to ensure the exact landing of the rotor after preliminary grinding. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, более конкретно к технике дозирования микроколичеств газа в процессе наращивания тонких пленок методами химического осаждения из газовой фазы, хроматографии.The utility model relates to a control and measuring technique, and more particularly to a technique for dispensing trace amounts of gas in the process of growing thin films by chemical vapor deposition, chromatography.

Известны автоматические газовые дозаторы [1]. Они основаны на игольчатом клапане, приводимым в перемещение относительно отверстия в корпусе так, что при постоянном давлении исходного газа можно устанавливать переменные расходы за счет изменения площади проходного отверстия в пределах меньше 1 мл газа за один ход. Недостатком такого дозатора является невоспроизводимая от прибора к прибору нелинейность основной характеристики - давление - расход, вследствие неточности геометрических размеров иглы и отверстия, даже при прецизионной их обработке. Поэтому точность дозировки ограничивается 5-10%. Устройство способно обслуживать лишь единственного потребителя, что во многих случаях приводит к необходимости усложнения газовой схемы.Known automatic gas dispensers [1]. They are based on a needle valve that is moved relative to the hole in the housing so that at a constant pressure of the source gas, variable flow rates can be set by changing the area of the passage opening to within less than 1 ml of gas per stroke. The disadvantage of this dispenser is the non-linearity of the main characteristic irreproducible from device to device - pressure - flow rate, due to inaccuracy in the geometric dimensions of the needle and hole, even when they are processed with precision. Therefore, the dosage accuracy is limited to 5-10%. The device is capable of serving only a single consumer, which in many cases leads to the need to complicate the gas circuit.

Более точны и надежны так называемые роторные микродозаторы, действие которых основано на перемещении определенного объема газа от входного отверстия к выходному, через которое продувкой газом после поворота газоносителем доза направлена к потребительскому устройству [2]. Основной узел устройства состоит из корпуса, в который вмонтированы входной и выходной патрубки и роторы, плунжер которого имеет выемки объемом 0,1-1 мл в зависимости от требуемой дозы. Известно много конструкций таких дозаторов [3, 4]. Однако большинство из них предназначены для жидкостей и для газов непригодны, так как не удовлетворяют более высоким требованиям к герметичности: в случае жидкостей зазоры преодолеваются труднее из-за наличия угла смачивания.The so-called rotary microdosers are more accurate and reliable, the action of which is based on the movement of a certain volume of gas from the inlet to the outlet, through which the dose is directed to the consumer device by blowing gas after turning the gas carrier [2]. The main unit of the device consists of a housing in which the inlet and outlet nozzles and rotors are mounted, the plunger of which has recesses with a volume of 0.1-1 ml, depending on the required dose. Many designs of such dispensers are known [3, 4]. However, most of them are designed for liquids and unsuitable for gases, since they do not satisfy the higher requirements for tightness: in the case of liquids, clearances are more difficult to overcome due to the presence of a contact angle.

Наиболее близкой конструкцией дозатора, принятой за прототип, является устройство согласно патента [5]. Оно состоит из корпуса, в котором вмонтированы входные и выходные патрубки и ротора, имеющего калиброванные емкости для дозированного газа.The closest design of the dispenser adopted for the prototype is the device according to the patent [5]. It consists of a housing in which inlet and outlet nozzles and a rotor are mounted, having calibrated containers for dosed gas.

В нашем случае, например, в установку ALD (атомно-слоевого осаждения) требуется многократная подача газа в автоматическом режиме. Кроме того, один дозатор желательно использовать для питания одновременно нескольких реакторов. Задача изобретения - автоматизация и одновременное питание нескольких реакторов.In our case, for example, the ALD installation (atomic layer deposition) requires multiple gas supply in automatic mode. In addition, it is desirable to use one dispenser to power several reactors simultaneously. The objective of the invention is the automation and simultaneous power of several reactors.

Техническим результатом является обеспечение точной посадки ротора после предварительной шлифовки в сборе.The technical result is to ensure accurate landing of the rotor after preliminary grinding assembly.

Это достигается тем, что ротор представляет из себя усеченный конус, имеющий угол по отношению к оси вращения 6-7° и выемки объемом 0,1-1,0 мл, число которых соответствует числу потребителей каждая выемка имеет входное и выходное отверстия, сообщающиеся с газовой схемой: ротор имеет привод к шаговому электродвигателю. Угол 6-7° обеспечивает точную посадку ротора после предварительной шлифовки в сборе. При меньшем его значении герметичность снижается, при большем - возрастает сопротивление вращения.This is achieved by the fact that the rotor is a truncated cone having an angle relative to the axis of rotation of 6-7 ° and recesses with a volume of 0.1-1.0 ml, the number of which corresponds to the number of consumers, each recess has an inlet and an outlet in communication with gas circuit: the rotor is driven by a stepper motor. An angle of 6-7 ° ensures an exact fit of the rotor after pre-grinding assembly. With a smaller value, the tightness decreases, with a larger value, the rotation resistance increases.

В отличие от известного плоскостного клапана предлагаемый имеет ротор в виде усеченного конуса, благодаря чему сила давления под весом привода различаются, и возникает составляющая, равная p*Cos(α), где р - масса, α - угол между поверхностью конуса и осью вращения. Этот угол составляет 6-7 градусов, а его косинус - 0,99, в то время когда cos 90 градусов равен нулю.Unlike the known plane valve, the proposed one has a rotor in the form of a truncated cone, due to which the pressure forces under the weight of the actuator differ, and a component arises equal to p * Cos (α), where p is the mass, α is the angle between the surface of the cone and the axis of rotation. This angle is 6-7 degrees, and its cosine is 0.99, while cos 90 degrees is zero.

Таким образом создается значительное давление на границе выемки и корпуса, что обеспечивает герметизацию объема и более высокую точность дозировки по сравнению с плоскостной конструкцией.Thus, significant pressure is created at the boundary of the recess and the housing, which ensures sealing of the volume and higher dosage accuracy compared to a planar structure.

Значение угла α- оптимально: при больших углах ухудшается герметичность, при меньших - увеличивается сила трения и возможно залипание конуса в корпусе.The value of the angle α- is optimal: at large angles the tightness worsens, at smaller angles the friction force increases and sticking of the cone in the housing is possible.

На фиг. 1 представлено микродозирующее устройство, где: 1 - вал, 2 - корпус, 3 - ротор, 4 - крышка, 5 - пружина.In FIG. 1 shows a microdosing device, where: 1 - a shaft, 2 - a housing, 3 - a rotor, 4 - a cover, 5 - a spring.

Устройство работает следующим образом. Исходный газ через редуктор подается во входной штуцер устройства, плунжер которого повернут в положение, когда входы и выходы из выемок перекрыты. Поворот плунжера на угол, зависящий от количества выемок, то есть числа потребителей, открывает вход-выход дозированному объему газа, который под действием разрежения или продувки газом-носителем направляется в реактор.The device operates as follows. The source gas through the gearbox is fed into the inlet fitting of the device, the plunger of which is turned to the position when the inputs and outputs of the recesses are closed. The rotation of the plunger by an angle depending on the number of recesses, i.e., the number of consumers, opens the inlet-outlet to the dosed volume of gas, which, under the influence of rarefaction or purging by the carrier gas, is sent to the reactor.

Устройство испытано в процессе атомно-слоевого осаждения ALD оксида алюминия, причем получены следующие результаты:The device was tested in the process of atomic layer deposition of ALD alumina, and the following results were obtained:

- толщина слоя, выращенного за один оборот - 0,9 нм,- the thickness of the layer grown per revolution is 0.9 nm,

- разброс толщины от процесса к процессу по площади пластины - менее 1%.- the variation in thickness from the process to the process over the plate area is less than 1%.

Эти показатели свидетельствуют о высоком, на уровне 2-3% качестве, дозировки прекурсора - триметилалюминия.These indicators indicate a high, at the level of 2-3% quality, dosage of the precursor trimethylaluminum.

Источники информации:Information sources:

1. Аш и соавторы «Датчики измерительных систем» Мир, 1992 г.1. Ash and co-authors "Sensors of measuring systems" World, 1992

2. Колеров Д.И. Метрологические основы газоаналитических измерений. М. Стандартизация, 1967 г.2. Kolerov D.I. Metrological foundations of gas analytical measurements. M. Standardization, 1967

3. А.С. РФ №180410 «Дозирующее устройство для газового хроматографа».3. A.S. RF №180410 "Dosing device for gas chromatograph."

4. Патент РФ №2245521.4. RF patent №2245521.

5. Патент РФ №2480744 - прототип.5. RF patent No. 2480744 - prototype.

Claims

A microdosing device for gases, comprising a housing with inlet-outlet openings and a rotor driven by an electric motor, characterized in that the internal volume of the housing and the rotor are in the form of a truncated cone with an angle relative to the axis of rotation of 6-7 °, the rotor has recesses of volume 0, 1-1 ml.