TWM288887U - CVD chamber structure of thermal pyrolysis type - Google Patents

Description

M288887 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係為一種熱裂式化學氣相沈積腔體結構，尤指 一種利用兩個區域氣體高溫熱裂解區與氣體沉積區來產生 沉積效果較好的奈米碳管之改良式腔體結構。 【先前技術】 現今在奈米材料中，奈米碳管是最知名的材料之一。 由於其獨特的結構、良好的熱傳導性、電傳導性、強度高、 化學穩定性高、以及韌性等等特性，故其潛在的應用前景 備受人們關注。如第4圖所示，為習用熱裂式化學氣相沉 積法製備奈米碳管之單一腔體結構，主要是利用乙炔或甲 烷為主的碳氫化合物氣體，通入高溫的石英爐管8 1反 應，反應溫度約為700〜1200 °C，反應氣體會經高 溫催化而分解成碳原子，並吸附在基板8 2的催化劑8 3 表面上，進而堆積成長為奈米碳管。 目前熱裂式化學氣相沉積法所使用的石英爐管8 1是 以單一腔體結構為主流，製作奈米碳管時，利用高溫作氣 體熱裂解區域與氣體沉積區域是在同一溫度範圍内，然 而，使用單一腔體結構卻有一些隱藏的問題存在，要熱裂 解出氣體中的碳原子所需溫度（7 0 0°C以上）是高於玻 璃基板8 2的耐熱溫度（約5 5 0°C)。因此若要避免基板 8 2因超過耐熱溫度而變形時，就降低氣體熱裂解所需作 5 M288887 用溫度，會造成氣體熱裂解不完全，使得碳管成長的品質 不“。另外’一旦達到氣體熱裂解所需之作用溫度時，雖 然可以得到品質較佳的碳管，但所能選擇的基板8 2卻減 少，基板8 2材質需有較高的耐熱溫度，無形中增加許多 製造成本。故，前述單一腔體之結構實在有加改進之必要， 以求能同時獲得較佳品質的奈米碳管，及增加基板8 2材 質的選擇性。 【新型内容】 本創作之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種 熱裂式化學氣相沈積腔體結構，將原有單一腔體設計成有 兩個腔體，一個腔體提供碳氳化合物氣體的高溫熱裂解區 域用另一個腔體提供熱裂解後包含有碳原子的氣體能沉 積於加熱平台上的基板，並使基板上的催化劑與所沉積之 碳原子作用而生成品質較佳的奈米碳管，並且增加氣體沉 積區内的基板材質之選擇種類。 為達前述之目的，本創作結構係包括： 一第一腔體，其具有一高溫加熱裝置，該第一腔體頂 端設有一氣體進氣口，以供碳氫化合物的作用氣體通入。 一第二腔體，其具有一前開式腔門，該第二腔體頂端 經由一閥門而連結於該第一腔體底端，而該第二腔體底端 具有一加熱平台、一抽氣口，該加熱平台上係供一基板放 置，該抽氣口係供該第一腔體與第二腔體能達到奈$碳管 生成時的真空度要求。 6 M288887 本創作之上述及其他目的與優點 實施例之詳述說明與附圖中，獲得深入了解二下述所選用 當然本創作在㈣另件上件之㈣ 不同’但所選用之實施例，則於本說明 f有所 明，並於附圖中展示其構造。 曰 予以詳細說 【實施方式】 中所示者為本創作所選用 ’在專利申請上並不受此

請參閱第1圖至第2圖，圖 之實施例結構，此僅供說明之用 種結構之限制。 本實施例之熱裂式化學氣相沈積腔體結構，其包括· 一第-腔體1及-第二腔體2，第—腔Μ與第二腔 體2之材質為不鏽鋼，該第二腔體底端具有一抽氣口 2工 ，以提供第-腔體1與第二腔體2能達到奈米碳管3生成 時真空度1 0—6托耳的要求。 ^該第一腔體1，其係為高溫熱裂解區，以供所進入碳 氯化合物氣體4經由高溫而裂解出碳原子，並且第一腔體 1内之高溫熱裂解區縱向長度至少要大於3 〇公分，以作 為石厌氧化合物氣體4之行經路控。第一腔體1且有一高溫 加熱裝置1 1，該高溫加熱裝置1 1可使第—腔體i内部 溫度達到1 1 0 0。(：的最高溫，及均溫保持±5t：，益且升 溫至最高溫度1 1 〇 0°c可於6 0分鐘内完成。另外，第 一腔體1係包覆在水冷系統1 2中，該水冷系統1 2之冷 卻水係由第一腔體1之冷卻水輸入端1 2 1流入，並流經 循環第一腔體i壁面後，再由第一腔體1之冷卻水輸出端 7 M288887 1 2 2流出，該水冷系統1 2係供該第一腔體1保持在室 溫下。該第一腔體1頂端更設有一氣體進氣口1 3，以供 碳氫化合物的作用氣體4通入，該氣體進氣口1 3係設於 高溫熱裂解區1上方中央部位，以提供高溫熱裂解區1内 能平均散佈要裂解之碳氫化合物氣體4。 該第二腔體2 ’其係為氣體沉積區，以供經由該第一 腔體1高溫熱裂解後之氣體4通過並沉積。第二腔體2具 有一前開式腔門22，該前開式腔門22上設有一視景窗 2 2 1，以供使用者觀察第二腔體内奈米碳管3的形成。 該第二腔體2頂端更經由一開關閥門5的設置，而連結於 該第一腔體1底端，該開關閥門5係用以分隔及連通第一 腔體1與弟一腔體21。該第二腔體2底端更設有一可調整 縱向高度之加熱平台2 3，該加熱平台2 3之頂端表面積 尺寸為6对，並可提供尺寸6忖以下之一基板6放置。其 中，第一腔體1與加熱平台2 3之間的縱向間距應調整至 小於1 5公分。並且加熱平台2 3應可加熱至最高溫度7 0 0 °C，及保持均溫±5°C，升溫至最高溫度需於3 〇分鐘 内完成。此外，該第二腔體2係包覆在一水冷系統2 4中， 該水冷系統2 4之冷卻水係由第二腔體2之冷卻水輸入端 2 4 1流入’並流經痛壤第二腔體2後’再由第二腔體2 之冷卻水輸出端2 4 2流出，以保持第二腔體2在室溫之 下。 請參閱第2圖至第3圖，依據本創作之腔體結構製備 奈米碳管3，先令第一腔體1與第二腔體2此二腔體之内 8 M288887 部氣氛在仙前先達fijl Q—6托耳的真空声 佈有催化劑層6 1之美#^並將表面塗 。其中’該催化劑層6工為鐵磁性金屬鐵：加:：台上 金材料。加熱第一腔 、鎳或其合 ，及升溫加熱平達到100代的操作溫度 产，並打ηΪ i5Q()〜68Q°C的常態操作溫 腔體1與第二腔體2二者之水冷系統1 2

1盘楚-以呆持—腔體溫度皆在室溫之下。等到第一腔體 、'Γ腔體2都達到操作溫度時，再從氣體進氣口 1 3 ，入石反氫化合物氣體4，其氣體4會經高溫熱裂解成具有 峡，子的氣體’並開啟閥門5讓裂解後的氣體通入氣體沉 積區2 ’使得碳原子吸附在基板6的催化劑層6 1上，進 而堆積成長出奈米碳管3。 因此’本創作結構係將原有單一腔體分成兩個腔體， ，第:腔體1為高溫熱裂解區域，第二腔體2為氣體沉積 南溫熱裂解區域1係為提供碳氫化合物氣體的高溫熱 之用’而氣體沉積區2則提供熱裂解後包含有碳原子 的氣體此>儿積於加熱平台2 3基板6上。故，將原來一腔 體内同時具有二不同操作溫度的作用區域分開，避免同— 區域内二個不同操作溫度會彼此影響限制碳管3之長成。 所以’經由本創作結構所製備的奈米碳管3品質較佳，且 沉積效果良好，並可獲得大面積的碳管3數量。又因氣體 沉積區2内的基板6不會受到熱裂解區域丄的高溫影響， 使得基板6材質種類增加許多的選擇性，不用牽就基板6 的耐熱溫度，就可根據需求選用較低溫的基板6，而依然 9 M288887 能付到品質良好的奈米碳官3。 ’並非用以 置換仍應隸 以上所述實施例之揭示係用以說明本創作 限制本創作，故舉凡數值之變更或等效元件之 屬本創作之範疇。 由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本創 確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，^ 、 申請。 友杈出專利

【圖式簡單說明】 第1圖係本創作之腔體結構示意圖 第2圖係本創作在第二腔體内放上基板於加熱平台之 示意圖 1:1 第3圖係本創作之基板上堆積長成碳管之動作示意圖 第4圖係習用之單一腔體結構動作示意圖 【主要元件符號說明】 (習用部分） 石英爐管8 1 基板8 2 催化劑8 3 (本創作部分） 第一腔體1 水冷系統12 冷卻水輸出端1 2 2 第二腔體2 前開式腔門2 2 高溫加熱裝置11 冷卻水輸入端12 氣體進氣口13 抽氣口 2 1 視景窗2 2 1 M288887 加熱平台2 3 冷卻水輸入端2 4 1 奈米碳管3 閥門5 水冷系統2 4 冷卻水輸出端2 4 2 碳氫化合物氣體4 基板6

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Claims (1)

1. M288887 九、申請專利範圍： 1 · 一種熱裂式化學氣相沈積腔體結構，其改良在於： 一第一腔體，其係包括一高溫加熱裝置；該第一 腔體頂端具有一氣體進氣口，以供碳氫化合物的作用 氣體通入； 一第二腔體，其具有一前開式腔門；該第二腔體 頂端經由一閥門而連結於該第一腔體底端，而該第二 腔體底端具有一加熱平台、一抽氣口，該加熱平台上 係供一基板放置，該抽氣口係供該第一腔體與第二腔 體能達到奈米碳管生成時的真空度要求。 2·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積腔 體結構，其中，該第一腔體係為高溫熱裂解區，以供 碳氫化合物氣體經由高溫裂解出碳原子。 3·如申請專利範圍第2項所述之熱裂式化學氣相沈積腔 體結構，其中，該第一腔體之高溫熱裂解區長度至少 大於3 0公分，以供碳氫化合物氣體之行經路徑。 4·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積腔 體結構，其中，該第一腔體之高溫加熱裝置使該第一 腔體内部最高可達到1 1 0 0°C，及均溫±5°C，並升 溫至最高溫度可於6 0分鐘内完成。 5 ·如申請專利範圍第2項所述之熱裂式化學氣相沈積腔 體結構，其中，該第一腔體之該氣體進氣口係設於高 溫熱裂解區上方，以供高溫熱裂解區平均散佈要裂解 之碳氫化合物氣體。 12 M288887 6·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積腔 體結構，其中，該閥門係為開關閥門，用以分隔及連 通該第一腔體與該第二腔體。 7·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積腔 體結構，其中，該第一腔體與該第二腔體之内部氣氛 作用時應達到1 0_6托耳的真空度。 8·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積腔 體結構，其中，該第二腔體係為氣體沉積區，以供經 由該第一腔體高溫熱裂解後之氣體通入並沉積於該第 二腔體内之加熱平台上的基板表面。 9·如申請專利範圍第8項所述之熱裂式化學氣相沈積腔 體結構，其中，該第一腔體與該加熱平台之間的縱向 間距應小於1 5公分。 10·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積 腔體結構，其中，該加熱平台之頂端表面積大於6叶。 11·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積 腔體結構，其中，該加熱平台為一可調整縱向高度之 平台。 12·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積 腔體結構，其中，該加熱平台可加熱至最高溫度為7 0 0°C，及均溫±5°C，並升溫至最高溫度可於3 0分 鐘内完成。 13·如申請專利範圍第1項所述之熱裂式化學氣相沈積 腔體結構，其中，放置在加熱平台頂面上的基板表面 13