CN116043193A - 一种气相沉积炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气相沉积炉，包括：炉体，所述炉体的底部设有炉底板，所述炉底板设有多个用于固定产品的料柱，所述料柱上开设有进气孔；进气箱，设于所述炉体下端，并连通全部的所述料柱，以实现每个所述料柱的进气孔进气；底部加热装置，对应所述进气箱设置，用于对所述进气箱进行加热；内胆，设于所述炉体内，并且所述内胆的下端包覆全部的所述料柱；保温层，设于所述炉体的内壁；周侧加热装置，设于所述保温层的内侧，且高度高于所述内胆；顶部辐射装置，设于所述炉体的顶部，并朝向所述内胆设置有热辐射表面。本发明能够确保温度相对均匀，从而避免中部区域温度过高影响沉积效果，同时能够确保底部产品、顶部产品的薄膜质量。

Description

一种气相沉积炉

技术领域

本发明属于薄膜制备设备技术领域，具体涉及一种气相沉积炉。

背景技术

气相沉积炉是时代发展进步的产物，用以生产制备复合材料等，气相沉积炉是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。简单来说就是：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到基片表面上。CVD和PVD相比，沉积过程要发生化学反应，是一个气相化学生长的过程。化学气相沉积炉采用底部进气、顶部排气、周侧加热的结构形式，会导致中部区域的温度高于顶部和底部，影响沉积效果。并且由于底部进气，会导致底部位置沉积厚度较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种气相沉积炉，通过对炉体顶部和底部进行相应改进，确保温度相对均匀，从而避免中部区域温度过高影响沉积效果，同时能够确保底部产品的薄膜质量。

根据本发明实施例的气相沉积炉，包括：炉体，所述炉体的底部设有炉底板，所述炉底板设有多个用于固定产品的料柱，所述料柱上开设有进气孔；进气箱，设于所述炉体下端，并连通全部的所述料柱，以实现每个所述料柱的进气孔进气；底部加热装置，对应所述进气箱设置，用于对所述进气箱进行加热；内胆，设于所述炉体内，并且所述内胆的下端包覆全部的所述料柱；保温层，设于所述炉体的内壁；周侧加热装置，设于所述保温层的内侧，且高度高于所述内胆；顶部辐射装置，设于所述炉体的顶部，并朝向所述内胆设置有热辐射表面。

根据本发明实施例的气相沉积炉，至少具有以下有益效果：

采用上述结构设置的气相沉积炉，可以通过底部加热装置对进气进行加热，实现预热，从而缓解因进气导致底部产品温度低的情况，提高成膜质量。并且加热后的气体经料柱进入炉体内，能够确保气体均匀。同时再结合顶部辐射装置将热量反射回来，可以确保顶部产品的温度，从而提高成膜质量。因此，本发明能够确保温度相对均匀，从而避免中部区域温度过高影响沉积效果，同时能够确保底部产品、顶部产品的薄膜质量。

根据本发明的一些实施方式，所述进气箱的底部布设有进气管，所述进气管上均匀开设有出气孔，所述进气箱的中间位置设有缓释板，所述缓释板开设有狭缝，所述底部加热装置在所述缓释板与所述进气管之间设有加热管，从而通过所述缓释板将所述进气箱分隔为位于所述缓释板下方的加热室和位于所述缓释板上方的缓存室。

根据本发明的一些实施方式，每个所述料柱均设有开闭阀，以通过所述开闭阀控制对应的所述进气孔的开闭。

根据本发明的一些实施方式，所述保温层由内向外依次设有第一保温复合层、第二保温复合层和第三保温复合层，其中所述第一保温复合层为防辐射层，所述第二保温复合层内设有冷却水路，所述第三保温复合层为陶瓷纤维层。

根据本发明的一些实施方式，所述炉体的侧壁内设有冷却水壁。

根据本发明的一些实施方式，所述内胆为多层碳纤维复合结构。

根据本发明的一些实施方式，每层所述碳纤维复合结构由内向外包括第一碳纤维基层、碳纤维环绕层、第二碳纤维基层、碳纤维竖纤层。

根据本发明的一些实施方式，所述周侧加热装置包括：

环形导热板，围绕所述内胆设置，且高度高于所述内胆；

加热管，设于所述环形导热板的外周侧。

根据本发明的一些实施方式，所述顶部辐射装置由下向上包括：

辐射板，所述辐射板的下端面设有反射涂层；

保温料层，贴合所述辐射板的上端面，且周侧与所述保温层连接。

根据本发明的一些实施方式，所述气相沉积炉还设有排气系统，所述排气系统设有连接于所述辐射板中心位置的排气管、对接所述排气管的尾气处理装置和对接所述尾气处理装置的负压装置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明的一种整体结构示意图；

图2为进气箱的一种结构示意图；

图3为炉体侧壁的局部结构剖视图；

图4为内胆的单层碳纤维复合结构的结构分解示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图4所示，本发明一种实施例的气相沉积炉，包括炉体100、底部加热装置、内胆102、保温层104、周侧加热装置103、顶部辐射装置101和进气箱200。炉体100的底部设有炉底板，炉底板上设置多个用于固定产品的料柱204，料柱204上开设有进气孔。进气箱200设于炉体100的下端，并连通全部的料柱204，以实现每个料柱204的进气孔进气。底部加热装置对应进气箱200设置，用于对进气箱200进行加热。内胆102设于炉体100内，并且内胆102的下端包覆全部的料柱204。保温层104设于炉体100的内壁。周侧加热装置103设于保温层104的内侧，且高度高于内胆102。顶部辐射装置101设于炉体100的顶部，并朝向内胆102设置有热辐射表面。采用上述结构设置的气相沉积炉，可以通过底部加热装置对进气进行加热，实现预热，从而缓解因进气导致底部产品温度低的情况，提高成膜质量。同时再结合顶部辐射装置101将热量反射回来，可以确保顶部产品的温度，从而提高成膜质量。因此，本发明能够确保温度相对均匀，从而避免中部区域温度过高影响沉积效果，同时能够确保底部产品、顶部产品的薄膜质量。

参照图2，可以理解的是，在本发明的一些实施方式中，进气箱200的底部布设有进气管201，进气管201沿S形方向水平均匀布设，在其上端管壁上均匀开设出气孔。同时进气箱200的中间位置水平设有缓释板203，并且缓释板203上均匀开设有多条狭缝。底部加热装置在缓释板203与进气管201之间的位置水平布设有加热管202，加热管202与进气管201相似的，也沿S形方向水平布置，并且上下相互对应，使得进气在出气孔出来后快速通过加热管202加热。进气箱200通过缓释板203分隔为位于缓释板203下方的加热室和位于缓释板203上方的缓存室。采用本实施例的结构设置，进气通过加热管202进行预热，再进入缓存室扩散、混合，再经料柱204送入炉体100内部，可以确保进气温度均匀，可以有效避免局部温度不均匀的问题。其中狭缝的尺寸可以灵活设定，采用狭缝既可以确保进气效率，又不会造成堵塞。

为了实现进气控制，每个料柱204均设有开闭阀，以通过开闭阀控制对应的进气孔开闭。

考虑到传统的沉积炉通常采用冷壁形式进行冷却，由于内部有保温结构的设置，冷却效果有限。有鉴于此，在本发明的一些实施方式中，保温层104由内向外依次设有第一保温复合层1041、第二保温复合层1042和第三保温复合层1043，其中第一保温复合层1041为防辐射层，第二保温复合层1042内设有冷却水路，第三保温复合层1043为陶瓷纤维层。同时炉体100的侧壁内设有冷却水壁1044。采用本实施例的结构设置，通过第一保温复合层1041的设置，可以保证炉体100内部温度，避免热量外溢，同时对于炉体100外部环境的保持具有良好效果，可以避免炉体100外表面高温。第二保温复合层1042可以配合冷却水壁1044形成两重冷却，提高冷却效果和效率。第三保温复合层1043提供一层保温基本保障。其中第二保温复合层1042采用常规保温材料即可，冷却水路通过在生产第二保温复合层1042的时候内置管路的方式进行生产设置。

在本发明的一些实施方式中，内胆102为多层碳纤维复合结构。由于传统的气相沉积炉多为小量生产型设备，不适用于大批量生产以及大尺寸产品的生产，本实施例通过采用多层碳纤维复合结构来制成内胆102，可以提高内胆102强度及性能要求，使之可以满足大批量生产以及大尺寸产品的生产需求，即内胆102的尺寸较传统结构尺寸可以进行较大幅度的增大。

具体的，每层碳纤维复合结构由内向外包括第一碳纤维基层1024、碳纤维环绕层1023、第二碳纤维基层1022、碳纤维竖纤层1021。其中碳纤维环绕层1023以缠绕的方式设置在第一碳纤维基层1024上，碳纤维竖纤层1021中的碳纤维以竖向分布的方式布设在第二碳纤维基层1022上。以此来确保碳纤维复合结构的结构强度。依此方式复合叠加多个碳纤维复合结构。综合实际生产过程的设计、调试、反调，碳纤维复合结构优选叠合110-130层可以在确保结构强度的基础上，兼容薄膜生产质量，实现两者的最优解。

在本发明的一些实施方式中，周侧加热装置103包括环形导热板和设于环形导热板的外周侧的加热管202，其中环形导热板围绕内胆102设置，且高度高于内胆102。采用本实施例的结构设置，通过环形导热板来实现热辐射和热传导，可以确保温度均匀一致。

在本发明的一些实施方式中，顶部辐射装置101由下向上包括辐射板和保温料层，辐射板的下端面设有反射涂层，保温料层贴合辐射板的上端面，且周侧与保温层104连接。本实施例中通过顶部辐射装置101的设置，可以有效确保炉体100顶部的温度。

在本发明的一些实施方式中，气相沉积炉还设有排气系统，排气系统设有连接于辐射板中心位置的排气管105、对接排气管105的尾气处理装置106和对接尾气处理装置106的负压装置107。其中尾气处理装置106和负压装置107采用现有技术中的已知结构即可。通过排气系统可以快速排出反应后的气体，并对气体中的焦油等杂质进行处理。

上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种气相沉积炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体的底部设有炉底板，所述炉底板设有多个用于固定产品的料柱，所述料柱上开设有进气孔；

进气箱，设于所述炉体下端，并连通全部的所述料柱，以实现每个所述料柱的进气孔进气；

底部加热装置，对应所述进气箱设置，用于对所述进气箱进行加热；

内胆，设于所述炉体内，并且所述内胆的下端包覆全部的所述料柱；

保温层，设于所述炉体的内壁；

周侧加热装置，设于所述保温层的内侧，且高度高于所述内胆；

顶部辐射装置，设于所述炉体的顶部，并朝向所述内胆设置有热辐射表面。

2.根据权利要求1所述的气相沉积炉，其特征在于，所述进气箱的底部布设有进气管，所述进气管上均匀开设有出气孔，所述进气箱的中间位置设有缓释板，所述缓释板开设有狭缝，所述底部加热装置在所述缓释板与所述进气管之间设有加热管，从而通过所述缓释板将所述进气箱分隔为位于所述缓释板下方的加热室和位于所述缓释板上方的缓存室。

3.根据权利要求1所述的气相沉积炉，其特征在于，每个所述料柱均设有开闭阀，以通过所述开闭阀控制对应的所述进气孔的开闭。

4.根据权利要求1所述的气相沉积炉，其特征在于，所述保温层由内向外依次设有第一保温复合层、第二保温复合层和第三保温复合层，其中所述第一保温复合层为防辐射层，所述第二保温复合层内设有冷却水路，所述第三保温复合层为陶瓷纤维层。

5.根据权利要求4所述的气相沉积炉，其特征在于，所述炉体的侧壁内设有冷却水壁。

6.根据权利要求1所述的气相沉积炉，其特征在于，所述内胆为多层碳纤维复合结构。

7.根据权利要求6所述的气相沉积炉，其特征在于，每层所述碳纤维复合结构由内向外包括第一碳纤维基层、碳纤维环绕层、第二碳纤维基层、碳纤维竖纤层。

8.根据权利要求1所述的气相沉积炉，其特征在于，所述周侧加热装置包括：

环形导热板，围绕所述内胆设置，且高度高于所述内胆；

加热管，设于所述环形导热板的外周侧。

9.根据权利要求1所述的气相沉积炉，其特征在于，所述顶部辐射装置由下向上包括：

辐射板，所述辐射板的下端面设有反射涂层；

保温料层，贴合所述辐射板的上端面，且周侧与所述保温层连接。

10.根据权利要求9所述的气相沉积炉，其特征在于，所述气相沉积炉还设有排气系统，所述排气系统设有连接于所述辐射板中心位置的排气管、对接所述排气管的尾气处理装置和对接所述尾气处理装置的负压装置。

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