反应腔及化学气相沉积装置的制作方法

本发明涉及化学气相沉积技术领域，尤其涉及一种反应腔及化学气相沉积装置。

背景技术：

化学气相沉积(chemicalvapordeposition)是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或者光辐射等各种能源，在反应器内使气态或者蒸汽状态的化学物质气固界面上经过化学反应形成固体沉积物的技术。反应腔是化学气相沉积设备(cvd)的核心，决定了整个设备的性能。现有技术中，cvd设备的进气方式是在腔体的顶部或底部设置进气口，样品则放置在于腔体的内部，气体通过进气口垂直射在样品上，一方面由于进气口大小的限制，腔室内各处的反应气体分布不均匀，靠近进气口对应的样品先与反应气体接触发生反应后，其他各处的样品由于反应气体体量小而得不到充分的反应造成各处的样品沉积厚度不均；另一方面，现有技术中反应气体垂直喷淋在样品上，容易造成气体反弹引起的局部湍流，影响沉积界面的质量。

因此，有必要提供一种新的反应腔以及化学气相沉积装置来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种反应腔及化学气相沉积装置，旨在解决现有技术中的反应腔的进气结构不利于沉积质量的问题。

为实现上述目的，本发明提出的反应腔，包括腔本体和输送盲管，所述腔本体内具有腔室，所述腔本体的顶部设置有连通所述腔室的进气口，所述输送盲管的开口端与所述进气口连接，所述输送盲管的封闭端延伸至所述腔室内，所述输送盲管上设置有若干个贯穿所述输送盲管的管壁的分流嘴，所述分流嘴内设置有连通所述输送盲管与所述腔室的排气孔道，所述分流嘴沿所述输送盲管的轴向间隔分布，且所述分流嘴的横截面大小沿所述封闭端至所述开口端的方向逐渐增大。。

优选地，每一所述分流嘴内的所述排气孔道的数量均为多个，且多个所述排气孔道并列分布或者多个所述排气孔之间相互连通交错。

优选地，所述分流嘴包括相互连接的柱体部和半球部，所述柱体部与所述输送盲管连接，所述半球部伸出所述输送盲管。

优选地，沿所述输送盲管的同一圆周上均布有多个所述分流嘴形成分流嘴层，且所述分流嘴层沿所述输送盲管的轴向均匀分布有多层。

优选地，所述输送盲管包括相互连接的管本体和隔热层，所述隔热层套设于所述管本体的外壁或者所述管本体内填充有所述隔热层。

优选地，所述反应腔还包括嵌设于所述进气口内的分气盒，所述分气盒包括与所述腔本体连接的壳体、以及设置于所述壳体内的隔框和驱动组件，所述壳体上设置有入气孔和安装孔，所述隔框与所述壳体的远离所述腔室的内壁围设形成封闭空间，所述隔框上设置有出气孔，所述入气孔连通所述封闭空间，所述输送盲管与所述安装孔转动连接，所述出气孔与所述输送盲管的开口端连通，所述驱动组件与输送盲管连接并驱动所述输送盲管转动。

优选地，所述安装孔的孔壁上设置有台阶面和第一凹槽，所述输送盲管的外壁套设有轴承，所述轴承的外侧面与所述孔壁连接，且所述轴承的端面与所述台阶面抵接，所述第一凹槽内设置有与所述输送盲管连接的旋转密封圈。

优选地，所述输送盲管的开口端穿过所述出气孔延伸至所述隔框内，所述出气孔的孔壁上设置有第二凹槽，所述第二凹槽内设置有与所述输送盲管连接的旋转密封圈。

优选地，所述驱动组件包括驱动电机、传动轴和与所述传动轴连接的传动齿轮，所述驱动电机与所述壳体连接，所述传动轴与所述驱动电机的输出轴连接，所述输送盲管的外壁设置有与所述传动齿轮啮合的外齿。

优选地，所述壳体的外表面还设置有电控板，所述电控板与所述驱动电机连接以控制所述驱动电机的动作。

另外，本发明还提供了一种化学气相沉积装置，所述化学气相沉积装置包括如上述所述的反应腔。

在本技术方案中，通过设置输送盲管运送反应气体，并通过输送盲管上的多个分流嘴将反应气体排入腔室内，反应气体能够从各个方向中排入腔室内，使得腔室内的气体更加分布更加均匀，有利于保证各处的样品的沉积厚度的均匀性。输送盲管外侧设有隔热层，目的是避免盲管内部温度过高，防止反应气体在盲管内就发生化学反应。另外，分流嘴的横截面大小沿所述封闭端至所述开口端的方向逐渐增大，即越靠近进气口的分流嘴的横截面尺寸越大，分流的反应气体越多，使得更多的反应气体先经过样品并与样品发生化学反应后从出气口中排除，能够提高反应气体的利用率，提高沉积效率。此外，由于反应气体从分流嘴排出时形成水平气流，而不是垂直喷淋在样品表面，大大减弱了竖直喷淋气流的反弹回流所引起的局部湍流，有利于保证沉积表面质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中反应腔的结构示意图；

图2为图1中a-a的剖视图；

图3为本发明实施例中输送盲管的结构示意图；

图4为本发明实施例中的分流嘴的一种结构示意图；

图5为本发明实施例中反应腔的断面图；

图6为图5中b处的局部放大图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种反应腔及化学气相沉积装置，旨在解决现有技术中的反应腔的进气结构不利于沉积质量的问题。

请参照图1和图2，本发明的一种实施例中，反应腔100包括腔本体110和输送盲管120，腔本体110内具有腔室111，腔本体110上设置有连通腔室111的进气口113，输送盲管120的开口端与进气口113连接，输送盲管120的封闭端延伸至腔室111内，输送盲管120上设置有若干贯穿输送盲管120的管壁的分流嘴123，分流嘴123内设置有连通输送盲管120与腔室111的排气孔道124，所述分流嘴123沿输送盲管120的轴向间隔分布，且分流嘴123的横截面大小沿输送盲管120的封闭端至输送盲管120的开口端的方向逐渐增大。

需要说明的是，输送盲管120的一端为开口端用于进气，输送盲管120的另一端为封闭端，封闭端的设计有利于减少竖直喷淋气流的产生，也避免了反应气体直接从封口端被抽空机从出气口抽出，造成资源浪费。

分流嘴123的横截面大小沿输送盲管120的封闭端至输送盲管120的开口端的方向逐渐增大，是指相邻分流嘴123的横截面大小不同，且越靠近封闭端分流嘴123的横截面尺寸越大，横截面尺寸越大的分流嘴123能够分流越多的气体，即横截面尺寸越大的分流嘴123的排气孔道124的排气总量越大。可以理解的是，多个分流嘴的横截面相互重合。

在本技术方案中，通过设置输送盲管120运送反应气体，并通过输送盲管120上的多个分流嘴123将反应气体排入腔室111内，反应气体能够从各个方向中排入腔室111内，使得腔室111内的气体更加分布更加均匀，有利于保证沉积厚度的均匀性。另外，分流嘴123的横截面大小沿所述封闭端至所述开口端的方向逐渐增大，即越靠近进气口113的分流嘴123的横截面尺寸越大，经分流嘴123分流的反应气体越多，使得更多的反应气体先经过样品并与样品发生化学反应后从出气口中排除，能够提高反应气体的利用率，提高沉积效率。此外，由于反应气体从分流嘴123排出时形成水平气流，而不是垂直喷淋在样品表面，大大减弱了竖直喷淋气流的反弹回流所引起的局部湍流，有利于保证沉积表面质量。

需要说明的是，分流嘴123可以为贯穿输送盲管的通孔，此时通孔也为排气孔道124，通孔的横截面大小即为分流嘴123的横截面大小。或者，分流嘴123为具有排气孔道的物体，排气孔道124在分流嘴123的横截面上的截面积与分流嘴123的横截面大小成正比，即横截面越大的分流嘴，其排气孔道124在横截面上的截面积越大。当分流嘴123包含多个排气孔道时，则排气孔道124在横截面上的截面积为多个截面积之和。相邻分流嘴123的排气孔道124可以是孔径大小相等而数量不等，或者是孔径不等而数量相等。通孔的横截面大小或同一分流嘴的一个或多个排气孔道在分流嘴的横截面上的截面积大小之和的范围优选为28mm²至314mm²。优选地，当分流嘴123为一通孔时，通孔的孔径大小范围为5mm至10mm。另外，相邻分流嘴123的轴心线在输送盲管120的轴向的间隔为150mm至250mm，且优选为200mm。

进一步地，请参阅图2，输送盲管120包括相互连接的管本体121和隔热层122，其中，所述隔热层122套设于所述管本体121的外壁，此时隔热层122优选为具有很好隔热效果且实用经济的石棉层或者陶瓷层。或者，所述管本体121内填充有所述隔热层122，此时隔热层122可以是石棉或陶瓷填料层，或者其他具有良好绝热性能的材料填充层。

此外，腔本体110内设置有发热元件，通过发热元件对加热腔室111内的反应气体和样品同时加热。在其他实施例中，还可以采用感应加热、红外加热等方式直接对样品加热，加热方式在此不进行限定。而且，反应腔100还包括用于排出反应气体的排气口112，且优选地，进气口113设置于反应腔100的顶部，样品设置于与进气口113相对的反应腔100的底部，排气口112设置于反应腔100的侧面，且靠近底部设置，有利于残留气体的顺利排出。可以理解的是，输送盲管120的数量还可以为多个，多个输送盲管120并列设置。输送盲管120和分流嘴123优选为石墨制件，石墨是一种很好的耐火材料，能够承受高温。

在优选实施例中，请参阅图3，每一个分流嘴123内的排气孔的数量为多个，且多个排气孔道124并列分布。多个排气孔道124的设置相比一个排气孔道124能够将一股大气流分成若干小气流，有利于保证腔室111内反应气体的均匀性。作为本方案的另一优选实施例，每一个分流嘴123内的排气孔的数量为多个，多个排气孔之间相互连通交错，即排气孔道124与排气孔道124之间相互交叉，形成三维网络孔道，反应气体在三维网络孔道之间不断改变行进方向，反应气体每一次转向都会让反应气体的能量降低，使得分流嘴123的排气孔道124的出口处的反应气体能量降低，减弱了出口处的反应气体对周围气体的冲击，有利于保证腔室111内气体的均匀性。

作为本发明一优选实施例，请参阅图3和图4，分流嘴123包括相互连接的柱体部和半球部，柱体部与输送盲管120连接，且半球部伸出输送盲管120。优选地，连通半球部的外表面的排气孔道124的中轴线与半球部的外表面的与所述中轴线的交点的切线垂直。即说明，从排气孔道124出来时的反应气体的流动方向各不相同，有利于进一步保证各处气体的均匀性。

需要说明的是，请参阅图3和图5分流嘴123沿输送盲管120的同一圆周上均布有多个，多个分流嘴123形成分流嘴123层，且分流嘴123层沿输送盲管120的轴向均匀分布有多层。例如同一圆周上均布有三个分流嘴123，三个分流嘴123同时沿轴向阵列六个形成六层分流嘴123层。在同一圆周上设置多个分流嘴123，能够实现同一水平层内各处的反应气体分布均匀，同时，设置多层分流嘴123层，能够实现各水平层内的气体分布均匀。在其他实施例中，还可以是分流嘴123输送盲管120的轴向呈螺旋分布。

此外，作为本发明的一个具体实施例，请参阅图2和图5，反应腔100还包括嵌设于进气口113内的分气盒140，分气盒140包括与腔本体110连接的壳体141、以及设置于壳体141内的隔框142和驱动组件170，壳体141上设置有入气孔144和安装孔145。隔框142与壳体141的远离腔室111的内壁围设形成封闭空间，入气孔144连通封闭空间用于将混合好的反应气体输送至隔框142内，隔框142上设置有出气孔143，出气孔143与输送盲管120的开口端连通以将隔框142内的反应气体送入输送盲管120内，输送盲管120与安装孔145可转动连接。驱动组件170与输送盲管120连接并驱动输送盲管120转动。需要说明的是，安装孔145对应反应腔100的进气口113设置，即输送盲管120的开口端同时穿过进气口113和安装孔145，并与出气孔143连接。同时，隔框142与壳体141的其他内壁之间形成有安装空间，驱动组件170收容于安装空间内。使用时，外界混合好的反应气体，通过入气孔144进入隔框142内，并通过出气孔143送入输送盲管120中，经分流嘴123的排气孔道124排入腔室111内，同时，驱动组件170能够带动输送盲管120转动，使得从分流嘴123排出的气体能覆盖360度的范围，能够更进一步地保证气体均匀性。

可以理解的是，当腔本体110内部设置有多个发热元件时，壳体141与腔本体110之间设置有隔热件130，以避免分气盒140受发热元件高温的影响而损坏，隔热层122优选为具有很好隔热效果且实用经济的石棉层或者陶瓷层。

作为本发明的一具体实施例，请参阅图5，安装孔145的孔壁上设置有台阶面和第一凹槽，输送盲管120的外壁套设有轴承160，轴承160的外侧面与孔壁连接，轴承160端面与台阶面抵接，第一凹槽内设置有与输送盲管120连接的旋转密封圈150。轴承160的设置能够实现输送盲管120的在安装内的旋转，旋转密封圈150是一种动密封的密封圈，旋转密封圈150的设置既能够实现输送盲管120的旋转又能够保证腔室111的密封性。可理解的是，密封圈的数量和第一凹槽的数量可以为多个，以多重密封。

进一步地，请参阅图5，输送盲管120的开口端穿过出气孔143延伸至隔框142内，出气孔143的孔壁上设置有第二凹槽，第二凹槽内设置有与输送盲管120连接的旋转密封圈150，旋转密封圈150是一种动密封的密封圈，旋转密封圈150的设置既能够实现输送盲管120的旋转又能够保证腔室111的密封性。可理解的是，密封圈的数量和第一凹槽的数量可以为多个，以多重密封。

请参阅图6，作为本发明的一具体实施例，驱动组件170包括驱动电机171、传动轴172和与传动轴172连接的传动齿轮173，驱动电机171与壳体141连接，传动轴172与驱动电机171的输出轴连接，输送盲管120的外壁设置有与传动齿轮173啮合的外齿。具体地，壳体141内设置有固定座，驱动电机171设置于固定座上。在其他实施例中，驱动电机171还可以采用马达代替。

此外，壳体141的外表面还设置有电控板(未图示)，电控板与驱动电机171电连接以控制驱动电机171的动作，驱动电机171的动作包括停止、正转或反转等，可以根据实际需求进行设定，在此不限定。

另外，本发明的实施例还提供了一种化学气相沉淀装置(未图示)，该化学气相沉淀装置包括如上述所述的反应腔100以及设置于反映腔100内的用来乘放样品的基座(未图示)，基座与进气口113相对设置。由于该化学气相沉淀装置包括如上述所述的反应腔100，因此该化学气相沉淀装置具备上述反应腔100的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。