CN113213753A - 一种提高ovd沉积效率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤预制棒制造技术领域，具体涉及一种提高OVD沉积效率的装置及方法。该装置包括：导流装置和至少一反应喷灯。其中，反应喷灯可沿光纤预制棒的轴向移动，用于喷出反应火焰至光纤预制棒；导流装置设于反应喷灯的外侧，用于将反应火焰向光纤预制棒的轴向方向压缩导流。在使用时，使反应喷灯沿光纤预制棒的轴向移动，并在反应喷灯沿光纤预制棒的轴向移动的同时，利用导流装置将反应火焰向光纤预制棒的轴向方向压缩导流，使反应火焰与光纤预制棒有更多的接触面积，能够解决现有技术中，靶棒沉积前期的直径较小，与氢氧焰接触的面积较小，导致沉积效率低的问题。

Description

一种提高OVD沉积效率的装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤预制棒制造技术领域，具体涉及一种提高OVD沉积效率的装置及方法。

背景技术

化学气相沉积是指化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的方法，是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。将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，沉积到晶片表面上。

现有技术中通过OVD（Outside Vapor Deposition，外部气相沉积）制备光纤预制棒的方法，是将靶棒安装在反应腔体内，N个沉积单元对靶棒边移动边进行沉积。沉积反应为通过氢氧焰与四氯化硅反应生成玻璃微粒，沉积附着在靶棒上。随着靶棒上附着的玻璃微粒越来越多，靶棒逐渐“生长”形成二氧化硅疏松体，再通过加热形成透明的玻璃。

但是，靶棒沉积前期的直径较小，与氢氧焰接触的面积较小，生成的玻璃微粒无法有效沉积到靶棒上，造成沉积效率低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高OVD沉积效率的装置及方法，能够解决现有技术中，靶棒沉积前期的直径较小，与氢氧焰接触的面积较小，导致沉积效率低的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种提高OVD沉积效率的装置，包括：

至少一反应喷灯，其可沿光纤预制棒的轴向移动，所述反应喷灯用于喷出反应火焰至所述光纤预制棒；

导流装置，其设于所述反应喷灯的外侧，用于将所述反应火焰向所述光纤预制棒的轴向方向压缩导流。

在一些可选的方案中，所述导流装置包括两个导流气管，其分别设于所述反应喷灯的两侧，并位于所述光纤预制棒的两侧，所述导流气管用于喷出导流气体来压缩导流所述反应火焰，使其向所述光纤预制棒的轴向方向延伸。

在一些可选的方案中，还包括外径测量仪和控制单元，所述外径测量仪用于实时测量所述光纤预制棒的直径，所述控制单元用于根据所述外径测量仪的直径检测信号，调整所述导流气管喷出导流气体的方向以始终喷向预设位置。

在一些可选的方案中，所述反应喷灯与光纤预制棒的轴线方向相互垂直，所述预设位置为所述反应喷灯与光纤预制棒的轴线所在平面平移后与所述光纤预制棒的切线。

在一些可选的方案中，所述导流气管的喷嘴均为扁平状，用于将所述导流气体沿所述光纤预制棒轴线平行的平面呈扁平状喷出。

在一些可选的方案中，还包括偏转机构，其与所述控制单元信号连接，用于根据接收所述控制单元的控制信号，调整所述导流气管喷出的导流气体始终喷向预设位置。

在一些可选的方案中，还包括反应容器，其套设在所述光纤预制棒外侧，所述反应容器包括进口侧和与进口侧相对设置的出口侧，所述反应喷灯设在进口侧，所述外径测量仪设在所述反应容器的侧壁上。

另一方面，本发明提供一种提高OVD沉积效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

使反应喷灯沿光纤预制棒的轴向移动，并使其喷出的反应火焰至所述光纤预制棒上；

同时利用导流装置将所述反应火焰向所述光纤预制棒的轴向方向压缩导流。

在一些可选的方案中，所述的利用导流装置将所述反应火焰向所述光纤预制棒的轴向方向压缩导流，具体包括：

所述导流气体沿所述光纤预制棒轴线平行的平面呈扁平状喷出，并根据所述光纤预制棒的直径调整角度，使所述导流气体始终喷向预设位置，所述预设位置为所述反应喷灯与光纤预制棒的轴线所在平面平移后与所述光纤预制棒的切线。

在一些可选的方案中，所述导流气体的流量随所述光纤预制棒的直径实时调整。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在反应喷灯沿光纤预制棒的轴向移动的同时，利用导流装置将反应火焰向光纤预制棒的轴向方向压缩导流，这样可以将反应火焰“塑形”，使反应火焰与光纤预制棒有更多的接触面积，提高反应气体沉积到光纤预制棒上的体积。可以有效避免靶棒在沉积前期直径较小，与氢氧焰接触的面积较小，导致生成的玻璃微粒无法有效沉积到靶棒上，造成沉积效率低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例中未设置导流装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中设置导流装置后的结构示意图；

图3为本发明实施例中提高OVD沉积效率的装置示意图；

图4为本发明实施例中导流气管的角度调整示意图；

图5为本发明实施例中导流气管的角度调整参数图表。

图中：1、反应喷灯；2、光纤预制棒；3、导流装置；31、导流气管；32、喷嘴；4、外径测量仪；5、控制单元；6、反应容器；7、偏转机构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图2所示，本发明提供一种提高OVD沉积效率的装置，包括：导流装置3和至少一反应喷灯1。

其中，反应喷灯1可沿光纤预制棒2的轴向移动，用于喷出反应火焰至光纤预制棒2；导流装置3设于反应喷灯1的外侧，用于将反应火焰向光纤预制棒2的轴向方向压缩导流。

在使用该提高OVD沉积效率的装置时，使反应喷灯1沿光纤预制棒2的轴向移动，并使其喷出的反应火焰至光纤预制棒2上，在反应喷灯1沿光纤预制棒2的轴向移动的同时，利用导流装置3将反应火焰向光纤预制棒2的轴向方向压缩导流，这样可以将反应火焰“塑形”，使反应火焰与光纤预制棒2有更多的接触面积，提高反应气体沉积到光纤预制棒2上的体积。可以有效避免靶棒在沉积前期直径较小，与氢氧焰接触的面积较小，导致生成的玻璃微粒无法有效沉积到靶棒上，造成沉积效率低的问题。

本例中，反应火焰包括氢氧焰和沉积气体（例如、SiCl4），在氢氧火焰的作用下相互之间发生化学反应生成的玻璃微粒沉积到靶棒上。光纤预制棒2最初沉积的时候为一根靶棒，靶棒在沉积的初期直径较小，此时，如图1所示，若没有导流装置3，反应喷灯1喷出的反应火焰基本为一个圆形的形状，这样反应火焰中的沉积气体生成的玻璃微粒只能在这个圆形区域内与靶棒接触后沉积，会导致沉积效率低下的问题。本方案中采用将反应火焰向光纤预制棒2的轴向方向压缩导流，可以增大反应火焰中沉积气体与靶棒的接触面积，以提高沉积效率。

如图2和图3所示，在一些可选的实施例中，导流装置3包括两个导流气管31，其分别设于反应喷灯1的两侧，并位于光纤预制棒2的两侧，导流气管31用于喷出导流气体来压缩导流反应火焰，使其向光纤预制棒2的轴向方向延伸。

在本实施例中，反应喷灯1与初始的沉积靶棒呈垂直设置，导流装置3的两个导流气管31分别位于反应喷灯1与靶棒即光纤预制棒2形成的平面的两侧。即在反应喷灯1的两侧分别设置一个导流气管31，这样就可以将呈圆形的反应火焰压扁，使反应火焰向光纤预制棒2的轴向方向延伸，使反应火焰中的反应气体与光纤预制棒2有更大的接触面积，以提高反应效率。

在一些可选的实施例中，该装置还包括外径测量仪4和控制单元5，外径测量仪4用于实时测量光纤预制棒2的直径，控制单元5用于根据外径测量仪4的直径检测信号，调整导流气管31喷出导流气体的方向以始终喷向预设位置。

在本实施例中，随着光纤预制棒2的逐渐沉积，其直径会逐渐增大，此时为了使反应火焰与光纤预制棒2的接触面积保持最大，需要实时调整导流气管31的角度，以使其适应此时光纤预制棒的直径。本例中，导流气管31喷出导流气体的方向始终为光纤预制棒2的外径处，即使反应喷灯1朝向一侧的光纤预制棒2可全部被覆盖到。本例中，随着光纤预制棒2的直径逐渐增大，通过外径测量仪4实时测量光纤预制棒2的直径，控制单元5获取外径测量仪4检测到的直径信号，并检测到的直径信号，调整导流气管31喷出导流气体的方向以始终喷向预设位置，使反应喷灯1朝向一侧的光纤预制棒2可全部被覆盖到，以保证反应火焰与光纤预制棒2的接触面积保持最大，确保反应效率。

在一些可选的实施例中，反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线方向相互垂直，预设位置为反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线所在平面平移后与光纤预制棒2的切线。

在本实施例中，反应喷灯1的喷射方向与光纤预制棒2的轴线方向相互垂直，即反应喷灯1的喷口垂直于光纤预制棒2的轴线方向。使导流气体始终喷向反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线所在平面平移后与光纤预制棒2的切线位置，可将反应火焰朝向的光纤预制棒2的反应面最大，始终被限制在最大的反应面上，以提高反应效率。另外，还可将反应喷灯1的喷嘴32设计为扁平状结构，直接将反应火焰喷向光纤预制棒2的轴线方向，但是随着光纤预制棒2的沉积，其直径会增大。这样的话，若将喷嘴32设计的较宽，初始沉积阶段则会导致沉积气体的浪费，但是若将嘴设计的较窄，光纤预制棒2沉积直径增大后，会导致反应面积过小。将喷嘴32设计为可变宽窄的结构，设计困难，并且成本很高，稳定性也不好。

在一些可选的实施例中，导流气管31的喷嘴32均为扁平状，用于将导流气体沿光纤预制棒2轴线平行的平面呈扁平状喷出。

在本实施例中，扁平状的喷嘴32将导流气体沿光纤预制棒2轴线平行的平面呈扁平状喷出，并且喷射到反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线所在平面平移后与光纤预制棒2的切线位置。通过两扁平状的喷嘴32喷出的导流气体，形成两道气墙，对反应火焰进行导流和聚集，使使反应火焰中的反应气体形成的玻璃微粒经过充分与疏松体接触反应后再直接排出。这样可使反应气体始终位于与光纤预制棒2的接触面内，并保持反应面最大。呈扁平状的喷嘴32也可以使导流气体在光纤预制棒2的长度方向的限位长度更长。

在一些可选的实施例中，该装置还包括偏转机构7，其与控制单元5信号连接，用于根据接收控制单元5的控制信号，调整导流气管31喷出的导流气体始终喷向预设位置。

在本实施例中，通过将导流气管31设置在偏转机构7上，并且将偏转机构7与控制单元5信号连接，偏转机构7根据接收控制单元5的控制信号，具体的是根据控制单元5获取的光纤预制棒2直径信号，调整导流气管31喷出的导流气体始终喷向预设位置，即限制反应气体始终位于与光纤预制棒2的接触面内，并保持反应面最大。这样实现导流气管31角度的自动控制，提高工作效率、准确性和稳定性。偏转机构7可以如图2所示，为旋转伺服电机，设置在反应喷灯1的外侧，与导流气管31连接，直接驱动导流气管31偏转；也可以如图3所示，导流气管31设置与反应喷灯1外侧转动连接的转动部，偏转机构7为伸缩机构，一端与靠近导流气管31的喷嘴32一端连接，另一端与反应喷灯1的外侧连接，通过伸缩机构的伸缩使导流气管31转动，从而调整喷嘴32角度。

在一些可选的实施例中，该装置还包括反应容器6，其套设在光纤预制棒2外侧，反应容器6包括进口侧和与进口侧相对设置的出口侧，反应喷灯1设在进口侧，外径测量仪4设在反应容器6的侧壁上。

本例中，反应容器6为长条形的反应室，设有进气侧和出气侧，并且进气侧和出气侧相对设置，为光纤预制棒2的沉积提供一个反应空间。进气侧的开口大于出气侧的开口，可使反应容器6内的反应气体始终保持较高的反应浓度。外径测量仪4设在反应容器6的侧壁上，可更加准确的实时检测光纤预制棒2的直径。

另一方面，本发明还提供一种提高OVD沉积效率的方法，包括以下步骤：

使反应喷灯1沿逐渐沉积的光纤预制棒2轴向移动，并使其喷出的反应火焰至光纤预制棒2上；同时利用导流装置3将反应火焰向光纤预制棒2的轴向方向压缩导流。

在使用该方法时，使反应喷灯1沿逐渐沉积的光纤预制棒2轴向移动，并使其喷出的反应火焰至光纤预制棒2上，反应火焰中的反应气体在光纤预制棒2的直径较小时，利用导流装置3将反应火焰向光纤预制棒2的轴向方向压缩导流，可以使反应气体与此时直径较小的光纤预制棒2有更多的接触面积，由此提高沉积效率。靶棒上沉积的疏松体周围残留的玻璃微粒也不会多，因此，对疏松体内亮点和异物等异常也会有改善。

在一些可选的实施例中，的利用导流装置3将反应火焰向光纤预制棒2的轴向方向压缩导流，具体包括：导流气体沿光纤预制棒2轴线平行的平面呈扁平状喷出，并根据光纤预制棒2的直径调整角度，使导流气体始终喷向预设位置，预设位置为反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线所在平面平移后与光纤预制棒2的切线。

在本实施例中，沉积开始前，在反应容器的中间安装靶棒，靶棒的直径约为40-50mm。沉积喷灯位于靶棒轴向方向的正下方90度方向。如图4所示，同时用于调整反应火焰形状的空气导流气管位于沉积喷灯的两侧，分别于与水平方向成45度夹角，导流的气体使用氮气（避免杂质沉积到疏松体表面），且初期流量设定为10slm/min。该导流气体的流量及喷出方向设定由控制单元5（PLC）进行调整，使导流气体始终喷向反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线所在平面平移后与光纤预制棒2的切线，限制反应气体始终位于与光纤预制棒2的接触面内，并保持反应面最大，可提高工作效率、调整的准确性和反应的稳定性。

在一些可选的实施例中，导流气体的流量随光纤预制棒2的直径实时调整。

在本实施例中，随着沉积开始，反应喷灯1在氢氧焰中通入反应气体（例如、SiCl4）而生成玻璃微粒。玻璃微粒随着氢氧焰沉积在靶棒的表面。沉积前期在之前设定的气体导流作用下，使火焰被“塑形”，氢氧焰内的玻璃微粒能更充分的接触靶棒的表面，提高沉积效率。

随着沉积的继续进行，光纤预制棒2的疏松体在玻璃微粒的堆积下逐渐生长“***”，同时需要继续同步调整气体导流的速度和角度，气体导流管的角度逐渐变调整角度，气体流量也需要逐渐加大。以此确保随着沉积的进行，氢氧焰能充分与疏松体表面接触，提高沉积效率。

导流气体的导流角度和气体流量的设定是在多次试验，结合实际的条件下得出，并设计成相应的程序输入控制单元5（PLC）进行控制。在整个沉积过程中，通过外径测量仪检测沉积中疏松体直径的变化参数，对应程序设定的导流角度和气体流量进行调整。因此，该程序控制参数的对应关系也为本发明的关键之处。

下表为调整程序关键控制参数：

如图4和图5所示，具体解释上表中的关键控制参数：当光纤预制棒的直径为40mm时，此时为靶棒，导流气体的导流方向为与反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线所在平面呈45°角，此时导流气体喷射到光纤预制棒2上的位置为：反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线所在平面平移后与光纤预制棒2的切线，导流气体的流量为10 slm/min。当光纤预制棒的直径为100时，调整到表中的位置，气体流量也按表中参数设置，当光纤预制棒的直径为400mm时，流气体的导流方向为与反应喷灯1与光纤预制棒2的轴线所在平面呈75°角，此时导流气体的流量为24 slm/min。表中给出的仅仅为关键点的参数，其他点的参数可以按照表中的参数差值获得。

综上所述，本发明在反应喷灯1沿光纤预制棒2的轴向移动的同时，利用导流装置3将反应火焰向光纤预制棒2的轴向方向压缩导流，这样可以将反应火焰“塑形”，使反应火焰与光纤预制棒2有更多的接触面积，提高反应气体沉积到光纤预制棒2上的体积。可以有效避免靶棒在沉积前期直径较小，与氢氧焰接触的面积较小，导致生成的玻璃微粒无法有效沉积到靶棒上，造成沉积效率低的问题。还根据控制单元5获取的光纤预制棒2直径信号，调整导流气管31喷出的导流气体始终喷向预设位置，即限制反应气体始终位于与光纤预制棒2的接触面内，并保持反应面最大。这样实现导流气管31角度的自动控制，提高工作效率、准确性和稳定性。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种提高OVD沉积效率的装置，其特征在于，包括：

至少一反应喷灯（1），其可沿光纤预制棒（2）的轴向移动，所述反应喷灯（1）用于喷出反应火焰至所述光纤预制棒（2）；

导流装置（3），其设于所述反应喷灯（1）的外侧，用于将所述反应火焰向所述光纤预制棒（2）的轴向方向压缩导流。

2.如权利要求1所述的提高OVD沉积效率的装置，其特征在于，所述导流装置（3）包括两个导流气管（31），其分别设于所述反应喷灯（1）的两侧，并位于所述光纤预制棒（2）的两侧，所述导流气管（31）用于喷出导流气体来压缩导流所述反应火焰，使其向所述光纤预制棒（2）的轴向方向延伸。

3.如权利要求2所述的提高OVD沉积效率的装置，其特征在于，还包括外径测量仪（4）和控制单元（5），所述外径测量仪（4）用于实时测量所述光纤预制棒（2）的直径，所述控制单元（5）用于根据所述外径测量仪（4）的直径检测信号，调整所述导流气管（31）喷出导流气体的方向以始终喷向预设位置。

4.如权利要求3所述的提高OVD沉积效率的装置，其特征在于，所述反应喷灯（1）与光纤预制棒（2）的轴线方向相互垂直，所述预设位置为所述反应喷灯（1）与光纤预制棒（2）的轴线所在平面平移后与所述光纤预制棒（2）的切线。

5.如权利要求2至4任一项所述的提高OVD沉积效率的装置，其特征在于，所述导流气管（31）的喷嘴（32）均为扁平状，用于将所述导流气体沿所述光纤预制棒（2）轴线平行的平面呈扁平状喷出。

6.如权利要求3所述的提高OVD沉积效率的装置，其特征在于，还包括偏转机构（7），其与所述控制单元（5）信号连接，用于根据接收所述控制单元（5）的控制信号，调整所述导流气管（31）喷出的导流气体始终喷向预设位置。

7.如权利要求3所述的提高OVD沉积效率的装置，其特征在于，还包括反应容器（6），其套设在所述光纤预制棒（2）外侧，所述反应容器（6）包括进口侧和与进口侧相对设置的出口侧，所述反应喷灯（1）设在进口侧，所述外径测量仪（4）设在所述反应容器（6）的侧壁上。

8.一种提高OVD沉积效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

使反应喷灯（1）沿光纤预制棒（2）的轴向移动，并使其喷出的反应火焰至所述光纤预制棒（2）上；

同时利用导流装置（3）将所述反应火焰向所述光纤预制棒（2）的轴向方向压缩导流。

9.如权利要求8所述的提高OVD沉积效率的方法，其特征在于，所述的利用导流装置（3）将所述反应火焰向所述光纤预制棒（2）的轴向方向压缩导流，具体包括：

所述导流气体沿所述光纤预制棒（2）轴线平行的平面呈扁平状喷出，并根据所述光纤预制棒（2）的直径调整角度，使所述导流气体始终喷向预设位置，所述预设位置为所述反应喷灯（1）与光纤预制棒（2）的轴线所在平面平移后与所述光纤预制棒（2）的切线。

10.如权利要求9所述的提高OVD沉积效率的方法，其特征在于，所述导流气体的流量随所述光纤预制棒（2）的直径实时调整。

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