FI91422C - Menetelmä ja laitteisto nestemäisten reagenssien syöttämiseksi kemialliseen reaktoriin - Google Patents
Menetelmä ja laitteisto nestemäisten reagenssien syöttämiseksi kemialliseen reaktoriin Download PDFInfo
- Publication number
- FI91422C FI91422C FI922852A FI922852A FI91422C FI 91422 C FI91422 C FI 91422C FI 922852 A FI922852 A FI 922852A FI 922852 A FI922852 A FI 922852A FI 91422 C FI91422 C FI 91422C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- liquid
- evaporator
- porous material
- reagents
- reagent
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
- C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
Description
91422
Menetelmå ja laitteisto nestemaisten reagenssien syottauisek-si kemialliseen reaktoriin 5 Esillå oleva keksinto koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmåå nestemaisten reagenssien syottåmiseksi kemialliseen reaktoriin, jossa reagenssit ovat kaasufaasissa.
Tållaisen menetelman mukaan ainakin yhden reagenssin ennalta 10 valittu måårå (materiaalivuo) syotetåan hoyrystimeen, jossa sen annetaan hoyrystyå, minkå jalkeen hoyry johdetaan kemialliseen reaktoriin, jossa reagenssi saatetaan reagoimaan reaktor issa olevan substraatin tai muiden låhtoaineiden kanssa.
15 Keksinto koskee myos patenttivaatimuksen 9 johdannon mukaista laitteistoa nestemaisten reagenssien hoyryståmiseksi ja annostelemiseksi kemialliseen reaktoriin.
Ohutkalvoja valmistetaan kemiallisissa reaktoreissa, joissa 20 reagenssit tuodaan kaasufaasissa reaktiotilaan ja saatetaan reagoimaan tasomaisen substraatin kanssa. Usein reagensseina kaytetaan huoneenlampotilassa nestemåisia aineita, jotka hoyrystetaan erillisessa hoyrystimessa ennen kuin ne johdetaan reaktoriin.
25
Tunnetun tekniikan mukaisista hoyrystysmenetelmistå mainitta-koon erityisesti CVD-ohutkalvoprosessien (Chemical Vapor Deposition) yhteydesså sovellettava kuplitusmenetelma. Sano-tussa menetelroassa kaytetaan lahdetta, jossa vakiolampotilas-30 sa olevan nesteen låpi kuplitetaan kantajakaasua vakiona tilavuusvirtauksena. Tåmån tyyppista lahdetta kåytettåesså hallitaan annostelua nesteen låmpotilalla, joka mååråå hoy-rynpaineen, sekå kantajakaasun tilavuusvirtauksella, jolla mååritetåån siirtonopeus.
35 Tåhån tunnettuun tekniikkaan liittyy kuitenkin eråitå epåkoh-tia. Niinpå jotta annostelu olisi esitetyn kaltaisella kupli-tuslåhteellå tarkkaa, on nesteen låmpotila kyettåvå pitåmåån vakiona halutussa låmpotilassa. Samoin on kantajakaasun 2 tilavuusvirtaus on såadettåva tarkasti. Vaikka nåmå paramet-rit olisivatkin kunnossa, jåå siirtyvåån ainemååråån keskei-sesti vaikuttavaksi, mutta vaikeasti hallittavaksi tekijaksi kuplittajasta poistuvan kantajakaasun kyllåisyysaste. Siihen 5 vaikuttavat mm. kuplakoko ja kuplan matka nesteen sisåsså, siis låhteen tåyttoaste. Lisåksi låhteeseen syotetyn kantajakaasun låmpotila on pidettåvå vakiona, jotta kyllåisyysaste pysyisi vakiona. Muutettaessa lahteen parametreja, ei kyllai-syysasteen muutosta pystyta tarkasti ennakolta arvioimaan, 10 joten låhteestå poistuvaa ainemååråån haluttuja muutoksia ei voi hallita tarkasti ilman låhteen laajaa ja perusteellista karakterisointia.
wo-hakemusjulkaisusta 91/19017 tunnetaan edella esitetystå 15 poikkeava ratkaisu nestemaisten reagenssien hoyrystamiseksi.
Tunnetun tekniikan mukainen menetelma pitåa sisallaan sen, etta reagenssit johdetaan hallittuna ja virtausnopeudeltaan tarkkaan såadettyna nestevirtana paisuntaventtiiliin, jossa nestemainen reagenssi hoyrystyy, minka jalkeen muodostunut 20 hdyry johdetaan alipaineessa pidettyyn reaktoriin. Paisunta- venttiilin suuttimen koko on talloin såadettavisså nestemåi-sen reagenssin paineen mukaan nestevirtauksessa esiintyvien vaihteluiden poistamiseksi ja kaasufaasivirran yhtenåisyyden parantamiseksi. Tåmåkåan ratkaisu ei kuitenkaan toimi hyvin 25 mikali nestesyotossa on suuria ja åkillisia vaihteluita.
Lisaksi paisuntaventtiilin suutinaukko on tukkeutumisaltis ja liikkuvana osana herkkS toimintahairioille.
Esilla olevan keksinnon tarkoituksena on poistaa tunnettuun 30 tekniikkaan liittyvSt epSkohdat ja saada aikaan aivan uuden- lainen ratkaisu nestemaisten reagenssien syottamiseksi kaasu-faasissa olevia reagensseja kayttaviin kemiallisiin reakto-reihin.
35 Keksinnon yhteydessa on todettu, etta ohutkalvojen valmis- tuksessa tarvittavien nestekemikaalien maaråt ovat niin pienia, etta niiden pumppaaminen hoyrystimeen tasaisena 3 91422 virtauksena on pisaroita muodostavien pintajånnitysvoimien vuoksi vaikeaa.
Tasta syysta esillå olevan keksinnon mukainen ratkaisu perus-5 tuu siihen ajatukseen, ettå kaytetaan hoyrystintå, joka kykenee toimimaan hoyrystettåvån nesteen puskurivarastona nestevirran syotosså esiintyvien virtausvaihteluiden tasoit-tamiseksi. Keksinnon mukainen hoyrystin koostuu tålloin ainakin osittain huokoisesta, kostuvasta materiaalista, joka 10 estaå pisaranmuodostumisen imemalla nesteen itseenså.
Tåsmållisemmin sanottuna keksinnon mukaiselle menetelmålle on paaasiallisesti tunnusomaista se, mika on esitetty patentti-vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
15
Keksinnon mukaiselle laitteistolle on puolestaan tunnusomaista se, mika on esitetty patenttivaatimuksen 9 tunnusmerkkiosassa.
20 Tamån hakemuksen puitteissa tarkoitetaan huokoisella, kostu- valla materiaalilla sellaista ainetta, jonka huokoskoko on niin pieni, etta nesteen ja huokosten valiset voimat (esim. kapillaarivoimat ja koheesiovoimat) ovat nesteen pintajånni-tysta suuremmat, jolloin neste paasee tunkeutumaan huokosten 25 sisaan ja leviamåan aineen låpi. Huokosten maksimikoot vaih- televat kåytettåvån reagenssin mukaan, mutta ovat tyypilli-sesti 0,1 nm.,.100 nm, edullisesti noin 1...30 nm. Sopivimmin huokoinen materiaali on valmistettu epåorgaanisesta aineesta, joka on inertti reagenssin suhteen, kuten keraamisesta tai 30 mineraalisesta aineesta. Tyypillisinå esimerkkeina mainitta- koon erilaiset silikaattipohjaiset materiaalit. Huokoinen kappale voidaan myos valmistaa grafiitista, jonka kyky johtaa låmpoå on monessa suhteessa edullista keksinnon mukaan toi-mittaessa. Huokoisen materiaalin valmistusaineista mainitta-35 koon vielå erilaiset karbidit, kuten piikarbidi.
Huokoinen materiaali voi olla muotoiltu mihin tahansa sopi- 4 vaan geometriseen muotoon. Materiaalin pinta/tilavuus-suhde valitaan sen mukaan, miten suurta puskurivarastoa tarvitaan hoyrystettMvaa ainetta vårten, eli miten paljon vaihteluita nestesyotosså esiintyy. Tavallisesti, kuten alia låhemmin 5 esitetåån, hoyrystimeen syotettåva nestevirtaus pyritåan pitMmaan erittain tasaisena, jolloin huokoisen materiaalin pinta sopivimmin on varsin suuri. Alla esitettavåssa esimer-kisså hoyrystavå materiaali on muotoiltu sauvamaiseksi, jolloin sen poikkileikkaus nesteen syottosuunnassa on ympyran 10 muotoinen. Haluttaessa huokoinen materiaali voidaan kuitenkin myos muotoilla esim. levymaiseksi, kartiomaiseksi tai pallo-maiseksi. Huomautettakoon viela, ettS kasitteellS "pinta" tarkoitetaan huokoisen materiaalin muodostaman kappaleen geometrista pintaa, nk. verhopintaa.
15
Imeytetty reagenssi hoyrystetaan huokoisesta materiaalista siirtåmållå siihen tarvittavaa hdyrystysenergiaa. Tavallisesti ja edullisesti tåma tapahtuu siten, etta huokoiseen ainee-seen tuodaan sopivasta lampolahteesta lampoenergiaa. Tasainen 20 ja tehokas lammontuonti hoyrystimeen on tårkeåå, koska rea- genssi sitoo hoyrystyessaån runsaasti lampoå, ja se voidaan saada aikaan kayttamålla vakiolampotilassa pidettåvåa lampo-lahdetta.
25 Keksinnon edullisessa sovellutusmuodossa hoyrystyksen ai- kaansaamiseksi huokoisen materiaalin ymparille on jårjestetty lammityselimia, jotka kohdistavat lampoenergiaa materiaaliin, josta se siirtyy nesteeseen. Lampoenergian vaikutuksesta neste hoyrystyy huokoista materiaalia ymparoivaan tilaan, 30 josta se kuljetetaan edelleen reaktoriin esim. kantajakaasun avulla. Lampoenergiaa tuodaan hoyrystimeen niin paljon, etta neste saadaan hoyrystymaan oleellisesti tasaisena kaasuvirta-na huokoisesta materiaalista.
35 Låmmityselimina voidaan esimerkiksi kayttåa erilaisia såtei- lylammittimia, kuten såhkovastuslåmmittimiå. Låmmittimet voidaan myos jårjeståå huokoisen materiaalin sisåan muodosta- 5 91422 malla siihin aukkoja tai reikiå, joihin låmmityselimet si-joitetaan. Kuten yllå mainittiin, lammityselimiå pidetåån edullisesti vakiolåmpotilassa.
5 Eråån edullisen sovellutusmuodon mukaan huokoinen inateriaali muodostetaan sylinterivaipan muotoisen keskeisen ensimmåisen esim. sauvamaisen låmmity se limen ympårille, josta låmmitys-elimestå lampo siirtyy johtumalla huokoiseen materiaaliin. Sylinterivaipan ulkopuolelle jarjestetaan hoyryn virtauksen 10 tarvitsema sola ja tåmån toiselle puolelle sylinterivaipan muotoinen toinen låmmityselin, josta lampo siirtyy såteile-mållå huokoiseen materiaaliin. Tåsså sovellutusmuodossa on sopivimmin huolehdittava siitå, ettå toisen låmmityselimen avulla tuodaan niin paljon lampoenergiaa hoyrystimen ulko-15 vaippaan, ettå hoyryn kondensoituminen vaipan sisåpintaan estyy.
Låmmitys voidaan myos jårjeståå siten, ettå huokoista materi-aalia ympåroivåån tilaan (hoyrynvirtaussolaan) tuodaan låm-20 mintå kaasua, esim. låmmitettyå kantajakaasua, jolla hoyryt kuljetetaan reaktoriin.
Muodostamalla hoyrystin yhtenåiseksi kappaleeksi kemiallisen reaktorin syottosuutinten kanssa lampoenergiaa siirtyy hoy-25 rystimeen suuttimesta myos johtumalla. Koska kemiallisen reaktorin syottosuuttimet usein pidetaan vakiolampotilassa, on osoittautunut edulliseksi kåyttåå suuttimesta vapautuvaa hukkalåmpoå hoyrystimen låmmittåmiseen.
30 Edellå mainittiin, ettå hoyry viedåån keksinnon eråån edulli sen sovellutusmuodon mukaan reaktoriin kantajakaasun avulla. Keksinnon edullisessa sovellutusmuodossa hoyrystin toimii samassa paineessa kuin kemiallinen reaktori. Niinpå yhdistet-tynå alla esitettåvån esimerkin mukaiseen CVD-laitteistoon, 35 jota kåytetåan normaali-ilmanpafneessa, hoyrystin toimii ilmakehån paineessa, jolloin seka reagenssi ettå kantajakaasu tuodaan siihen samassa paineessa.
6
Haluttaessa hoyrystetyn nesteen kuljetus voidaan myos jarjes-tåa yhdiståmållå hdyrystin suoraan kåyttokohteeseen eli kemialliseen reaktoriin ja pitåmålla tåta samassa paineessa kuin hoyrystin, jolloin reagenssihoyryt siirtyvåt vapaasti 5 reaktoriin, tai pitåmallå reaktoria hoyrystinta alemmassa paineessa, jolloin hdyrystynyt reagenssi imetåån reaktoriin.
Neste voidaan syottåa mihin kohtaan huokoista ainetta tahan-sa. Edullisesti huokoinen materiaali on kuitenkin jårjestetty 10 ainakin oleellisesti pystysuoraan asentoon, jolloin neste tuodaan sen ylaosaan, josta se leviaa alaspain painovoiman vaikutuksesta ja sivuille kapillaari- ja koheesiovoimien sekå muiden sentapaisten fysikaalisten voimien vaikutuksesta. Alla esitettavåsså esimerkisså huokoinen materiaali on pysty-15 suoraan jårjestetty sauva, jonka ylapaatyyn on muodostettu keskiakselin suuntainen aukko, johon neste voidaan syottaa. Syottamalla neste keskiakselin suuntaisesti saadaan aikaan nesteen tasainen leviaminen sauvan poikkileikkauksen yli, jolloin nestetta hoyrystyy tasaisesti ympåri sauvan.
20
Annostelun maara ja sen tarkkuus on ensisijassa riippuvainen syotetyn nesteen virtausnopeudesta. Hoyrystettåvaa ja hoyryna reaktoriin syotettavaa reagenssimaåråå kontrolloidaan såStå-malla pumppausnopeutta, jolla nestemåistå reagenssia annos-25 tellaan hoyrystinelementtiin. Pumpun pitaa olla sellainen, etta silla saadaan tuotetuksi tasainen ja hallittu nestevir-taus, joka ei ole riippuvainen vastapaineesta. Taman tyyppi-sia pumppuja ovat esim. manta- ja letkupumput, joiden kapa-siteetti muuttuu lineaarisesti pumpun kierrosluvun funktiona, 30 jolloin nestemaaran tarkka annostelu on mahdollista pumpun tehoa muuttamalla.
Kuten edellisesta on kaynyt ilmi, huokoinen materiaali toimii nestemaisen reagenssin puskurivarastona, poistaa nesteen 35 syoton epatasaisuudet ja estaa nain pisaranmuodostuksen aiheuttamasta vaihtelua hoyrystimen ulostuloon. Keksinnon mukaan hoyrystavaa materiaalia operoidaan jatkuvuustilassa 7 91422 (steady state -tilassa). TStå kasitettå selostetaan tarkemmin seuraavassa:
Neste muuttuu keksinnon mukaisessa hoyrystinelementissa 5 hoyryksi ja poistuu kantajakaasun mukana samalla nopeudella kuin sita pumppaamalla syotetaån. Jatkuvatoimisessa tilassa huokoisen materiaalin sisåån syntyy tålloin pituus- ja sa-teettåissuuntaiset "markyys"-gradientit, jotka riippuvat toisaalta pumppausnopeudesta ja toisaalta hoyrystimen lampo-10 tilasta tai oikeammin siita låmpovuosta, joka siirtyy hoyrys- timen ulkopuolisesta lammittimesta hoyrystavåan huokoiseen materiaaliin. Jatkuvuustilassa huokoinen materiaali sisaltaa puskurivaraston hoyrystettavaa nestetta. Sen maara riippuu nesteen pumppausnopeudesta, lammittimen lampotilasta, seka 15 huokoisen materiaalin geometrisista mitoista. Puskuri-varasto tasoittaa tehokkaasti lyhytaikaiset muutokset nesteen syotos-sa, joten pumppauksen tasaisuusvaatimukset lieventyvåt oleel-lisesti.
20 Hoyrystimen tyoskentelyalue on maariteltåvissa seuraavasti: Μώ j = M^g jatkuvuustilassa
Mi», < 25
Mlt > 0 jossa: 30 Μ»,, = hoyrystimeen pumpatun nesteen massavirta Μαη,ί = hoyrystimesta ulostulevan hoyryn massavirta
Min,.max(T) = maksimi nesteen massavirta, jonka tietty hoyrystin 35 pystyy lammittimen lampotilassa T hoyrystamaan.
M„ = hoyrystimen sisåltSmS nesteen maSra jatkuvuustilassa (st = steady state).
40 Jos Μ»,, on suurempi kuin Μ^,^ίΤ) , ei koko hoyrystimeen pum- δ
pattu nestemåårå ehdi haihtua, vaan hoyrystimeen alkaa muo-dostua nestepisaroita. riippuu paitsi låmpotilasta T
myos hoyrystimen dimensioista ja rakenteesta, tarkemmin sanoen siitå låmpovuosta, joka siirtyy låmmittimestå hbyrys-5 timen huokoisen materiaalin kautta hoyrystettavaån nestee- seen.
Kuviossa 3 on esimerkkinå esitetty alla kuvattavan sovellu-tusesimerkin mukaisen rakenteen omaavan hoyrystimen kokeel-10 lisesti mååritetyt Μ^,,^ίΤ) kayråt vedelle ja etanolille ja naiden seoksille.
Hoyrystimen tyoskentelyalue on kåyrån ja låmpotila-akselin rajoittama alue. Tyoskentelypistettå valittaessa tulee huo-15 lehtia siitå, ettå pysytåån kåyrån alapuolella ja riittåvalla etaisyydella siitå.
Ellei hoyrystettåvå aine sinånså termisen stabiiliutensa puolesta aseta rajoituksia låmpotilalle, voidaan hoyrystimen 20 kapasiteettia suurentaa korottamalla yksinkertaisesti låmmit- timen låmpotilaa.
Ååritilanteessa, jossa M„ = 0, hdyrystyy neste sitå mukaan kun se pumpataan hbyrystimen ylåpååhån huokoisen materiaalin 25 pysyesså kuivana. Tålloin ei muodostu lainkaan hoyrystimen sisåistå puskuria, eikå hoyrystin tasoita pumppauksessa tapahtuvia lyhytaikaisia vaihteluita. Hoyrystimen kayttopis-teeksi on tåstå syystå edullista valita låmpotila, jossa M* on sopivan suuri. Kun låmmittimen låmpotilaa muutetaan pump-30 pausnopeuden pysyesså vakiona, hakeutuu hoyrystin uuteen jatkuvatoimiseen tilaan, joka poikkeaa ensimmåisestå sikåli ettå M„(T2) & M„(T,), edellyttåen, ettå pysytåån hoyrystimen tyoskentelyalueella. Muutosvaiheen aikana & M*,,. Mst muuttuu myos muutettaessa pumppausnopeutta vakiolåmpotilassa, 3 5 kunnes uusi jatkuvatoiminen tila on saavutettu, eli: Μ,,ίΜ^) M,, (Myj,,) · Mst:n mukana muuttuu efektiivinen haihduttava pinta.
9 91422
Jatkuvuustilan erityisenå etuna on se, etta koska kaikki syotettåva neste menee kaasufaasiin, tislautumista ei tapah-du. Niinpå keksinnon mukaisesti toimittaessa voidaan kaasu-faasiseoksia saada aikaan sekoittamalla vastaavat nesteet 5 keskenåån ja haihduttamalla seos. Jatkuvuustilan ansiosta hoyryn koosturnus on sama kuin nesteseoksen myos siina tapauk-sessa, etta kyseessa ei ole atseotrooppinen nesteseos. Tama antaa tunnettua tekniikkaa huomattavasti suuremmat vaihtelu-mahdollisuudet ohutkalvojen valmistuksessa.
10
Keksintoa ryhdytaan seuraavassa lahemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten avulla, jolloin kuviossa 1 on esitetty keksinnon mukaisen annostelulaitteen periaatekaavio, 15 kuviossa 2 on sivukuvantona esitetty keksinnosså kaytettavån hoyrystimen halkileikkaus, kuviossa 3 on esitetty kuvion 1 mukaisen hoyrystimen kokeel-lisesti maaritetyt ^^„(T) kåyrat vedelle ja etanolille ja naiden seoksille, 20 kuviossa 4 on esitetty normaali-ilmanpaineessa (atmosfaåri- sessa paineessa) toimivan CVD-laitteiston kaaviokuva ja kuviossa 5 on esitetty kaavio, josta kåy ilmi, miten APCVD-laitteen suuttimiin syotetaån reagensseja keksinnon mukaisen menetelmån avulla.
25
Kuviossa 1 on esitetty keksinnon mukaiseen annostelu- ja hoyrystysjarjestelmaan kuuluvat osat: kaasunsyottojårjestelma 1 kantajakaasulle, astia 2 nestemåiselle reagenssille, tark-kaan annosteluun yltava pumppu 3 seka hoyrystin 4.
30
Kantajakaasuna kaytetaan samaa kaasua kuin reaktiossa, edullisesti jotain hoyrystettavan reagenssin suhteen inerttia kaasua, kuten typpea tai argonia, tai ilmaa.
Soveltuen voidaan myos kSyttaa reagenssikaasua, kuten 35 happea. Kaasu johdetaan hoyrystimeen 4, johon se voidaan syottåå alipaineisena tai normaali-ilmanpaineessa. Edullisesti kaasu syotetaan hoyrystimeen samassa paineessa, joka 10 vallitsee reaktorissa. Tarvittaessa nestemaisen reagenssin astia 2 pidetåan inertin kaasun ilmakehån alla reagenssin hapettumisen estamiseksi.
5 Annostelusysteemin kontrolli perustuu siihen, ettå jatkuvuus- tilassa hbyrystimesta 4 poistuu sama maårå ainetta hoyrynå, kuin mitå siihen nesteena pumpataan. Pumpun 3 såådettåvyys ja tarkkuus ovat reagenssisyoton perusparametrejå. Pumppuna 3 kåytetaån edullisesti peristalttista pumppua tai måntåpump-10 pua, jonka pumppausnopeutta saåtamållS voidaan kontrolloida hoyrystettåvan ja hoyryna reaktoriin syotettåvån reagenssin -mååråa. Syottamalla samanaikaisesti nestetta kahdesta tai useammasta nestelåhteestå ja yhdiståmållå nestevirrat ennen hoyrystinta nesteseokseksi voidaan pumppujen avulla varsin 15 tarkkaan saataa muodostuvan nesteseoksen - ja siten hoy- ryseoksen - koostumus.
Neste muuttuu jatkuvuustilassa (steady state) olevassa hoy-rystinelementissS 4 hoyryksi ja poistuu kantajakaasun mukana 20 samalla nopeudella kuin sita pumppaamalla syotetåån. Hoyryn koostumus on sama kuin nesteen. Tåssa ratkaisussa annostelun rnaara ja sen tarkkuus on riippuvainen syotetyn nesteen vir-tausnopeudesta. Mahdolliset vaihtelut virtauksessa voidaan tasoittaa.
25
Kuviossa 2 on esitetty hoyrystimen eras edullinen sovellutus-muoto. Hoyrystin kåsittaa putkenomaisen hoyrystystilan 5, jonka ylaosaan on muodostettu nesteen syottoyhde 6 ja eril-lisena haarana kantajakaasun syottoyhde 7. Hoyrystystilan 30 alaosaan on sovitettu hbyrystetyn reagenssin poistoyhde 8.
Hoyrystystilaan 5 on samankeskisesta jårjestetty sintraamat-tomasta keraamisesta materiaalista, kuten borosilikaattila-sista, valmistettu kappale 9, joka alaosastaan on tuettu hoyrystystilan 5 sisapintaa vasten ja ylaosastaan on yhdis-35 tetty nesteen syottoyhteeseen 6 sovitettuun syottoputkeen 10.
Kappale 9 on rakenteeltaan huokoinen ja sen huokosten koko on noin 10 nm. Syottoputki on sovitettu huokoisen sauvan yla- 11 91422 pååtyyn muodostettuun aukkoon.
Tåsså hoyrystinmallissa hoyrystettåvå neste pumpataan huokoi-seen materiaaliin 9, johon se imeytyy. Kantajakaasu syotetaan 5 yhteen 7 kautta hoyrystystilaan, jossa se virtaa huokoisen materiaalin ohi ja kuljettaa hoyrystetyn aineen mukanaan kåyttokohteeseen. Jatkuvatoimisessa tilassa syntyy huokoisen materiaalin sisåan pituus- ja såteettåissuuntaiset "mårkyys" gradientit, kuten ylla selostettiin.
10
Hoyrystystilan 5 ympårille on jårjestetty såhkovastuslåmmit-timet 12 låmpoenergian tuomiseksi jårjestelmåån. Låmmittimet on sovitettu låmmittamaån huokoisen sauvakappaleen 9 sen koko matkalta. Tavoitteena on, etta kappaleeseen siirrettåisiin 15 riiittava maåra lampoenergiaa nestemaisen reagenssin hoyrys- tamiseksi.
Esimerkki 20 Seuraavassa tarkastellaan keksinnon mukaisen menetelmån soveltamista lapinåkyvan johdeohutkalvon, fluorilla seostetun tinaoksidin (Sn02;F) , kasvatukseen APCVD-prosessilla (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition). Prosessissa kaytetyt nestemaiset reagenssit ovat tinatetrakoridi (SnCl4) , 25 metanoli (CH30H) ja vesi (H20) . Prosessissa kåytetaan lisaha- pettimena happea (02) ja kaasuseoksen laimentamiseen sekå kantajakaasuna typpea (N2). Fluoriseostukseen kåytetaan triklorobromometaanikaasua (CF3Br) .
30 Kuviossa 4 on esitetty APCVD-laitteisto kaaviomaisesti. Lait- teen pååosat ovat kuljetinhihna 21, jonka påålle kasvatus-alustat 22 ladotaan, uunikammio 23 ja lammittimet 24 sekå reagenssisuuttimet 25, joilla kaasumaiset låhtoaineet tuodaan kontaktiin kasvatusalustojen 22 kanssa. Ohutkalvon kasvu 35 tapahtuu suuttimien alla.
APCVD-laitteessa kuljetushihnalle 21 ladotut lasisubstraatit 12 22 liikkuvat hiljalleen reagenssisuuttimien 25 ohi uunissa 24, jonka låmpotila on tyypillisesti n. 500 °C. Tinaoksidin APCVD-kasvatuksessa nåitå suuttimia 25 on tavallisesti kaksi, jolloin ohutkalvon ominaisuuksien råatalointimahdollisuudet 5 lisaåntyvåt, koska suuttimissa voidaan ajaa erilaisia kasva- tusprosesseja. Laitteen kapasiteetti on myos suurempi kahdel-la suuttimella.
Hihnan 21 etenemisnopeus on tyypillisesti n. 25 cm/min.
10 Syotettyjen kemikaalien maåråt ovat esimerkin luonteisesti:
Suutin 1 SnCl4 15 ml/h H20 3 0 ml/h CHjOH 25 ml/h 15 02 150 Sl/h N2 200 sl/h
Suutin 2 SnCl4 60 ml/h H2o 30 ml/h 2 0 02 2 0 0 sl/h CF3Br 60 sl/h N2 200 sl/h
Kantajakaasuna ja reagenssiseoksen laimentamiseen tarvittavan 25 typen maara riippuu uunin 24 geometriasta ja dimensioista.
Ylla olevilla reagenssisyotoilla kasvaa 500 °C:ssa 30 cm:n levyiselle alustalle 1 μιη:η paksuinen Sn02;F-kalvo n. 25 cm:n matkalle minuutissa. Kalvon neliovastus on 10 - 20 Ω/nelid ja pinnan voimakkaan tekstuurin vuoksi se sirottaa tehokkaasti 30 valoa nayttåen visuaalisesti maitomaisen samealta.
Kuviossa 5 on kaavamaisesti esitetty miten yo. prosessi on toteutettu edullisesti kayttaen hyvaksi keksinnon mukaista nestemaisten kemikaalien hoyrystys- ja annostelumenetelmåå.
Ylla olevat nestekemikaalimaarat ovat niin pieniå, ettå niiden pumppaaminen hoyrystimeen tasaisena virtauksena on 35 13 91422 pisaroita muodostavien pintajånnitysvoimien vuoksi vaikeaa. Edella kuvatussa hoyrystimessa 5-12, jota kuviossa 5 on merkitty viitenumerolla 26, kaytetty huokoinen materiaali 8 imee nesteen itseensa ja estaa nain pisaranmuodostuksen ja 5 nesteen låpivirtauksen aiheuttamasta vaihtelua hoyrystimen ulostuloon.
Toteutukseen tarvitaan enimmillåan 5 annostelupumppua 27, 5 hoyrystinelementtia 26, 8 virtausmittaria 28 tai massavir-10 tasåadinta ja 3 kemikaalisailiota 29; lisåksi tietysti sopi- vat letkut kaasuille ja nestemaisille aineille. Suuttimia on kaksi (31 ja 32). Jos suuttimeen 31 pumpataan erillisten vesi- ja metanolilShteiden sijasta niiden sopivassa suhteessa olevaa seosta, voidaan jarjestelmasta poistaa 1 hdyrystin, 1 15 typpivirtausmittari/massavirtasaadin. Tama on mahdollista tehdå, koska hoyrystin toimii jatkuvuustilassa, jossa tislau-tumisilmiot eivat muuta ulostulevan seoksen koostumusta verrattuna sisaansyotettyyn.
20 On edullista jårjeståå keksinnon mukainen hoyrystin CVD- laitteiston kaasunsyottosuuttimen integroiduksi osaksi, koska talloin vakiolampoisen suuttimen hukkalampoenergiaa voidaan kohdistaa huokoiseen materiaaliin nestemaisen reagenssin hoyryståmiseksi. TSlla ratkaisulla voidaan korvata hoyrys-25 timen erilliset låmmityselimet.
Claims (12)
1. Menetelmå nestemåisten reagenssien sydttåmiseksi kemial- 5 liseen reaktoriin, jossa reagenssit ovat hoyryfaasissa, jonka menetelraån mukaan reagenssin ennalta valittu raateriaalivuo syotetåån hdyrystimeen (4), jossa reagenssin annetaan hoyrystyå, minkå jålkeen 10. hoyry johdetaan kemialliseen reaktoriin, jossa rea genssi saatetaan reagoimaan reaktorissa olevan subst-raatin tai muiden låhtoaineiden kanssa, tunnnettu siitå, ettå hoyrystimesså reagenssin annetaan imeytyå huokoiseen 15 raateriaaliin (9), jossa siihen siirretåån tarvittava hdyrystymisenergia, hdyrystin (4) pidetåån jatkuvuustilassa (steady state -tilassa), jolloin nesteen tilavuusvirta ja huokoiseen materiaaliin tuotavan hoyrystysenergian måårå sovite-20 taan siten, ettå huokoisesta materiaalista hoyrystyy ainakin keskimåårin saman verran ainetta kuin siihen syotetåån ja hoyrystimeen (4) syotetåån ainakin kahden reagenssin muodostama nesteseos, jolloin jatkuvuustilassa toimi-25 valla hoyrystimellå tuotetaan hoyry, jonka koostumus ainakin oleellisesti vastaa nesteseoksen koostumusta.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, t u η n e t -t u siitå, ettå nestemåisen reagenssin tilavuusvirta saate- 30 taan ainakin likimain vastaamaan reaktoriin aikayksikosså syotettåvån hoyrystetyn reagenssin mååråå.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmå, tun-n e t t u siitå, ettå huokoisen materiaalin (9) tilavuus 35 valitaan siten, ettei syotettåvån nesteen låpivirtausta pååse tapahtumaan noudatettavassa låmpotilassa. 15 91422
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmå, t u η n e t -t u siitå, ettå huokoisen materiaalin (9) kapasiteettia kasvatetaan lisååmållå siihen kohdistettavaa låmpovuota.
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmå, jossa kåytetåån pitkånomaiseksi muotoiltua huokoista materi-aalia, tunnettu siitå, ettå huokoista materiaalia (9) pidetåån oleellisesti pystysuorassa asennossa, jolloin nestevirta syotetåån materiaalin ylåosaan ja annetaan levitå 10 sen låpi painovoiman ja vastaavasti nesteen ja huokoisen materiaalin vålisten fysikaalisten voimien vaikutuksesta.
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå huokoisena materiaalina (9) 15 kåytetåån sintraamatonta keraamista materiaalia tax grafiit- tia.
7. Laitteisto nestemåisten reagenssien syottåmiseksi kemial-liseen reaktoriin, jossa reagenssit ovat hoyryfaasissa, joka 20 laitteisto kåsittåå ainakin yhden nestemåisen reagenssin låhteen (2), låhteeseen yhdistetyn pumpun (3), jolla låhteestå voidaan imeå haluttu måårå nestemåistå reagenssia, - pumpun (3) painepuolelle yhdistetyn hoyrystimen (4), 25 jolla pumpulta tuleva nestevirtaus voidaan hoyryståå ja joka on yhdistetty kemialliseen reaktoriin reagenssin johtamiseksi siihen hoyryfaasissa, tunnettu siitå, ettå hoyrystin (4) kåsittåå hoyrystystilan (5), jossa on nestemåisen reagenssin 30 tuloyhde (6), kantajakaasun tuloyhde (7) sekå hoyrys- tetyn reagenssin poistoyhde (8), hoyrystystilaan (5) sovitetun kappaleen (9), joka koostuu kostuvasta, huokoisesta materiaalista ja joka on yhteydesså nestemåisen reagenssin tuloyhteeseen 35 (6), ja hoyrystystilan (5) yhteyteen jårjestetyn låmpoenergian låhteen (12) låmmon siirtåmiseksi huokoiseen kappa- 16 leeseen (9) siihen johdetun nestemåisen reagenssin hoyryståmiseksi.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, jossa hoy- 5 rystimeen (4) on yhdistetty kantajakaasulåhde (1), josta hoy- rystimeen voidaan tuoda kaasua hoyrystetyn reagenssin kuljet-taraiseksi siitå eteenpåin kemialliseen reaktoriin (21 - 25), tunnettu siitå, ettå huokoinen kappale (9) on sovi-tettu hoyrystystilaan siten, ettå kappaleen (9) ja hoyrys-10 tystilan (5) seinåmån våliin muodostuu kaasunvirtauskanava, joka on yhteydesså kaasunpoistoyhteeseen (8) ja johon kappa-leesta (9) hoyrystyvå reagenssi kulkeutuu.
9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, 15 tunnettu siitå, ettå huokoinen kappale (9) koostuu keraamisesta tai mineraalisesta aineesta tai grafiitista, jonka huokoskoko on 0,1...100 nm, edullisesti noin 1...30 nm.
10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laitteisto, 20 tunnettu siitå, ettå huokoinen kappale on muotoiltu pitkånomaiseksi sauvaksi (9), jolla on oleellisesti ympyråke-hån muotoinen poikkileikkaus ja jonka pituusakseli on sovi-tettu ainakin likimain pystysuoraan asentoon, jolloin nestemåisen reagenssin tuloyhde (6) on yhdistetty kappaleen ylå-25 pååhån.
11. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitå, ettå låmpoenergian låhde koostuu hoyrystystilan (5) ympårille jårjestetyistå låmmitysvastuk- 30 sista (12) .
12. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitå, ettå hoyrystin (4) on integroitu CVD-laitteiston kaasunsyottosuuttimeen, jolloin suuttimen låmpo- 35 energia on kohdistettavissa huokoiseen materiaaliin. 17 91422
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI922852A FI91422C (fi) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | Menetelmä ja laitteisto nestemäisten reagenssien syöttämiseksi kemialliseen reaktoriin |
| FR9307243A FR2692597A1 (fr) | 1992-06-18 | 1993-06-16 | Procédé et appareil pour introduire des réactifs en phase liquide dans un réacteur chimique, et application au dépôt chimique en phase vapeur d'un revêtement sur un substrat. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI922852 | 1992-06-18 | ||
| FI922852A FI91422C (fi) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | Menetelmä ja laitteisto nestemäisten reagenssien syöttämiseksi kemialliseen reaktoriin |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI922852A0 FI922852A0 (fi) | 1992-06-18 |
| FI922852A FI922852A (fi) | 1993-12-19 |
| FI91422B FI91422B (fi) | 1994-03-15 |
| FI91422C true FI91422C (fi) | 1994-06-27 |
Family
ID=8535501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI922852A FI91422C (fi) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | Menetelmä ja laitteisto nestemäisten reagenssien syöttämiseksi kemialliseen reaktoriin |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI91422C (fi) |
| FR (1) | FR2692597A1 (fi) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6195504B1 (en) | 1996-11-20 | 2001-02-27 | Ebara Corporation | Liquid feed vaporization system and gas injection device |
| US6635114B2 (en) * | 1999-12-17 | 2003-10-21 | Applied Material, Inc. | High temperature filter for CVD apparatus |
| US6620723B1 (en) | 2000-06-27 | 2003-09-16 | Applied Materials, Inc. | Formation of boride barrier layers using chemisorption techniques |
| US6551929B1 (en) | 2000-06-28 | 2003-04-22 | Applied Materials, Inc. | Bifurcated deposition process for depositing refractory metal layers employing atomic layer deposition and chemical vapor deposition techniques |
| US7964505B2 (en) | 2005-01-19 | 2011-06-21 | Applied Materials, Inc. | Atomic layer deposition of tungsten materials |
| US7732327B2 (en) | 2000-06-28 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Vapor deposition of tungsten materials |
| US7405158B2 (en) | 2000-06-28 | 2008-07-29 | Applied Materials, Inc. | Methods for depositing tungsten layers employing atomic layer deposition techniques |
| US6825447B2 (en) | 2000-12-29 | 2004-11-30 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for uniform substrate heating and contaminate collection |
| US6765178B2 (en) | 2000-12-29 | 2004-07-20 | Applied Materials, Inc. | Chamber for uniform substrate heating |
| US6951804B2 (en) | 2001-02-02 | 2005-10-04 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US6660126B2 (en) | 2001-03-02 | 2003-12-09 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
| US6878206B2 (en) | 2001-07-16 | 2005-04-12 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
| US6734020B2 (en) | 2001-03-07 | 2004-05-11 | Applied Materials, Inc. | Valve control system for atomic layer deposition chamber |
| US7211144B2 (en) | 2001-07-13 | 2007-05-01 | Applied Materials, Inc. | Pulsed nucleation deposition of tungsten layers |
| US6916398B2 (en) | 2001-10-26 | 2005-07-12 | Applied Materials, Inc. | Gas delivery apparatus and method for atomic layer deposition |
| US6729824B2 (en) | 2001-12-14 | 2004-05-04 | Applied Materials, Inc. | Dual robot processing system |
| US6620670B2 (en) | 2002-01-18 | 2003-09-16 | Applied Materials, Inc. | Process conditions and precursors for atomic layer deposition (ALD) of AL2O3 |
| US6998014B2 (en) | 2002-01-26 | 2006-02-14 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for plasma assisted deposition |
| US6911391B2 (en) | 2002-01-26 | 2005-06-28 | Applied Materials, Inc. | Integration of titanium and titanium nitride layers |
| US6827978B2 (en) | 2002-02-11 | 2004-12-07 | Applied Materials, Inc. | Deposition of tungsten films |
| US6833161B2 (en) | 2002-02-26 | 2004-12-21 | Applied Materials, Inc. | Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode |
| US6720027B2 (en) | 2002-04-08 | 2004-04-13 | Applied Materials, Inc. | Cyclical deposition of a variable content titanium silicon nitride layer |
| US7279432B2 (en) | 2002-04-16 | 2007-10-09 | Applied Materials, Inc. | System and method for forming an integrated barrier layer |
| KR100877021B1 (ko) * | 2005-03-29 | 2009-01-07 | 가시오게산키 가부시키가이샤 | 증발장치 및 증발방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4076866A (en) * | 1975-03-30 | 1978-02-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Method of growing films by flash vaporization |
| JPS58143522A (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液体気化装置 |
| DE8910733U1 (de) * | 1989-09-08 | 1990-04-12 | Hussla, Ingo, Dr., 6450 Hanau | Vorrichtung zum Verdampfen von bei Raumtemperatur flüssigen Verbindungen mit einer Strömungsstelleinrichtung und einem dieser nachgeschalteten Verdampfer |
| US5204314A (en) * | 1990-07-06 | 1993-04-20 | Advanced Technology Materials, Inc. | Method for delivering an involatile reagent in vapor form to a CVD reactor |
-
1992
- 1992-06-18 FI FI922852A patent/FI91422C/fi not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-06-16 FR FR9307243A patent/FR2692597A1/fr active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI91422B (fi) | 1994-03-15 |
| FI922852A (fi) | 1993-12-19 |
| FI922852A0 (fi) | 1992-06-18 |
| FR2692597A1 (fr) | 1993-12-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI91422C (fi) | Menetelmä ja laitteisto nestemäisten reagenssien syöttämiseksi kemialliseen reaktoriin | |
| US7156380B2 (en) | Safe liquid source containers | |
| KR101691374B1 (ko) | 가스 전달 방법 및 장치 | |
| US20240209501A1 (en) | Reactant vaporizer and related systems and methods | |
| US6123767A (en) | Method and apparatus for feeding a gas for epitaxial growth | |
| US7201942B2 (en) | Coating method | |
| CN106661719B (zh) | 用于为cvd或者pvd装置产生蒸气的设备和方法 | |
| CN103930589B (zh) | 气相沉积材料源及其制造方法 | |
| JP2003514992A (ja) | 低蒸気圧液体供給源からｃｖｄ室まで前駆体蒸気を運搬する装置及び方法 | |
| NO311290B1 (no) | Fremgangsmåte og apparatur for kontinuerlig sterilisering av overflater | |
| KR100360494B1 (ko) | 기화장치 | |
| WO2003047735A1 (en) | High flow rate bubbler system and method | |
| CN103732786A (zh) | 气相沉积***和供给头 | |
| JP2005522869A (ja) | 原料ガスの供給 | |
| JP2005520687A (ja) | 基板上への薄膜堆積プロセス及び装置 | |
| JP2005065882A (ja) | 殺菌液の気化装置 | |
| JP2002346372A (ja) | 液体気化供給装置および液体気化供給方法 | |
| WO2006009872A1 (en) | Direct injection chemical vapor deposition method | |
| US7488452B2 (en) | System for performing experiments, in particular for high throughput experimentation | |
| JP2008212884A (ja) | 液体濃縮器 | |
| JP3221952B2 (ja) | Ｃｖｄ用原料ガスの発生装置 | |
| CN211412037U (zh) | 一种适用于化学气相沉积法的前体运输装置 | |
| CN110643975B (zh) | 一种金属有机化学源液体的蒸发输运装置 | |
| CN205188435U (zh) | 一种化学气相沉积装置 | |
| KR100199008B1 (ko) | 화학기상증착형 원자층 에피택시 장치 및 화학기상증착 장치의 액체소스 증기 공급장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB | Publication of examined application | ||
| MM | Patent lapsed |