本發(fā)明涉及碳化硅半導(dǎo)體，尤其涉及一種適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、化學(xué)氣相滲透(cvi)工藝是一種在控制條件下向多孔預(yù)制體內(nèi)部空間進(jìn)行沉積的涂層工藝。其工藝過程是把預(yù)制體放置于專用cvi爐中，在真空狀態(tài)下加熱至所需溫度，通入特定比例組成的前驅(qū)體氣體熱解成不同的帶電離子并沉積在孔隙表面，以填充預(yù)制體中的孔隙。由于cvi制備的基體于預(yù)制體纖維結(jié)合緊密、結(jié)構(gòu)厚度可調(diào)，因此是制備高性能碳碳、碳陶等復(fù)合材料的首選方法。

2、目前，常用的cvi工藝有等溫cvi(icvi)、壓差法cvi、熱梯度cvi(tgcvi)、強(qiáng)制流動cvi(fcvi)、直熱式cvi(hcvi)等，而電磁場cvi(ecvi)由于在icvi的基礎(chǔ)上引入了電磁場。工藝氣體在熱態(tài)條件下生產(chǎn)的有益的中間相帶電離子，電磁場可大幅促進(jìn)待沉積工件吸附、捕獲中間相帶電粒子，使沉積效率得到加快，縮短了復(fù)合材料的制備周期，是一種很有應(yīng)用前途的低成本、快速沉積的cvi技術(shù)。

3、目前，在中頻感應(yīng)加熱沉積爐中，一般為通過保溫層外側(cè)設(shè)置的感應(yīng)線圈在交流電的作用下產(chǎn)生交變磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電流使?fàn)t體內(nèi)位于保溫層內(nèi)側(cè)的感應(yīng)坩堝發(fā)熱，通過坩堝輻射傳熱給工件。這種感應(yīng)線圈多采用空心銅管繞制而成，并且內(nèi)部通有冷卻水；這種感應(yīng)線圈加熱裝置同樣無法直接設(shè)置在爐體內(nèi)部，否則會被爐內(nèi)高溫熔化而損壞。這種感應(yīng)線圈產(chǎn)生的磁場仍舊需要穿過保溫層及感應(yīng)坩堝，感應(yīng)電磁場強(qiáng)度減弱，對帶電離子的運(yùn)動影響同樣有限。

4、對于環(huán)形工件而言，由于其中心區(qū)域具有較大的中空地帶，沉積時工藝氣體擴(kuò)散空間較大，導(dǎo)致工藝氣體熱解后的中間相帶電離子在環(huán)形工件內(nèi)表面附著幾率相對變小，大部分都隨尾氣排出，氣體利用率低，沉積質(zhì)量不一致。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對于現(xiàn)有技術(shù)中中頻感應(yīng)加熱的氣相沉積爐中因感應(yīng)磁場距離工件較遠(yuǎn)而導(dǎo)致沉積速度低下且環(huán)形工件內(nèi)外側(cè)表面沉積質(zhì)量不一致的問題，提供一種適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備。

2、本發(fā)明該技術(shù)問題的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括一種適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括爐體、設(shè)置在所述爐體內(nèi)的保溫層、設(shè)置在爐體內(nèi)的加熱器以及與所述加熱器電連接的外部電源，所述保溫層內(nèi)側(cè)中心位置處設(shè)有內(nèi)隔離桶，所述內(nèi)隔離桶敞口密封設(shè)置在所述保溫層的底部；所述保溫層內(nèi)側(cè)壁設(shè)有外隔離筒，所述外隔離筒和所述內(nèi)隔離桶之間形成用于加工環(huán)形工件的沉積室；所述加熱器設(shè)置在所述內(nèi)隔離桶內(nèi)部；所述加熱器設(shè)置為與所述內(nèi)隔離桶內(nèi)側(cè)壁相匹配的螺旋狀，所述外部電源為中高頻交流電源。

3、更進(jìn)一步地，所述加熱器為石墨或碳碳復(fù)合材料一體成型制成的電阻加熱器，使得電阻加熱器本身能夠經(jīng)受住爐體內(nèi)的保溫環(huán)境。

4、更進(jìn)一步地，所述保溫層包括設(shè)置在所述爐體內(nèi)側(cè)壁的中間保溫筒、設(shè)置在所述中間保溫筒頂部的上保溫蓋以及設(shè)置在所述中間保溫筒底部的下保溫蓋，所述內(nèi)隔離桶敞口密封設(shè)置在所述下保溫蓋頂面；有效防止沉積過程中工藝氣體對位于內(nèi)隔離桶內(nèi)加熱器的污染。

5、更進(jìn)一步地，所述下保溫蓋頂面設(shè)有與所述內(nèi)隔離桶敞口相匹配的密封環(huán)槽，所述密封環(huán)槽截面形狀設(shè)置為楔形，以確保內(nèi)隔離桶與下保溫蓋之間密封可靠。

6、更進(jìn)一步地，所述內(nèi)隔離桶中心位于所述下保溫蓋處設(shè)有加熱器支撐腳，所述加熱器和所述加熱器支撐腳之間設(shè)有絕緣瓷墊，以確保螺旋狀加熱器能在工作中得到有效支撐。

7、更進(jìn)一步地，所述爐體底部位于所述內(nèi)隔離桶內(nèi)部設(shè)有引電電極，所述引電電極的一端穿過所述下保溫蓋與所述加熱器電連接，而另一端與所述外部電源電連接，以便對螺旋狀加熱器進(jìn)行接線。

8、更進(jìn)一步地，所述引電電極包括位于所述保溫層內(nèi)且延伸至所述內(nèi)隔離桶內(nèi)側(cè)的內(nèi)側(cè)段、位于保溫層外側(cè)及爐體之間的外側(cè)段，所述內(nèi)側(cè)段使用耐高溫材料制成，所述外側(cè)段使用金屬導(dǎo)電材料制成，以確保內(nèi)側(cè)段能夠承受保溫層內(nèi)的高溫環(huán)境。

9、更進(jìn)一步地，所述爐體頂部設(shè)有排氣管，所述排氣管的一端連通至外部的尾氣處理系統(tǒng)，而另一端穿過所述上保溫蓋連通至所述內(nèi)隔離桶上方。

10、更進(jìn)一步地，所述內(nèi)隔離桶頂部設(shè)置為圓錐形或圓臺形，其回轉(zhuǎn)中心正對所述排氣管；方便對尾氣進(jìn)行導(dǎo)流。

11、更進(jìn)一步地，所述外隔離筒上固定設(shè)有多個穿過所述中間保溫筒和爐體的側(cè)部進(jìn)氣嘴，所述爐體底部固定設(shè)有多個穿過所述下保溫蓋的底部進(jìn)氣嘴，所述側(cè)部進(jìn)氣嘴和所述底部進(jìn)氣嘴與外部工藝進(jìn)氣系統(tǒng)連接。

12、實施本發(fā)明所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，具有以下有益效果：通過設(shè)置內(nèi)隔離桶和外隔離筒形成沉積室，并將加熱器設(shè)置在內(nèi)隔離桶內(nèi)部，充分利用了環(huán)形工件中心位置處的空間，使得加熱器距離工件距離較近，縮小了加熱空間，能夠快速對工件進(jìn)行加熱，提高了加熱效率。通過設(shè)置內(nèi)隔離桶和外隔離筒，在內(nèi)隔離桶和外隔離筒之間形成工藝氣體流道，進(jìn)一步縮減了環(huán)形工件沉積室的體積，提升了工藝氣體的利用率，同時有效防止了工藝氣體對加熱器的污染。通過將加熱器設(shè)置為螺旋狀，并與外部中高頻交流電源電連接，一方面加熱器自身能夠發(fā)熱，另一方面加熱器能夠產(chǎn)生交變電磁場，該交變電磁場直接作用在位于內(nèi)隔離桶外側(cè)的工件上，既能在工件上產(chǎn)生交變感應(yīng)加熱，又能加快工藝氣體中電離子的運(yùn)動速度，從而提高沉積效率。同時，由于加熱器設(shè)置在內(nèi)隔離桶內(nèi)側(cè)，距離保溫層較遠(yuǎn)，避免了加熱器產(chǎn)生的交變電磁場對保溫層產(chǎn)生感應(yīng)電流而導(dǎo)致保溫層自發(fā)熱。

技術(shù)特征：

1.一種適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括爐體、設(shè)置在所述爐體內(nèi)的保溫層、設(shè)置在爐體內(nèi)的加熱器以及與所述加熱器電連接的外部電源，其特征在于，所述保溫層內(nèi)側(cè)中心位置處設(shè)有內(nèi)隔離桶，所述內(nèi)隔離桶敞口密封設(shè)置在所述保溫層的底部；所述保溫層內(nèi)側(cè)壁設(shè)有外隔離筒，所述外隔離筒和所述內(nèi)隔離桶之間形成用于加工環(huán)形工件的沉積室；所述加熱器設(shè)置在所述內(nèi)隔離桶內(nèi)部；所述加熱器設(shè)置為與所述內(nèi)隔離桶內(nèi)側(cè)壁相匹配的螺旋狀，所述外部電源為中高頻交流電源。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述加熱器為石墨或碳碳復(fù)合材料一體成型制成的電阻加熱器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述保溫層包括設(shè)置在所述爐體內(nèi)側(cè)壁的中間保溫筒、設(shè)置在所述中間保溫筒頂部的上保溫蓋以及設(shè)置在所述中間保溫筒底部的下保溫蓋，所述內(nèi)隔離桶敞口密封設(shè)置在所述下保溫蓋頂面。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述下保溫蓋頂面設(shè)有與所述內(nèi)隔離桶敞口相匹配的密封環(huán)槽，所述密封環(huán)槽截面形狀設(shè)置為楔形。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)隔離桶中心位于所述下保溫蓋處設(shè)有加熱器支撐腳，所述加熱器和所述加熱器支撐腳之間設(shè)有絕緣瓷墊。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述爐體底部位于所述內(nèi)隔離桶內(nèi)部設(shè)有引電電極，所述引電電極的一端穿過所述下保溫蓋與所述加熱器電連接而另一端與所述外部電源電連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述引電電極包括位于所述保溫層內(nèi)且延伸至所述內(nèi)隔離桶內(nèi)側(cè)的內(nèi)側(cè)段、位于保溫層外側(cè)和爐體之間的外側(cè)段，所述內(nèi)側(cè)段使用耐高溫材料制成，所述外側(cè)段使用金屬導(dǎo)電材料制成。

8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述爐體頂部設(shè)有排氣管，所述排氣管的一端連通至外部的尾氣處理系統(tǒng)，而另一端穿過所述上保溫蓋連通至所述內(nèi)隔離桶上方。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)隔離桶頂部設(shè)置為圓錐形或圓臺形，其回轉(zhuǎn)中心正對所述排氣管。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述外隔離筒上固定設(shè)有多個穿過所述中間保溫筒和爐體的側(cè)部進(jìn)氣嘴，所述爐體底部固定設(shè)有多個穿過所述下保溫蓋的底部進(jìn)氣嘴，所述側(cè)部進(jìn)氣嘴和所述底部進(jìn)氣嘴與外部工藝進(jìn)氣系統(tǒng)連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于環(huán)形工件的快速化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括爐體、設(shè)置在爐體內(nèi)的保溫層、加熱器以及外部電源，保溫層內(nèi)側(cè)中心位置處設(shè)有內(nèi)隔離桶，保溫層內(nèi)側(cè)壁設(shè)有外隔離筒，外隔離筒和內(nèi)隔離桶之間形成用于加工環(huán)形工件的沉積室，加熱器設(shè)置在內(nèi)隔離桶內(nèi)部；加熱器設(shè)置為螺旋狀，外部電源為中高頻交流電源。通過設(shè)置內(nèi)隔離桶和外隔離筒形成沉積室，并將加熱器設(shè)置在內(nèi)隔離桶內(nèi)部，能夠提高了加熱效率，提升工藝氣體的利用率。通過設(shè)置螺旋狀加熱器與外部中高頻交流電源電連接，一方面加熱器自身能夠發(fā)熱，另一方面加熱器產(chǎn)生的交變電磁場既能在工件上產(chǎn)生交變感應(yīng)加熱，又能加快工藝氣體中電離子的運(yùn)動速度，從而提高沉積效率。

技術(shù)研發(fā)人員：胡祥龍,劉琦,譚時雨,戴煜,胡高健,諶雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南頂立科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9