Трубчатая печь

Лабораторная трубчатая печь представляет собой одну из классических высокотемпературных трубчатых печей с внешним нагревом, также называемую нагревательной печью с горячими стенками.

В соответствии с различной рабочей температурой, материал труб печи обычно может представлять собой прозрачные кварцевые трубы, керамические трубы из глинозема высокой чистоты и трубы из высокопрочного металлического сплава.

Для различных целей тепловых исследований трубчатая печь может быть спроектирована с несколькими зонами нагрева, чтобы обеспечить гибкий контроль градиента температуры в трубчатой рабочей камере; Трубка печи может работать в рабочей среде с контролируемой атмосферой или в рабочей среде с высоким вакуумом.

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) — это технология, в которой используются различные источники энергии, такие как нагрев, возбуждение плазмы или световое излучение, для химической реакции газообразных или парообразных химических веществ на газовой фазе или на границе газ-твердое тело с образованием твердых отложений в реакторе с помощью химическая реакция. Проще говоря, два или более газообразных сырья вводятся в реакционную камеру, а затем они реагируют друг с другом с образованием нового материала и его осаждением на поверхности подложки.

Печь CVD представляет собой комбинированную систему печей с высокотемпературной трубчатой печью, блоком управления газами и вакуумным блоком, она широко используется для экспериментов и производства композитных материалов, процессов микроэлектроники, полупроводниковой оптоэлектроники, использования солнечной энергии, оптоволоконной связи, сверхпроводников. технология, поле защитного покрытия.

Нагревательные элементы трубчатой печи расположены вокруг цилиндрической полости, печь может нагревать образцы в цилиндрической полости только за счет непрямого теплового излучения, поскольку труба печи может предотвратить контакт материала образца с нагревательными элементами печи и изоляционными материалами, поэтому трубчатая печь создает чистое изолированное пространство. термокамеры и снизить риск загрязнения материала образца печью.

Печь CVD состоит из блока высокотемпературной трубчатой печи, блока точного управления источником реагирующего газа, вакуумной насосной станции и соответствующих сборочных частей.

Вакуумный насос предназначен для удаления воздуха из реакционной трубы и обеспечения отсутствия нежелательных газов внутри реакционной трубы, после чего трубчатая печь нагреет реакционную трубу до заданной температуры, после чего блок точного управления источником реакционного газа может вводить различные газы с заданным соотношением в трубку печи для химической реакции, химическое осаждение из паровой фазы будет образовываться в печи CVD.

Трубчатая печь в основном используется в металлургии, производстве стекла, термообработке, литиевых анодных и катодных материалах, новой энергетике, абразивных материалах и других отраслях промышленности и является профессиональным оборудованием для измерения материалов при определенных температурных условиях.

Трубчатая печь отличается простой конструкцией, простотой эксплуатации, простотой управления и непрерывным производством.

Трубчатая печь также широко применяется в системах CVD (химическое осаждение из паровой фазы) и плазменных системах CVD.

В процессе CVD можно использовать огромные источники газа, общие химические реакции CVD включают пиролиз, фотолиз, восстановление, окисление, окислительно-восстановительный процесс, поэтому газы, участвующие в этих химических реакциях, могут использоваться в процессе CVD.

В качестве примера возьмем выращивание CVD-графена. Газы, используемые в процессе CVD, будут CH4, H2, O2 и N2.

Трубчатая печь может плавно работать с различными механическими функциями, поэтому существует множество различных вариантов трубчатых печей для различных экспериментальных целей, типичные печные печи приведены ниже:

• Горизонтальная трубчатая печь
• Вертикальная трубчатая печь
• Раздельная трубчатая печь
• Вращающаяся трубчатая печь
• Наклонная трубчатая печь
• Раздвижная трубчатая печь
• Трубчатая печь быстрого нагрева и охлаждения
• Трубчатая печь с непрерывной подачей и разгрузкой

• При необходимости может быть изготовлен широкий ассортимент пленок: металлическая пленка, неметаллическая пленка и пленка из многокомпонентного сплава. В то же время он позволяет получать качественные кристаллы, которые трудно получить другими методами, такими как GaN, BP и др.
• Скорость формирования пленки высокая, обычно несколько микрон в минуту или даже сотни микрон в минуту. Возможно одновременное нанесение большого количества однородных по составу покрытий, что несравнимо с другими методами получения пленок, такими как жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ) и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ).
• Рабочие условия выполняются при нормальном давлении или низком вакууме, поэтому покрытие имеет хорошую дифракцию, а детали сложной формы могут быть равномерно покрыты, что намного превосходит PVD.
• Благодаря взаимной диффузии реакционного газа, продукта реакции и подложки можно получить покрытие с хорошей адгезионной прочностью, что имеет решающее значение для получения пленок с упрочнением поверхности, таких как износостойкие и антикоррозионные пленки.
• Некоторые пленки растут при температуре намного ниже температуры плавления материала пленки. В условиях низкотемпературного роста реакционный газ и стенки реактора, а также содержащиеся в них примеси практически не вступают в реакцию, поэтому можно получить пленку высокой чистоты и хорошей кристалличности.
• Химическое осаждение из паровой фазы позволяет получить гладкую поверхность осаждения. Это связано с тем, что по сравнению с LPE химическое осаждение из паровой фазы (CVD) выполняется при высоком насыщении, с высокой скоростью зародышеобразования, высокой плотностью зародышеобразования и однородным распределением по всей плоскости, что приводит к макроскопически гладкой поверхности. В то же время при химическом осаждении из газовой фазы средний свободный пробег молекул (атомов) намного больше, чем при ЖФЭ, поэтому пространственное распределение молекул является более равномерным, что способствует формированию гладкой поверхности осаждения.
• Низкие радиационные повреждения, что является необходимым условием для изготовления металлооксидных полупроводников (МОП) и других устройств.

PECVD — это технология, использующая плазму для активации реакционного газа, стимулирования химической реакции на поверхности подложки или в приповерхностном пространстве и создания твердой пленки. Основной принцип технологии плазмохимического осаждения из паровой фазы заключается в том, что под действием ВЧ или постоянного электрического поля исходный газ ионизируется с образованием плазмы, низкотемпературная плазма используется в качестве источника энергии, соответствующее количество реакционного газа вводится, а плазменный разряд используется для активации реакционного газа и осуществления химического осаждения из паровой фазы.

По способу получения плазмы ее можно разделить на ВЧ-плазму, плазму постоянного тока и микроволновую плазму CVD и т. д.

Отличие PECVD от традиционной технологии CVD заключается в том, что плазма содержит большое количество высокоэнергетических электронов, которые могут обеспечить энергию активации, необходимую в процессе химического осаждения из паровой фазы, тем самым изменяя режим энергоснабжения реакционной системы. Поскольку температура электронов в плазме достигает 10000 К, столкновение между электронами и молекулами газа может способствовать разрыву химических связей и рекомбинации молекул реакционного газа с образованием более активных химических групп, в то время как вся реакционная система поддерживает более низкую температуру.

Таким образом, по сравнению с процессом CVD, PECVD может выполнять тот же процесс химического осаждения из паровой фазы при более низкой температуре.