用于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的樣品制備高效生長載臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及用于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的樣品制備高效生長載臺(tái)，屬于納米材料 制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到通過高效生長載臺(tái)來提高具有管式反應(yīng)腔體的化學(xué)氣相沉積系 統(tǒng)制備樣品的效率。
【背景技術(shù)】
[0002] 化學(xué)氣相沉積技術(shù)（Chemicalvapordeposition，CVD)是一項(xiàng)近幾十年發(fā)展起來 的制備無機(jī)材料的材料制備新技術(shù)。CVD是利用氣態(tài)或蒸氣態(tài)的前驅(qū)物在氣相或氣固界面 上發(fā)生反應(yīng)而生成的固態(tài)沉積物質(zhì)的技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)廣泛用于制備各種微納米材料、提 純物質(zhì)、研制新晶體、沉積各種單晶或多晶薄膜材料等領(lǐng)域，尤其是在制備碳納米材料方面 更是受到格外重視。
[0003] CVD生長設(shè)備主要分為開管和閉管兩種。閉管外延是將源材料、襯底和輸運(yùn)劑一起 放入一密閉容器中，然后將容器抽空或充氣；而開管系統(tǒng)則是用載氣將反應(yīng)物蒸汽運(yùn)輸?shù)?襯底區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和外延生長等過程，其中副產(chǎn)物被載氣攜帶而排出系統(tǒng)。另外，根據(jù)壓 強(qiáng)分類，CVD系統(tǒng)設(shè)備還可以分為常壓CVD和等離子增強(qiáng)CVD等。
[0004] 隨著科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)要求的不斷提高，CVD系統(tǒng)工藝和設(shè)備得到不斷改進(jìn)，比 如啟用各種新型熱源，充分利用電子束、激光、高頻電磁（脈沖、射頻、微波等）以及等離子 體等輔助方法來降低反應(yīng)溫度，以使其應(yīng)用范圍更加廣泛。以上手段都是技術(shù)創(chuàng)新的重要 途徑。
[0005] 但是，目前在用CVD系統(tǒng)制備樣品時(shí)，對其反應(yīng)恒溫區(qū)的空間利用率還很低，存在 一定的資源浪費(fèi)。因此，尋找更為快捷、高效的加工工藝和設(shè)備條件，對快速制備一致性良 好的樣品甚至小批量樣品制備方面，有著尤為重要的意義。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 針對現(xiàn)有的CVD系統(tǒng)反應(yīng)腔，納米材料的生長制備只在有限的恒溫反應(yīng)區(qū)發(fā)生， 空間利用率十分有限。隨著管腔的增大，可以生長制備的碳納米管樣品面積也隨之增大，但 與此同時(shí)帶來的也是更大生長反應(yīng)空間的浪費(fèi)，導(dǎo)致樣品制備效率低下。因此，本實(shí)用新型 通過在恒溫生長區(qū)域增設(shè)高效生長載臺(tái)的方式來提高CVD系統(tǒng)中恒溫生長空間的有效利 用率，來快速高效制備樣品，以最大程度的實(shí)現(xiàn)降本減耗。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：
[0008] 用于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的樣品制備高效生長載臺(tái)，包括CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng) 腔、生長樣品和生長載臺(tái)，所述生長樣品置于生長載臺(tái)上，所述生長樣品和生長載臺(tái)均置于 CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔內(nèi)，所述CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔為一個(gè)，所述生長樣品為固態(tài)， 所述CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔的內(nèi)徑為a米、長度為b米，所述生長樣品的長為c米、寬為 d米，所述c米與X的乘積小于a米，所述X為正整數(shù)，所述d米與y的乘積不大于b米，所 述y為正整數(shù)，則一層生長載臺(tái)上有x*y個(gè)生長樣品，所述CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔內(nèi)有z 層生長載臺(tái)，所述生長載臺(tái)與生長樣品的厚度之和為h米，則z不大于%!a2-{c^f/fc，所 述z為正整數(shù)。
[0009] 所述生長樣品為柔性，所述生長載臺(tái)為環(huán)狀，所述生長載臺(tái)的外徑小于a米，所述 生長載臺(tái)有j個(gè)，所述j不大于a/ (2*h)，所述j為正整數(shù)。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型所具有的有益效果為：
[0011] 目前，在CVD系統(tǒng)制備碳納米管等微納米材料過程中，無論恒溫反應(yīng)腔體的空間 大小，大多數(shù)都是單層利用狀態(tài)，利用率低。除了樣品制備效率低外，再比如碳納米管的制 備過程中，需要加溫到700-800°C高溫，導(dǎo)致資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，為了提高資源利用率，使 CVD系統(tǒng)恒溫反應(yīng)空間得到充分利用，高效生長載臺(tái)的設(shè)計(jì)制備顯得尤為重要。高效生長載 臺(tái)的使用，一方面是樣品可以小批量生長制備，另一方面可以為CVD系統(tǒng)反應(yīng)腔體中反應(yīng) 氣體的均勻性分布提供科學(xué)依據(jù)，使得樣品一致性得以研究，為CVD系統(tǒng)設(shè)備的改造升級 和恒溫反應(yīng)區(qū)域的尺寸擴(kuò)大提供必要準(zhǔn)備，為微納米材料的小規(guī)模制備、批量生產(chǎn)提供重 要依據(jù)。
【附圖說明】
[0012] 下面通過附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0013] 圖1為單層載臺(tái)置于恒溫反應(yīng)腔體的側(cè)視圖；
[0014] 圖2為五層載臺(tái)置于恒溫反應(yīng)腔體的側(cè)視圖；
[0015] 圖3為樣品和載臺(tái)置于恒溫反應(yīng)腔體的俯視圖；
[0016] 圖4為九層載臺(tái)沿開管系統(tǒng)管口方向側(cè)試圖；
[0017] 圖5為單層載臺(tái)樣品排布示意圖；
[0018] 圖6為四層環(huán)狀載臺(tái)沿開管系統(tǒng)管口方向側(cè)試圖。
[0019] 圖中：1為CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔、2為生長載臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面實(shí)施例結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0021] 如圖1-圖6所示，本實(shí)用新型主要是根據(jù)樣品特性和CVD系統(tǒng)設(shè)備特性來設(shè)計(jì)調(diào) 整反應(yīng)腔體恒溫區(qū)域的空間利用率。首先，考慮CVD系統(tǒng)的恒溫反應(yīng)區(qū)域，包括反應(yīng)區(qū)域形 狀、長度、管徑等尺寸特征；其次，根據(jù)樣品尺寸規(guī)格要求，確定放入恒溫反應(yīng)區(qū)域的位置， 計(jì)算單層生長載臺(tái)上所能放置的樣品數(shù)量；最后，根據(jù)CVD系統(tǒng)恒溫反應(yīng)區(qū)域的空間大小， 結(jié)合樣品規(guī)格和單層生長載臺(tái)尺寸規(guī)格，設(shè)計(jì)滿足恒溫反應(yīng)區(qū)域的最大樣品生長載臺(tái)尺寸 規(guī)格。該方案可以實(shí)現(xiàn)固定CVD系統(tǒng)恒溫反應(yīng)區(qū)域一次制備樣品的最大數(shù)量。
[0022] 實(shí)施例一
[0023] 測得CVD系統(tǒng)開管式恒溫反應(yīng)腔直徑為10厘米（內(nèi)徑)，熱電偶測得反應(yīng)區(qū)域恒溫 長度為8厘米，則恒溫反應(yīng)區(qū)域總體積628立方厘米。生長樣品基材為硅片，所需樣品大小 為長3厘米，寬2厘米。圖5為生長樣品在單層生長載臺(tái)上的排列方式。若樣品呈單層排 布，則可以實(shí)現(xiàn)一次性生長制備8個(gè)樣品。如圖4所示，直徑為10厘米，三角形短邊長為6 厘米，則載臺(tái)高度可以最大為8厘米，由于硅片厚度約500微米，反應(yīng)腔體為石英管材質(zhì)，由 于700-800°C溫度范圍，載臺(tái)也選取石英材質(zhì)，考慮到樣品基底和載臺(tái)每層厚度要求，載臺(tái) 可以設(shè)為8層，則一次性生長樣品數(shù)量變?yōu)?4個(gè)樣品。樣品生長制備效率明顯提高。若所 需樣品尺寸為邊長1厘米的方片，單層生長載臺(tái)可以一次性實(shí)現(xiàn)生長48片，而多層載臺(tái)（按 8層計(jì)）則可一次性生長樣品數(shù)量為384個(gè)。
[0024] 對比例
[0025] 如圖6所示，若樣品為柔性的，則可制備環(huán)狀生長載臺(tái)，實(shí)現(xiàn)樣品的多層生長，如 石英纖維、碳纖維的處理過程，則可以采取纏繞進(jìn)樣的方式，實(shí)現(xiàn)連續(xù)長纖維的化學(xué)氣相沉 積技術(shù)處理。
[0026] 通過改善樣品生長載臺(tái)的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)管腔恒溫反應(yīng) 區(qū)域的有效利用率呈倍數(shù)增加，既提高了樣品的生長制備效率，又充分利用了反應(yīng)空間，節(jié) 約了資源，為實(shí)驗(yàn)室樣品的小批量制備提供了保障。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的樣品制備高效生長載臺(tái)，其特征在于：包括CVD系統(tǒng) 管式恒溫反應(yīng)腔（1)、生長樣品和生長載臺(tái)（2)，所述生長樣品置于生長載臺(tái)（2)上， 所述生長樣品和生長載臺(tái)（2)均置于CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔（1)內(nèi)，所述CVD系 統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔（1)為一個(gè)，所述生長樣品為固態(tài)，所述CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔 (1)的內(nèi)徑為a米、長度為b米，所述生長樣品的長為C米、寬為d米，所述C米與X 的乘積小于a米，所述X為正整數(shù)，所述d米與y的乘積不大于b米，所述y為正整 數(shù)，則一層生長載臺(tái)（2)上有x*y個(gè)生長樣品，所述CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔（1)內(nèi) 有Z層生長載臺(tái)（2)，所述生長載臺(tái)（2)與生長樣品的厚度之和為h米，則Z不大于,所述Z為正整數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的樣品制備高效生長載臺(tái)，其特 征在于：所述生長樣品為柔性，所述生長載臺(tái)（2)為環(huán)狀，所述生長載臺(tái)（2)的外徑小于a 米，所述生長載臺(tái)有j個(gè)，所述j不大于a/ (2曲)，所述j為正整數(shù)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及用于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的樣品制備高效生長載臺(tái)，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到通過高效生長載臺(tái)來提高具有管式反應(yīng)腔體的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)制備樣品的效率；本實(shí)用新型通過在恒溫生長區(qū)域增設(shè)高效生長載臺(tái)的方式來提高CVD系統(tǒng)中恒溫生長空間的有效利用率，來快速高效制備樣品，以最大程度的實(shí)現(xiàn)降本減耗；包括CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔、生長樣品和生長載臺(tái)，所述生長樣品置于生長載臺(tái)上，所述生長樣品和生長載臺(tái)均置于CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔內(nèi)，所述CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔為一個(gè)，所述CVD系統(tǒng)管式恒溫反應(yīng)腔內(nèi)有z層生長載臺(tái)，一層生長載臺(tái)上有x*y個(gè)生長樣品；本實(shí)用新型主要應(yīng)用在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)方面。
【IPC分類】G01N1/28
【公開號】CN205067186
【申請?zhí)枴緾N201520849542
【發(fā)明人】李克訓(xùn), 王東紅, 趙亞麗, 李哲, 王蓬
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第三十三研究所
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月30日