一种气相沉积用多层制品支架及化学气相沉积反应室

摘要

本发明涉及一种气相沉积用多层制品支架及化学气相沉积反应室。多层制品支架包括由圆套筒、布气盘和支杆组成的单元层；所述单元层的结构是布气盘置于圆套筒上，支杆直立固定在布气盘上用于支撑待涂基板，在一个单元的布气盘上放置另一个单元层的圆套筒；圆套筒壁的上部对称设有两个凹口便于气体流通。所述化学气相沉积反应室是将多层制品支架置于腔体内进气口上的进气布气板上，进气口位于反应室底部，出气口与进气口相对位于反应室的顶部。利用本发明多层制品支架生产的涂层产品质量均匀一致，数量几倍增长，提高了生产的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气相沉积室内的生产夹具，特别涉及一种多层结构的气相沉积炉内生 产用多层制品支架及化学气相沉积反应室。

背景技术

化学气相沉积(CVD)法被认为是最有前景的碳化硅涂层制备方法，因为它对形状复杂 和带内表面的部件具有极佳的适应能力，可以在相对较低温度下进行涂层制备。

株式会社新王磁材于1999年9月29日申请的申请号为200510004777.6，名称为“用 于气相沉积设备中的制品支架”。所述制品支架主要是支撑平面型的样品，该发明的制品 支架包括一个管状的主体，所述主体的内直径尺寸构成适合保持所述制品，所述主体由不 锈钢丝制成。中间部分包括围绕所述主体的线圈缠绕的小直径螺旋弹簧，所述中间部分中 具有以相互间隔的关系设置的线圈，从而使保持在所述制品支架中的制品暴露出来以便从 支架外进行表面处理。

碳化硅涂层制品生产时，是将待涂产品通过支架的支撑放置于反应室内，气体反应在 待涂的产品表面沉积形成碳化硅涂层，所以对于碳化硅涂层制品生产的质量和数量而言， 合适的支架设计及空间摆放就显得尤为重要。现在大都集中在既能保证涂层质量，又能提 高产品数量的单层夹具设计上，但是单纯增加支架由于受炉内的直径大小等客观条件的影 响，产量的增加非常有限的。总体而言，各种单层结构的夹具设计及使用，在单炉生产时 产品的数量还是较少的，生产效率低，生产成本高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种化学气相沉积用多层制品支架。

本发明还提供利用上述多层制品支架的化学气相沉积反应室。

本发明还提供利用上述多层制品支架制备碳化硅涂层制品的方法。

术语说明：

制品，是指利用化学气相沉积法进行涂层或薄膜生长的工件。本发明中主要包括进行 碳化硅涂层的石墨基板或基片，但不限于此。

制品支架，生产中也称工件架或夹具，是放置在化学气相沉积反应室内用于承载待涂 基板的支撑装置。

本发明的技术方案如下：

一种化学气相沉积用多层制品支架，包括由圆套筒、布气盘和支杆组成的单元层；所 述单元层的结构是布气盘置于圆套筒上，支杆直立固定在布气盘上用于支撑待涂基板，在 一个单元的布气盘上放置另一个单元层的圆套筒；其中，所述圆套筒壁的上部对称设有两 个凹口便于气体流通；所述支杆有一尖端。

根据本发明优选的，圆套筒外径与布气盘直径相同。便于单元层的层层组合摆放。单 元层的数量根据化学气相沉积反应室内空间大小和一炉生产制品的数量确定。

所述布气盘为设有通孔的石墨圆盘，通孔是分散均匀气体的气流流通通道。

所述布气盘上固定的支杆数量及摆放形式根据待涂基板的数量、形状及大小决定，以 尽量少的钨针固定支撑尽量多的基板为目标。优选的，3～6个支杆支撑一个基板，最优选 的，3个支杆支撑一个基板。

所述圆套筒高度要求为支杆固定在布气盘上支撑基板后，基板顶部距离另一单元层的 布气盘20-50mm。

根据本发明优选的，所述支杆为钨针。所述钨针底端固定在布气盘上的凹孔内，钨针 顶端为针尖状。

根据本发明优选的，圆套筒为石墨材质，壁厚6～8mm。

根据本发明优选的，所述圆套筒壁上部的凹口形状为弧形、长方形、方形或锥形。

根据本发明优选的，化学气相沉积用多层基板支架由3～5个单元层组成。

一种化学气相沉积反应室，包括反应室腔体和本发明所述的多层制品支架，将所述的 多层制品支架置于腔体内进气口上的进气布气板上，进气口位于反应室底部，出气口与进 气口相对位于反应室的顶部。

上述的化学气相沉积反应室为低压化学气相沉积设备。

本发明的多层制品支架可以用于多种涂层制品的化学气相沉积法生产中。特别是用于 石墨基板碳化硅涂层制品的生产，可极大地提高生产效率。

一种碳化硅涂层制品的高效率生产方法，包括使用本发明所述的多层制品支架，将所 述的多层制品支架置于气相沉积反应室腔体内进气口上的进气布气板上，将待涂基板放置 于支杆的尖端，3～4个支杆撑一个待涂基板，原料气从反应室底部进入，反应后的气体从 反应室的顶部排出。

所述原料气是SiCl₄与H₂。反应室温度为1300～1600℃。可一炉生产多数量的碳化硅 涂层制品。

本发明的优良效果如下：

本发明多层制品支架的结构简单合理，层层组合，可根据反应室大小灵活组合使用。 多层制品支架使用时位于反应室内的温度恒定区，各层的生产条件基本一致，可以保证每 层的产品质量均一。

本发明多层制品支架中优选钨针来直接与待涂基板接触，钨针顶端的针尖上摆放待涂 基板，这样待涂的产品除了最少3个极小的支撑点外，其他部分都暴露在气氛中都能够被 涂覆，可以保证涂层完整均匀。此外，钨针的硬度大，承重好，针尖所占的空间也很小； 钨针的耐高温性好，在反应室内高温的条件下，不会发生反应或者融化。

采用本发明多层制品支架进行涂层制品的生产，一炉内的涂层制品产品数量可以是传 统装置的几倍，极大的提高了生产效率，降低了生产成本，减少了多次操作的麻烦及人力、 资源浪费。能够成倍提高一炉生产的产品数量，同时保证产品质量。

本发明多层制品支架，一炉多层的设计，对于生产效率和成本节约是一次极大的提高， 它可以应用到多种涂层产品的生产中。

附图说明

图1为本发明多层制品支架结构示意图。

图2为本发明多层制品支架的圆套筒俯视图。

图3为利用本发明多层制品支架的化学气相沉积反应室结构示意图。

图中：1.圆套筒，2.布气盘，3.支杆(钨针)，4.待涂基板(制品)，5.凹口，6.布气 盘上的通孔；7.反应室腔体，8.进气口上的进气布气板，9.进气口，10.出气口。

具体实例方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例1、

一种化学气相沉积用多层制品支架，结构如图1、图2所示，包括由圆套筒1、布气盘 2和支杆3组成的单元层；所述单元层的结构是布气盘2置于圆套筒1上，圆套筒1外径 与布气盘2直径相同。支杆3直立固定在布气盘2上，在一个单元层的布气盘2上放置另 一个单元层的圆套筒1，层层组合摆放共3个单元层；其中，所述圆套筒1壁的上部对称 设有两个长方形凹口5作为气体流通通道；所述支杆是钨针，钨针底端固定在布气盘上的 凹孔内，钨针顶端为针尖状，用于摆放制品的基板。

所述布气盘2为设有通孔的石墨圆盘，按现有技术制作。所述布气盘2上固定的钨针 按每个基板由3个钨针支撑，根据待涂基板的形状及数量决定钨针摆放形式。

所述圆套筒1为石墨材质，壁厚7mm，高度要求为钨针固定在布气盘上支撑基板后，基 板顶部距离另一单元层的布气盘30mm。

实施例2、

一种化学气相沉积用多层制品支架，如实施例1所述，所不同的是共有4个单元层； 其中，所述圆套筒1壁的上部对称设有两个圆弧形凹口作为气体流通通道；所述布气盘上 固定的钨针按每个基板由4个钨针支撑。所述圆套筒为石墨材质，壁厚8mm，高度为钨针 固定在布气盘上支撑基板后，基板顶部距离另一单元层的布气盘为25mm。

实施例3、

一种化学气相沉积反应室，包括反应室腔体7和实施例1所述的多层制品支架，将所 述的多层制品支架置于腔体内进气口9上的进气布气板8上，进气口9位于反应室底部， 出气口10与进气口9相对位于反应室的顶部。用作真空度为200～5000帕的化学气相沉 积设备。

实施例4、

一种高产量碳化硅涂层制品的方法，包括使用本发明所述的多层制品支架和实施例3 所述的化学气相沉积反应室，将所述的多层制品支架置于反应室腔体内进气口上的进气布 气板上，将待涂基板4放置于钨针的尖端，原料气从反应室底部进入，反应后的气体从反 应室的顶部排出。原料气体为SiCl₄与H₂体积比为1∶5～50，反应室温度为1300～1600 ℃，反应室内真空度为200～5000帕。具体操作如下：

先将一个圆套筒1置于反应室内布置好的炉具上，然后将圆盘形布气盘2放在圆套筒1 上，由于其直径相同，摆放比较容易，布气盘2上事先固定好钨针支杆，然后将待涂的石 墨基板4放置于钨针3的尖上，3个钨针支撑一个基板，这样石墨基板除了3个很小的支 撑点外全部悬于空间内，易于反应沉积的全面覆盖性；第一层摆好后，再将另一层的圆套 筒放置在第一层的布气盘2之上，然后再放置第二层的事先固定好钨针的布气盘及石墨基 板，摆放方法与第一层相同，重复前述操作进行第三层单元的摆放，这样就可以实现多层 的结构的组合。具体单元层数视产品的大小及炉内空间来定。将基板摆放好后，气体流通 不会受到阻碍，各层结构的气流密度均匀，同时由于放置在温度均匀区，也保证了各层结 构温度的一致性。生产参数的保证，也是产品质量的保证，确保了生产的高效性和质量的 可靠性。

与单层结构的夹具相比，利用多层结构制品支架生产的产品质量均匀一致，而数量增 加了几倍，极大的提高了生产的效率，节约了能源和时间，降低了生产成本。