Mehrzonen-CVD-Röhrenofenmaschine für chemische Gasphasenabscheidung

Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) handelt es sich um eine Technologie, die verschiedene Energiequellen wie Erhitzen, Plasmaanregung oder Lichtstrahlung nutzt, um gasförmige oder dampfförmige chemische Substanzen an der Gasphase oder Gas-Feststoff-Grenzfläche chemisch zu reagieren und so feste Ablagerungen im Reaktor zu bilden chemische Reaktion. Vereinfacht ausgedrückt werden zwei oder mehr gasförmige Rohstoffe in eine Reaktionskammer eingeleitet, reagieren dann miteinander, bilden ein neues Material und scheiden es auf der Substratoberfläche ab.

Der CVD-Ofen ist ein kombiniertes Ofensystem mit einer Hochtemperatur-Röhrenofeneinheit, einer Gassteuereinheit und einer Vakuumeinheit. Er wird häufig für Experimente und die Produktion von Verbundwerkstoffvorbereitungen, mikroelektronischen Prozessen, Halbleiter-Optoelektronik, Solarenergienutzung, Glasfaserkommunikation und Supraleitern verwendet Technologie, Schutzbeschichtungsbereich.

Der Laborrohrofen ist ein klassischer Hochtemperatur-Rohrofen mit externer Heizung, auch Heißwandheizofen genannt.

Abhängig von der unterschiedlichen Arbeitstemperatur kann das Ofenrohrmaterial normalerweise aus transparenten Quarzrohren, hochreinen Aluminiumoxid-Keramikrohren und hochfesten Metalllegierungsrohren bestehen.

Um unterschiedliche thermische Forschungszwecke zu erfüllen, können Rohröfen mit mehreren Heizzonen ausgestattet werden, um eine flexible Steuerung des Temperaturgradienten in der Rohrarbeitskammer zu ermöglichen. Das Ofenrohr kann in einer Arbeitsumgebung mit kontrollierter Atmosphäre oder in einer Hochvakuum-Arbeitsumgebung betrieben werden.

Das CVD-Ofensystem besteht aus einer Hochtemperatur-Röhrenofeneinheit, einer präzisen Steuereinheit für die Reaktionsgasquelle, einer Vakuumpumpstation und entsprechenden Montageteilen.

Die Vakuumpumpe dient dazu, die Luft aus dem Reaktionsrohr zu entfernen und sicherzustellen, dass sich keine unerwünschten Gase im Reaktionsrohr befinden. Anschließend heizt der Rohrofen das Reaktionsrohr auf eine Zieltemperatur auf. Anschließend kann die präzise Steuereinheit für die Reaktionsgasquelle eine andere einleiten Gase werden in einem festgelegten Verhältnis in das Ofenrohr für die chemische Reaktion eingeleitet, die chemische Gasphasenabscheidung erfolgt im CVD-Ofen.

Die Heizelemente des Rohrofens sind um den zylindrischen Hohlraum herum angeordnet. Der Ofen kann die Proben im zylindrischen Hohlraum nur durch indirekte Wärmestrahlung erwärmen, da das Ofenrohr verhindern kann, dass das Probenmaterial mit den Heizelementen und Isoliermaterialien des Ofens in Kontakt kommt, sodass der Rohrofen eine saubere Isolierung schafft Wärmekammer und verringern das Risiko einer Kontamination des Probenmaterials durch den Ofen.

Es gibt enorme Gasquellen, die im CVD-Prozess verwendet werden können. Zu den üblichen chemischen Reaktionen von CVD gehören Pyrolyse, Photolyse, Reduktion, Oxidation und Redox, sodass die an diesen chemischen Reaktionen beteiligten Gase im CVD-Prozess verwendet werden können.

Nehmen wir als Beispiel das CVD-Graphenwachstum. Die im CVD-Prozess verwendeten Gase sind CH4, H2, O2 und N2.

Rohröfen werden hauptsächlich in der Metallurgie, Glas, Wärmebehandlung, Lithiumanoden- und -kathodenmaterialien, neuen Energien, Schleifmitteln und anderen Industrien eingesetzt und sind eine professionelle Ausrüstung zur Messung von Materialien unter bestimmten Temperaturbedingungen.

Der Rohrofen zeichnet sich durch einfache Struktur, einfache Bedienung, einfache Steuerung und kontinuierliche Produktion aus.

Rohröfen werden auch häufig in CVD-Systemen (chemische Gasphasenabscheidung) und plasmaunterstützten CVD-Systemen eingesetzt.

• Es kann eine große Auswahl an Folien hergestellt werden, je nach Bedarf Metallfolien, Nichtmetallfolien und Mehrkomponenten-Legierungsfolien. Gleichzeitig können damit hochwertige Kristalle hergestellt werden, die mit anderen Methoden wie GaN, BP usw. nur schwer zu erhalten sind.
• Die Filmbildungsgeschwindigkeit ist hoch und beträgt normalerweise mehrere Mikrometer pro Minute oder sogar Hunderte Mikrometer pro Minute. Es ist möglich, große Mengen an Beschichtungen mit gleichmäßiger Zusammensetzung gleichzeitig abzuscheiden, was mit anderen Filmvorbereitungsmethoden wie Flüssigphasenepitaxie (LPE) und Molekularstrahlepitaxie (MBE) nicht zu vergleichen ist.
• Die Arbeitsbedingungen werden unter Normaldruck- oder Niedrigvakuumbedingungen durchgeführt, sodass die Beschichtung eine gute Beugung aufweist und Werkstücke mit komplexen Formen gleichmäßig beschichtet werden können, was PVD deutlich überlegen ist.
• Durch die gegenseitige Diffusion von Reaktionsgas, Reaktionsprodukt und Substrat kann eine Beschichtung mit guter Haftfestigkeit erhalten werden, die für die Herstellung oberflächenverstärkter Filme wie verschleißfester und korrosionsbeständiger Filme von entscheidender Bedeutung ist.
• Manche Filme wachsen bei einer Temperatur, die weit unter dem Schmelzpunkt des Filmmaterials liegt. Unter der Bedingung des Wachstums bei niedriger Temperatur reagieren das Reaktionsgas und die Reaktorwand sowie die darin enthaltenen Verunreinigungen nahezu nicht, sodass ein Film mit hoher Reinheit und guter Kristallinität erhalten werden kann.
• Durch chemische Gasphasenabscheidung kann eine glatte Abscheidungsoberfläche erzielt werden. Dies liegt daran, dass die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) im Vergleich zu LPE bei hoher Sättigung, mit hoher Keimbildungsrate, hoher Keimbildungsdichte und gleichmäßiger Verteilung auf der gesamten Ebene durchgeführt wird, was zu einer makroskopisch glatten Oberfläche führt. Gleichzeitig ist bei der chemischen Gasphasenabscheidung die durchschnittliche freie Weglänge von Molekülen (Atomen) viel größer als bei LPE, sodass die räumliche Verteilung der Moleküle gleichmäßiger ist, was der Bildung einer glatten Abscheidungsoberfläche förderlich ist.
• Geringe Strahlungsschäden, eine notwendige Voraussetzung für die Herstellung von Metalloxidhalbleitern (MOS) und anderen Geräten

Rohröfen können mit verschiedenen mechanischen Funktionen reibungslos arbeiten, daher gibt es viele verschiedene Rohrofenvarianten für verschiedene Versuchszwecke. Typische Ofenöfen sind wie folgt:

• Horizontaler Rohrofen
• Vertikaler Rohrofen
• Geteilter Rohrofen
• Drehrohrofen
• Kipprohrofen
• Schieberohrofen
• Schneller Heiz- und Kühlrohrofen
• Kontinuierlicher Zufuhr- und Abfuhrrohrofen

PECVD ist eine Technologie, die Plasma verwendet, um Reaktionsgas zu aktivieren, chemische Reaktionen auf der Oberfläche des Substrats oder im oberflächennahen Raum zu fördern und einen festen Film zu erzeugen. Das Grundprinzip der plasmachemischen Gasphasenabscheidungstechnologie besteht darin, dass unter der Einwirkung eines elektrischen HF- oder Gleichstromfeldes das Quellgas ionisiert wird, um ein Plasma zu bilden, das Niedertemperaturplasma als Energiequelle verwendet wird und eine geeignete Menge Reaktionsgas vorhanden ist eingeführt, und die Plasmaentladung wird verwendet, um das Reaktionsgas zu aktivieren und eine chemische Gasphasenabscheidung zu realisieren.

Je nach Methode zur Plasmaerzeugung kann es in HF-Plasma, Gleichstromplasma und Mikrowellenplasma-CVD usw. unterteilt werden.

Der Unterschied zwischen PECVD und der herkömmlichen CVD-Technologie besteht darin, dass das Plasma eine große Anzahl hochenergetischer Elektronen enthält, die die im chemischen Gasphasenabscheidungsprozess erforderliche Aktivierungsenergie bereitstellen und so den Energieversorgungsmodus des Reaktionssystems ändern können. Da die Elektronentemperatur im Plasma bis zu 10.000 K beträgt, kann die Kollision zwischen Elektronen und Gasmolekülen das Aufbrechen chemischer Bindungen und die Rekombination der Reaktionsgasmoleküle fördern, um aktivere chemische Gruppen zu erzeugen, während das gesamte Reaktionssystem eine niedrigere Temperatur aufrechterhält.

Im Vergleich zum CVD-Verfahren kann PECVD also den gleichen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess bei einer niedrigeren Temperatur durchführen.