Máquina de Forno de Tubo CVD com Múltiplas Zonas de Aquecimento, Sistema de Câmara de Deposição Química a Vapor

A deposição química de vapor (CVD) é uma tecnologia que utiliza várias fontes de energia, como aquecimento, excitação de plasma ou radiação de luz para reagir quimicamente substâncias químicas gasosas ou de vapor na fase gasosa ou na interface gás-sólido para formar depósitos sólidos no reator por meio de reação química. simplificando, duas ou mais matérias-primas gasosas são introduzidas em uma câmara de reação e, em seguida, reagem entre si para formar um novo material e depositá-lo na superfície do substrato.

O forno CVD é um sistema de forno combinado com unidade de forno tubular de alta temperatura, unidade de controle de gases e unidade de vácuo, é amplamente utilizado para experimentos e produção de preparação de material composto, processo microeletrônico, optoeletrônico semicondutor, utilização de energia solar, comunicação de fibra ótica, tecnologia de supercondutor, campo de revestimento protetor.

O forno tubular de laboratório é um forno tubular clássico de aquecimento externo de alta temperatura, também chamado de forno de aquecimento de parede quente.

De acordo com a temperatura de trabalho diferente, o material do tubo do forno geralmente pode ser tubos de quartzo transparentes, tubos de cerâmica de alumina de alta pureza e tubos de liga metálica de alta resistência.

Para atender a diferentes propósitos de pesquisa térmica, o forno de tubo pode ser projetado com várias zonas de aquecimento, de modo a ter um controle flexível do gradiente de temperatura na câmara de trabalho do tubo; o tubo do forno pode funcionar com um ambiente de trabalho de atmosfera controlada ou um ambiente de trabalho de alto vácuo.

O sistema de forno CVD consiste em uma unidade de forno de tubo de alta temperatura, unidade de controle preciso da fonte de gás reagente, estação de bomba de vácuo e peças de montagem correspondentes.

A bomba de vácuo é para remover o ar do tubo de reação e garantir que não haja gases indesejados dentro do tubo de reação, depois que o forno de tubo aquecerá o tubo de reação a uma temperatura alvo, então a unidade de controle preciso da fonte de gás reagente pode introduzir gases diferentes com uma proporção definida no tubo do forno para a reação química, a deposição de vapor químico será formada no forno CVD.

Os elementos de aquecimento do forno tubular são colocados em torno da cavidade cilíndrica, o forno só pode aquecer as amostras na cavidade cilíndrica através de radiação térmica indireta, uma vez que o tubo do forno pode impedir que o material da amostra entre em contato com os elementos de aquecimento do forno e os materiais de isolamento, de modo que o forno tubular cria uma câmara de calor isolada e limpa e reduz os riscos de contaminação do material da amostra pelo forno.

Existem tremendas fontes de gás que podem ser usadas no processo CVD, as reações químicas comuns do CVD incluem pirólise, fotólise, redução, oxidação, redox, de modo que os gases envolvidos nessas reações químicas podem ser usados no processo CVD.

Tomamos o crescimento de grafeno CVD como exemplo, os gases usados no processo CVD serão CH4, H2, O2 e N2.

O forno tubular é usado principalmente em metalurgia, vidro, tratamento térmico, ânodo de lítio e materiais catódicos, novas energias, abrasivos e outras indústrias, e é um equipamento profissional para medir materiais sob certas condições de temperatura.

O forno tubular apresenta estrutura simples, operação fácil, controle fácil e produção contínua.

O forno tubular também é amplamente aplicado nos sistemas CVD (deposição de vapor químico) e CVD aprimorado por plasma.

• Pode ser produzida uma vasta gama de películas, películas metálicas, películas não metálicas e películas de ligas multicomponentes, conforme necessário. Ao mesmo tempo, pode preparar cristais de alta qualidade que são difíceis de obter por outros métodos, como GaN, BP, etc.
• A velocidade de formação da película é rápida, geralmente vários microns por minuto ou mesmo centenas de microns por minuto. É possível depositar simultaneamente grandes quantidades de revestimentos com composição uniforme, o que é incomparável com outros métodos de preparação de filmes, como epitaxia de fase líquida (LPE) e epitaxia de feixe molecular (MBE).
• As condições de trabalho são realizadas sob pressão normal ou condições de baixo vácuo, de modo que o revestimento tem boa difração, e as peças de trabalho com formas complexas podem ser uniformemente revestidas, o que é muito superior ao PVD.
• Devido à difusão mútua do gás de reação, do produto da reação e do substrato, pode obter-se um revestimento com boa força de adesão, o que é crucial para a preparação de películas reforçadas à superfície, tais como películas resistentes ao desgaste e anti-corrosão.
• Algumas películas crescem a uma temperatura muito inferior ao ponto de fusão do material da película. Sob a condição de crescimento a baixa temperatura, o gás de reação e a parede do reator e as impurezas contidas neles quase não reagem, de modo que um filme com alta pureza e boa cristalinidade pode ser obtido.
• A deposição química de vapor pode obter uma superfície de deposição lisa. Isso ocorre porque, em comparação com o LPE, a deposição de vapor químico (CVD) é realizada sob alta saturação, com alta taxa de nucleação, alta densidade de nucleação e distribuição uniforme em todo o plano, resultando em uma superfície lisa macroscópica. Ao mesmo tempo, na deposição de vapor químico, o caminho livre médio das moléculas (átomos) é muito maior do que o LPE, de modo que a distribuição espacial das moléculas é mais uniforme, o que favorece a formação de uma superfície de deposição lisa.
• Baixos danos por radiação, que é uma condição necessária para a fabricação de semicondutores de óxido metálico (MOS) e outros dispositivos

O forno tubular pode trabalhar com diferentes funções mecânicas sem problemas, por isso existem muitos tipos diferentes de variações de forno tubular para diferentes fins experimentais, os fornos típicos são os seguintes:

• Forno de tubo horizontal
• Forno de tubo vertical
• Forno de tubo dividido
• Forno de tubo rotativo
• Forno de tubo basculante
• Forno de tubo deslizante
• Forno de tubo de aquecimento e resfriamento rápido
• Forno de tubo de alimentação e descarga contínua

O PECVD é uma tecnologia que utiliza o plasma para ativar o gás de reação, promover a reação química na superfície do substrato ou no espaço próximo da superfície e gerar uma película sólida. O princípio básico da tecnologia de deposição de vapor químico de plasma é que, sob a ação do campo elétrico de RF ou DC, o gás de origem é ionizado para formar um plasma, o plasma de baixa temperatura é usado como fonte de energia, uma quantidade apropriada de gás de reação é introduzida e a descarga de plasma é usada para ativar o gás de reação e realizar a deposição de vapor químico.

De acordo com o método de geração de plasma, ele pode ser dividido em plasma de RF, plasma de DC e plasma de micro-ondas CVD, etc ...

A diferença entre o PECVD e a tecnologia CVD tradicional é que o plasma contém um grande número de electrões de alta energia, que podem fornecer a energia de ativação necessária no processo de deposição de vapor químico, alterando assim o modo de fornecimento de energia do sistema de reação. Uma vez que a temperatura dos electrões no plasma é tão elevada como 10000K, a colisão entre os electrões e as moléculas de gás pode promover a quebra de ligações químicas e a recombinação das moléculas de gás de reação para gerar grupos químicos mais activos, enquanto todo o sistema de reação mantém uma temperatura mais baixa.

Assim, em comparação com o processo CVD, o PECVD pode realizar o mesmo processo de deposição química de vapor com uma temperatura mais baixa.