Оборудование для приготовления парогазовой смеси

Источниками паровой фазы в ПГС являются жидкие соединения, расход которых зависит от назначения технологического процесса и может меняться в широких пределах. Так в эпитаксии (15÷30)10^-6 кг/с, в процессе диффузии (0,03-0,3)10^-6 кг/с. Погрешность не должна превышать ±5%. В зависимости от назначения газовой системы, в ней могут использоваться дозаторы различного типа. В применяемых установках для наращивания эпитаксиальных слоев кремния применяются дозаторы барбатажного типа (барбаторы). При создании диффузионных слоев наиболее широкое распространение получили дозаторы испарительного типа. Принцип их рабаты основан на испарении.

Газ - носитель - водород Ø барбатера ≥ 0,1÷ 0,12м прорези в распределителе газа

треугольного сечения в=(2-3) 10^-3м,hr=(15...20) 10^{-3 м и шага в 3-5 раз превышающим}

прорези δ=(3+5) в

Стабилизация концентрации отдельных компонентов ПГС может быть достигнута за счёт

охлаждения ПГС, выходящей из барбатера.

При достаточном охлаждении наступает конденсация паров реагентов, в этом случае

концентрация компонентов определяют температурой конденсации и может быть найдено

по зависимости давления насыщенного пара от температуры насыщения.

Такой способ стабилизации устраняет зависимость концентрации от уровня реагента и

расход газа-носителя в широких диапазонах их измерения Ø 100 мм при t°C=15°C

полное насьпцение водорода SiCl₄ при газовых потоках 200л/ч достигается при барбата__

H₂ через смесь в 50 мм.

П SiCl₄= pSiCl₄*VH₂/(pΣ-pSiCl₄)

VH₂ - поток газа через испаритель

pSiCl₄- равновесное давление паров SiCl₄ при t°C испарителя

рΣ - общее давление

Недостаток - наличие тумана над поверхностью испарителя.

Схема дозатора с зеркальным

1 - отверстием для заливки диффузанта

2-сосуд

3 - трубка ввода газа носителя

4 - трубка вывода ПГС

5 - коллектор

6 - зонт

7 - нагреватель

8 - конвекционная трубка с коллектором распределения газоносителя через пористый стержень с капиллярно - пористой трубкой с диффузионным механизмом.

Для дозаторов с КДМ величина дозы зависит от формы и размера поверхности испарителя, расхода характера движения газоносителя. Это ограничивает их применение. В случае ДМ нагреватель позволяет регулировать парциальное давление испаряемого диффузанта в ПГС. Погрешность дозирования в наибольшей степени зависит от изменения температуры диффузанта.

Испарители дозирующего типа основаны на периодическом от­боре и испарении определенного количества жидкости. Введение дозирующего вещества в струю газа-разбавителя, например, с помощью микрошприца, позволяет получать парогазовые смеси в широком диапазоне концентраций. К преимуществам подобных дозирующих систем относятся их сравнительная универсальность, широкий диапазон концентраций разнообразных веществ, малая зависимость от внешних условий; значительным недостатком яв­ляется прерывистость действия.

Большинство процессов окисления осуществляется в потоках водяного пара или увлажненных газов (аргона, кислорода). Наи­более стабильного увлажнения можно достигнуть в увлажнителе, показанном на рисунке ниже. Нагреватель 7 представляет собой нихромовую спираль, помещенную в кварцевую трубку, и погружен не­посредственно в воду. Датчиком температуры является термометр сопротивления 4. Чехлом термометра служит тонкостенная никелевая

Схема увлажнителя:

1 — сосуд; 2 — уплотнение; 3 — крышка; 4 — термометр сопротивления; 5 — вывод парогазовой смеси; 6 — распределитель; 7 — нагреватель; 8 — уплотнение

трубка, на внешнюю поверхность которой нанесен напыле­нием тонкий сплошной слой фторопласта. Точность регулировки температуры ±3°С, что соответствует поддержанию давления па­ров воды в пределах ±665 Па.

Смесители. Для смешения и гомогенизации парогазовой смеси широкое распространение получили струйные смесители. Схемы смесителей показаны на рисунках ниже а, б.

Схемы смесителей:

а — с соплами ввода примесей; б — с ка­мерой ввода примесей; V_r — скорость газа-разбавителя; V_Tr — скорость подачи технологических газов; V„_rc — скорость парогазовой смеси.

Смешение компонентов на­чинается в узких соплах 1 и заканчивается в камерах 2 смесите­ля. Для быстрого и тщательного перемешивания скорость V_r га­за-разбавителя устанавливается в 2—3 раза выше скорости техно­логических газов. Для смешения потоков, имеющих малую кине­тическую энергию, рекомендуется смеситель, схема которого изо­бражена на рисунке выше б. Диаметр отверстий d_OTB для струи и техно­логического газа выбирают из условий nd²_отв ≤D², где n — число отверстий для выхода технологического газа; D — диаметр каме­ры смешения, м.

Длину зоны смешения h выбирают из соотношения

h/(D/2) ≥ 0,3.

В некоторых технологических установках роль смесителя может выполнять часть реактора. Это определяется устройством ввода парогазовой смеси в реактор и конструкцией реактора.

Запорно-регулирующая аппаратура (арматура). Запорную ар­матуру устанавливают на входе каждого канала, а также на тру­бопроводах с часто отсоединяемой аппаратурой, например доза­торами. В качестве входной запорной арматуры лучше использо­вать краны с ручным управлением, имеющие большую надежность и минимальное время закрытия, что важно для работы со взрывоопасными и вредными веществами.

В автоматизированных системах для управления газовыми по­токами применяют запорные клапаны с электрическими или пнев­матическими приводами, которые устанавливают на концах линий перед их входом в смеситель.

Регулирующую арматуру — вентили, натекатели устанавлива­ют, какправило, после регуляторов давления. Для регулирования можноиспользовать и встроенную арматуру, например натекате­ли в ротаметрах. Если применены устройства автоматического ре­гулирования расхода газов, то с целью повышения качества регу­лирования их исполнительные органы встраивают непосредственно переддатчиками расхода.

В газовых системах применяют разнообразные клапаны, вен­тили, дроссели, используемые для распределения газов по кана­лам. Эту аппаратуру в зависимости от газовых сред, в которых она применяется, подразделяют на две группы:

1. аппаратура, устанавливаемая на трубопроводах технических и продувочных газов: обеспыленного воздуха, азота, аргона, водо­рода. Это обычно стандартная аппаратура из коррозионно-стойкой стали с уплотняющими элементами из кислотостойких резин, фторопласта и др.
2. аппаратура, удовлетворяющая особым требованиям по гер­метичности и чистоте, устанавливаемая в линиях реакционных га­зов и чистого водорода, а также в линиях ПГС, содержащих пары жидких диффузантов.

Все металлические элементы этих конструкций выполнены из коррозионно-стойких сталей, а в аппаратуре, проводящей ПГС, — из фторопласта. В качестве материала для уплотнителей чаще всего используют резину марки ИРП-1225 в виде мембраны или седел. Конструкции выполнены с учетом необходимости продувки внутренних объемов, минимальных контактных поверхностей с ПГС, простоты очистки и сборки.

Типовые конструкции клапанов показаны на рисунке ниже.

Типовые конструкции клапанов:

а — с пневматическим управлением; б — с ручным управлением; в с электромагнитным управлением;

1 — рукоятка; 2 — шток; 3 — сильфон; 4 — седло; 5 -

корпус; 6 — пружина; 7 — мембрана

Качественное проведение про­цессов требует стабилизации па­раметров. Регулятор давления (рисунок ниже) обеспечивает поддержа­ние заданного давления в канале или на входе в регулятор расхо­да за счет дросселирования по­тока газа. Чувствительный эле­мент регулятора давления — мем­брана, воспринимающая усилия, развиваемые задатчиком и дав­лением газа. При изменении дав­ления мембрана деформируется и перемещает дроссельный регули­рующий орган, который изменяет поток газа в камеру регулятора.