Four tubulaire CVD à zones de chauffage multiples, équipement de système de chambre de dépôt chimique en phase vapeur

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est une technologie qui utilise diverses sources d'énergie telles que le chauffage, l'excitation du plasma ou le rayonnement lumineux pour faire réagir chimiquement des substances chimiques gazeuses ou en phase vapeur sur la phase gazeuse ou l'interface gaz-solide pour former des dépôts solides dans le réacteur au moyen de réaction chimique. Pour le dire simplement, deux ou plusieurs matières premières gazeuses sont introduites dans une chambre de réaction, puis elles réagissent l'une avec l'autre pour former un nouveau matériau et le déposer sur la surface du substrat.

Le four CVD est un système de four combiné avec une unité de four tubulaire à haute température, une unité de contrôle des gaz et une unité de vide, il est largement utilisé pour l'expérimentation et la production de préparation de matériaux composites, de processus microélectronique, d'optoélectronique semi-conducteur, d'utilisation de l'énergie solaire, de communication par fibre optique, supraconducteur technologie, domaine des revêtements de protection.

Le four tubulaire de laboratoire est un four tubulaire à haute température de chauffage externe classique, également appelé four de chauffage à paroi chaude.

Selon la température de travail différente, le matériau du tube de four peut généralement être des tubes de quartz transparents, des tubes en céramique d'alumine de haute pureté et des tubes en alliage métallique à haute résistance.

Pour répondre à différents objectifs de recherche thermique, le four tubulaire peut être conçu avec plusieurs zones de chauffage, de manière à avoir un contrôle flexible du gradient de température dans la chambre de travail du tube ; le tube de four peut fonctionner avec un environnement de travail à atmosphère contrôlée ou un environnement de travail sous vide poussé.

Le système de four CVD se compose d'une unité de four tubulaire à haute température, d'une unité de contrôle précise de la source de gaz réactif, d'une station de pompe à vide et des pièces d'assemblage correspondantes.

La pompe à vide consiste à éliminer l'air du tube de réaction et à s'assurer qu'il n'y a pas de gaz indésirables à l'intérieur du tube de réaction, après quoi le four tubulaire chauffera le tube de réaction à une température cible, puis l'unité de contrôle précise de la source de gaz de réaction peut introduire différents gaz avec un rapport défini dans le tube du four pour la réaction chimique, le dépôt chimique en phase vapeur sera formé dans le four CVD.

Les éléments chauffants du four tubulaire sont placés autour de la cavité cylindrique, le four ne peut chauffer les échantillons dans la cavité cylindrique que par rayonnement thermique indirect, car le tube du four peut empêcher le matériau de l'échantillon d'entrer en contact avec les éléments chauffants du four et les matériaux d'isolation, de sorte que le four tubulaire crée un propre isolé chauffer la chambre et réduire les risques de contamination de l'échantillon par le four.

Il existe d'énormes sources de gaz pouvant être utilisées dans le processus CVD, les réactions chimiques courantes de CVD comprennent la pyrolyse, la photolyse, la réduction, l'oxydation, le redox, de sorte que les gaz impliqués dans ces réactions chimiques peuvent être utilisés dans le processus CVD.

Nous prenons la croissance du graphène CVD par exemple, les gaz utilisés dans le processus CVD seront CH4, H2, O2 et N2.

Le four tubulaire est principalement utilisé dans la métallurgie, le verre, le traitement thermique, les matériaux d'anode et de cathode au lithium, les nouvelles énergies, les abrasifs et d'autres industries, et est un équipement professionnel pour mesurer les matériaux dans certaines conditions de température.

Le four tubulaire présente une structure simple, une opération facile, un contrôle facile et une production continue.

Le four tubulaire est également largement appliqué dans les systèmes CVD (dépôt chimique en phase vapeur) et CVD amélioré par plasma.

• Une large gamme de films peut être produite, film métallique, film non métallique et film d'alliage multi-composants selon les besoins. En même temps, il peut préparer des cristaux de haute qualité difficiles à obtenir par d'autres méthodes, telles que GaN, BP, etc.
• La vitesse de formation du film est rapide, généralement plusieurs microns par minute voire des centaines de microns par minute. Il est possible de déposer simultanément de grandes quantités de revêtements avec une composition uniforme, ce qui est incomparable aux autres méthodes de préparation de film, telles que l'épitaxie en phase liquide (LPE) et l'épitaxie par jet moléculaire (MBE).
• Les conditions de travail sont réalisées dans des conditions de pression normale ou de vide faible, de sorte que le revêtement a une bonne diffraction et que les pièces aux formes complexes peuvent être uniformément revêtues, ce qui est bien supérieur au PVD.
• En raison de la diffusion mutuelle du gaz de réaction, du produit de réaction et du substrat, un revêtement avec une bonne force d'adhérence peut être obtenu, ce qui est crucial pour la préparation de films renforcés en surface tels que des films résistants à l'usure et anti-corrosion.
• Certains films se développent à une température bien inférieure au point de fusion du matériau du film. Dans des conditions de croissance à basse température, le gaz de réaction et la paroi du réacteur et les impuretés qu'ils contiennent ne réagissent presque pas, de sorte qu'un film de haute pureté et de bonne cristallinité peut être obtenu.
• Le dépôt chimique en phase vapeur permet d'obtenir une surface de dépôt lisse. En effet, par rapport au LPE, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est effectué sous une saturation élevée, avec un taux de nucléation élevé, une densité de nucléation élevée et une distribution uniforme sur tout le plan, ce qui donne une surface lisse macroscopique. Dans le même temps, dans le dépôt chimique en phase vapeur, le libre parcours moyen des molécules (atomes) est beaucoup plus grand que le LPE, de sorte que la distribution spatiale des molécules est plus uniforme, ce qui favorise la formation d'une surface de dépôt lisse.
• Faibles dommages causés par les radiations, condition nécessaire à la fabrication de semi-conducteurs à oxyde métallique (MOS) et d'autres dispositifs

Le four tubulaire peut fonctionner avec différentes fonctions mécaniques en douceur, il existe donc de nombreux types de variantes de four tubulaire à différentes fins d'expérimentation, les fours à four typiques sont les suivants :

• Four tubulaire horizontal
• Four tubulaire vertical
• Four tubulaire fendu
• Four tubulaire rotatif
• Four tubulaire basculant
• Four tubulaire coulissant
• Four tubulaire à chauffage et refroidissement rapides
• Four tubulaire à alimentation et décharge continue

Le PECVD est une technologie qui utilise le plasma pour activer le gaz de réaction, favoriser la réaction chimique à la surface du substrat ou près de l'espace de surface et générer un film solide. Le principe de base de la technologie de dépôt chimique en phase vapeur par plasma est que, sous l'action d'un champ électrique RF ou CC, le gaz source est ionisé pour former un plasma, le plasma à basse température est utilisé comme source d'énergie, une quantité appropriée de gaz de réaction est introduit, et la décharge de plasma est utilisée pour activer le gaz de réaction et réaliser le dépôt chimique en phase vapeur.

Selon la méthode de génération de plasma, il peut être divisé en plasma RF, plasma DC et plasma micro-ondes CVD, etc.

La différence entre la technologie PECVD et la technologie CVD traditionnelle est que le plasma contient un grand nombre d'électrons à haute énergie, qui peuvent fournir l'énergie d'activation requise dans le processus de dépôt chimique en phase vapeur, modifiant ainsi le mode d'alimentation en énergie du système de réaction. Étant donné que la température des électrons dans le plasma est aussi élevée que 10000K, la collision entre les électrons et les molécules de gaz peut favoriser la rupture de la liaison chimique et la recombinaison des molécules de gaz de réaction pour générer des groupes chimiques plus actifs, tandis que l'ensemble du système de réaction maintient une température plus basse.

Ainsi, par rapport au processus CVD, le PECVD peut effectuer le même processus de dépôt chimique en phase vapeur avec une température plus basse.