РЕАКТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ГИБРИДОВ В ПАРОВОЙ ФАЗЕ Российский патент 2013 года по МПК C23C16/44 

Область изобретения

Данное изобретение относится к реакторам пониженного давления для эпитаксиального выращивания гидридов в паровой фазе (ЭВГПФ), которые применяют, например, для эпитаксиального выращивания полупроводниковых подложек и компонентов на основе GaN. Более конкретно, данное изобретение относится к системе откачивания реакционной камеры.

Уровень техники

В существующих реакторах ЭВГПФ, сконструированных для выращивания GaN, одной из типичных и серьезных проблем является высокая скорость вредного осаждения различных материалов, особенно NH₄Cl и GaCl₃, на внутренних поверхностях реактора, особенно вблизи выходного отверстия для обработочных газов и после него. В результате, некоторые реакторы могут засоряться уже через несколько часов работы. Проблема засорения касается системы выпуска газов в целом, но в особенности, откачивающего насоса. Указанные твердые соединения очень затрудняют использование стандартных, обычных вакуумных насосов для снижения давления в реакторе. Это приводит к необходимости использования специализированных систем, что, в свою очередь, ведет к высокой стоимости. Одним из известных решений, с помощью которого пытаются избежать засорения насоса, является установка перед насосом большой камеры конденсации. Камера конденсации работает как ловушка для остаточных газов, значительная часть которых аккумулируется на стенках камеры конденсации. Однако в действительности это решение только откладывает засорение, реально не решая первоначальную проблему.

Следовательно, существует потребность в эффективной, предпочтительно недорогой системе откачивания, которая обеспечивает возможность непрерывной эксплуатации реактора ЭВГПФ, без перерывов, вызываемых засорением системы откачивания газов.

Цели изобретения

Целью данного изобретения является обеспечение эффективной, предпочтительно недорогой системы откачивания для реакторов ЭВГПФ, причем система откачивания обеспечивает возможность непрерывной эксплуатации реактора, без перерывов, вызываемых засорением системы откачивания газов из-за вредного отложения.

Краткое описание изобретения

Существенные отличительные признаки изобретения изложены в п.1 формулы изобретения.

Реакторная установка ЭВГПФ по данному изобретению включает реакционную камеру, входное отверстие для введения обработочных газов в реакционную камеру, выход для остаточных газов и насос для откачивания остаточных газов из реакционной камеры через выход для остаточных газов, причем насос способен создавать и поддерживать в реакционной камере давлении, равное или менее примерно 10 кПа (100 мбар).

В соответствии с данным изобретением, реакторная установка включает средства подачи в насос растворяющей текучей среды для растворения возможных вредных отложений веществ из остаточных газов на внутренних поверхностях насоса.

Таким образом, существенным признаком данного изобретения являются указанные средства подачи в насос растворяющей текучей среды, что делает возможным растворение твердых вредных отложений и вымывания их из насоса в следующие за ним выводящие каналы. Осуществить очистку насоса таким образом можно не только между рабочими периодами, но также и в ходе работы. В случае подачи растворяющей текучей среды в ходе эксплуатации реакторного оборудования, растворяющая текучая среда может также выполнять другие важные функции при растворении остаточных газов уже перед насосом, что обеспечивает предотвращение отложения или конденсации их на поверхностях насоса. Оба указанных механизма предохраняют насос от засорения, таким образом позволяя реактору работать в течение длительного времени, без перерывов. Это дает большое преимущество по сравнению с системами существующего уровня техники, которые применяют дорогостоящие, но все же легко засоряющиеся и повреждающиеся вакуумные насосы.

Насос, используемый в установке по данному изобретению, может быть насосом любого типа, способным обеспечить указанный уровень вакуума и также способным перемещать, кроме газа, также жидкость и пар. Возможными типами насоса являются, например, жидкостный кольцевой насос, мембранные насосы и поршневые дозирующие насосы. Например, хорошим выбором может быть вакуумный жидкостный кольцевой насос, выполненный из промышленного керамического материала. Поршневой дозирующий насос представляет собой насос, основанный на циклической возвратно-поступательной работе поршня. Поршневой дозирующий насос обычно забирает в свое внутреннее пространство определенный объем текучей среды при движении поршня в одном направлении и выталкивает ее наружу при движении поршня в противоположном направлении. Таким образом, можно сказать, что его действие является пульсирующим, в противоположность непрерывному перемещению текучей среды. В случае насоса поршневого дозирующего типа предпочтительно иметь по меньшей мере два насоса, которые применяют асинхронно, чтобы свести к минимуму колебания давления из-за пульсирующего действия насоса.

Средства подачи растворяющей текучей среды в насос предпочтительно включают контейнер для растворяющей текучей среды, который гидравлически соединен со всасывающим отверстием насоса. Предпочтительно соединение выполнено с возможностью регулирования клапаном. В одном из предпочтительных воплощений контейнер для растворяющей текучей среды гидравлически соединен как со всасывающим, так и с нагнетающим отверстием насоса, таким образом формируя замкнутый контур для растворяющей текучей среды, что позволяет использовать растворяющую текучую среду в течение более продолжительного времени. В этом воплощении предпочтительно также обеспечен другой контейнер для растворяющей текучей среды, который служит подпитывающим контейнером, для добавления чистой текучей среды в замкнутый контур текучей среды, если это необходимо.

Предпочтительно реакторная установка по данному изобретению также включает дополнительное выпускное отверстие для остаточных газов, за которым следует заполненный этиленгликолем барботер, что в совокупности служит альтернативным путем для вывода остаточных газов, например, при продувке реактора и в других ситуациях, когда насос не используют. Водный раствор хлорида аммония и другие отходы могут быть очень опасными для деталей реактора, и обратный поток пара этих растворов при низких расходах обработочных газов также может отрицательно влиять на процесс роста. Заполненный этиленгликолем барботер действует в качестве клапана, предотвращающего указанный обратный поток.

Подробное описание изобретения

Далее данное изобретение описано более подробно, со ссылкой на сопровождающий Фиг.1, изображающий схематический вид реакторной установки ЭВГПФ в соответствии с одним из воплощений данного изобретения.

Реакторная установка по Фиг.1 включает реакционную камеру 1 и входное отверстие 2 для введения обработочных газов в камеру. Для упрощения, на Фиг.1 показано только одно входное отверстие для обработочных газов. Естественно, в реальном оборудовании обычно их много. Для откачивания остаточных обработочных газов, прошедших через камеру, обеспечено выходное отверстие 3 для остаточных газов, за которым следует конструкция, включающая насос 4, всасывающее отверстие которого гидравлически соединено с реакционной камерой через выходное отверстие для остаточных газов. В данной конструкции между насосом и выходным отверстием для остаточных газов расположен двухходовой клапан V1, предназначенный для регулирования гидравлического соединения между реакционной камерой и насосом. С первым двухходовым клапаном соединена также линия 5 инертного газа для подачи азота или другого инертного газа в насос, между периодами его эксплуатации, для очистки и осушки линии насоса, т.е. насоса и/или каналов, ведущих к нему и от него. Кроме того, с всасывающим отверстием насоса гидравлически соединен, через второй клапан V2, контейнер 6 с дистиллированной водой, предназначенный для хранения и подачи в насос дистиллированной воды для растворения и вымывания из насоса материалов из остаточных газов, накапливаемых на внутренних поверхностях насоса из-за вредного осаждения. Выходное отверстие насоса выходит в емкость 7 для воды, которая, в свою очередь, соединена со всасывающим отверстием насоса через третий клапан V3. Таким образом организована циркуляция воды через насос и емкость для воды. Обеспечен также четвертый клапан V4, соединенный с емкостью для воды, для регулирования потока воды из емкости.

В качестве альтернативного пути прохождения откачиваемых остаточных газов, обеспечено дополнительное выходное отверстие 8 для остаточных газов, за которым следует пятый клапан V5, заполненный этиленгликолем барботер 9 и шестой клапан V6. Этот альтернативный путь прохождения откачиваемого остаточного газа можно использовать, например, в режиме продувки реактора, или в условиях, когда давление превышает атмосферное. Заполненный этиленгликолем барботер предотвращает обратный поток химически агрессивных соединений в камеру. Два пути прохождения остаточных газов в конце соединены в общей выпускной трубе 10, применяемой для перемещения остаточных газов в скруббер (не показан на Фиг.1).

Работа реакторной установки по Фиг.1 кратко описана ниже. При нормальном ходе процесса остаточные газы откачивают через выходное отверстие 3 для остаточных газов. Пятый и шестой клапаны V5, V6 закрыты, в то время как первый клапан V1 открыт. Насос 4 применяют для откачивания реакционной камеры. Третий клапан V3 используют для регулирования подачи воды из емкости для воды в насос, для очистки насоса путем растворения и вымывания вредных отложений с внутренних поверхностей насоса. После насоса вода возвращается в емкость для воды, из которой загрязненную воду можно удалить через четвертый клапан V4. Чистую дистиллированную воду можно добавлять в замкнутый контур для воды из емкости для дистиллированной воды, через второй клапан V2. Насос можно очищать в ходе работы, а также между сеансами работы.

Важно отметить, что вода, в качестве растворяющей текучей среды, приведена лишь в качестве одного из простых примеров. Естественно, для специалистов ясно, что вместо чистой воды можно применять другую подходящую текучую среду или водный раствор подходящего агента. Например, HCl, газообразный аммиак и хлорид аммония можно более эффективно растворять некоторыми спиртами, а не водой.

При продувке реактора между сеансами работы и в других ситуациях, когда насосы не используют, первый клапан V1 закрыт в отношении реакционной камеры, а пятый и шестой клапаны V5, V6 - открыты. Таким образом, остаточные газы затем протекают через дополнительное выходное отверстие 8 для остаточных газов и заполненный этиленгликолем барботер 9. Затем насос 4 можно осушить, например, током азота, через двухходовой клапан V1.

Как понятно специалистам, данное изобретение не ограничено приведенным выше примером. Напротив, воплощения данного изобретения можно свободно изменять в пределах области защиты, определенной в формуле изобретения.

Изобретение относится к реакторной установке для эпитаксиального выращивания гидридов в паровой фазе. Реакторная установка содержит реакционную камеру с входным отверстием для введения технологических газов в реакционную камеру и выходным отверстием для остаточных газов и насос для откачивания остаточных газов из реакционной камеры через выходное отверстие для остаточного газа. Насос способен создавать и поддерживать в реакционной камере давление, равное или менее примерно 10 кПа (100 мбар). Кроме того, реакторная установка имеет средства подачи в насос растворяющей текучей среды для растворения возможных вредных отложений веществ из остаточных газов на внутренних поверхностях насоса, выполненные в виде контейнера для растворяющей текучей среды, гидравлически соединенного с всасывающим и с нагнетающим отверстиями насоса с формированием замкнутого контура для циркуляции растворяющей текущей среды. Обеспечивается возможность непрерывной эксплуатации реакторов для эпитаксиального выращивания гидридов в паровой фазе без перерывов, вызываемых засорением системы откачивания газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Реакторная установка для эпитаксиального выращивания гидридов в паровой фазе, включающая реакционную камеру (1), входное отверстие (2) для введения технологических газов в реакционную камеру, выходное отверстие (3) для остаточных газов и насос (4) для откачивания остаточных газов из реакционной камеры через выходное отверстие для остаточных газов, при этом насос способен создавать и поддерживать в реакционной камере давление, равное или менее примерно 10 кПа (100 мбар), и средства (6, 7, V2, V3) подачи в насос растворяющей текучей среды для растворения возможных вредных отложений веществ из остаточных газов на внутренних поверхностях насоса, отличающаяся тем, что средства подачи растворяющей текучей среды в насос выполнены в виде контейнера (7) для растворяющей текучей среды, гидравлически соединенного с всасывающим и с нагнетающим отверстиями насоса (4) с формированием замкнутого контура для циркуляции растворяющей текущей среды.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет дополнительное выходное отверстие (8) для остаточных газов, за которым установлен заполненный этиленгликолем барботер (9) для альтернативного пути откачивания остаточных газов, например, при продувке реактора.