本发明涉及材料的化学反应和生长设备领域，特别是涉及一种基于双功能反应炉的工艺方法。
背景技术：
目前常用的薄膜生长设备有MOCVD、PECVD和管式炉等。其中MOCVD和PECVD的设备价格昂贵、维护成本高，同时工艺过程复杂、生产效率较低。管式炉设备成本低廉，且可以一次同时容纳批量反应物进行反应，但受设备工艺条件所限，其使用范围较窄，限于在特定气氛条件下的薄膜生长或退火。
当前的管式炉设备一般只能支持反应物表面的材料层生长反应，而对于去除反应物表面材料层的刻蚀反应，由于设备组件一般无法在高温、易腐蚀的环境下工作而无法支持。而采用一般的等离子干法刻蚀或者湿法刻蚀则存在设备昂贵及维护成本高的问题。
此外，管式炉设备的反应一般在高温下进行，因此在反应过程结束后，设备内部还处于高温状态，需要关闭加热系统，等待炉体温度下降到室温后才可卸载反应物，并装载下一批反应物进行反应，这也影响了设备的利用效率。
因此，本发明提供了一种基于双功能反应炉的工艺方法，解决上述问题。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于双功能反应炉的工艺方法，用于解决现有的管式炉工艺方法所存在的功能单一及利用效率低等问题。所示工艺方法包括如下步骤：
1)提供一双功能反应炉，所述双功能反应炉用于待处理基底表面目标材料的生长及刻蚀；所述双功能反应炉包括：炉管、炉体、加热装置、进口组件、出口及炉门组件，其中，所述炉管用于放置所述待处理基底；所述炉体位于所述炉管外围；所述加热装置位于所述炉体内，且位于所述炉管外围；所述进口组件与所述炉管内部相连通；所述出口与所述炉管内部相连通；所述炉门组件用于将所述炉管与外部连通或隔离，并向所述炉管内传入或传出所述待处理基底；
2)将所述待处理基底经由所述炉门组件传入所述炉管内，并向所述炉管内提供生长源以在所述待处理基底表面形成目标材料或向所述炉管内提供刻蚀源以对所述待处理基底表面的目标材料进行刻蚀；
3)于不低于60℃的温度条件下将处理完毕后的所述待处理基底自所述炉管内取出。
作为本发明的一种优选方案，所述工艺方法的步骤具有以下特征：
步骤1)中，所述炉门组件包括：装卸传送系统及炉门；其中，所述装卸传送系统包括滑轨及承载台，所述滑轨位于所述炉管一端外侧，所述承载台位于所述滑轨上，且可在所述滑轨上滑动；所述炉门固定于所述承载台远离所述炉管的一侧，且所述炉门至所述承载台靠近所述炉管一侧的距离小于所述炉管的长度，以确保所述承载台移至所述炉管内时，所述炉门将所述炉管与外部隔离；
步骤2)中，将所述待处理基底及固体或液体的生长源置于所述承载台上，所述承载台沿所述滑轨向所述炉管内移动，以将所述待处理基底及所述固体或液体的生长源载入所述炉管内，直至所述炉门关闭将所述炉管与外部隔离；使用所述加热装置对所述炉管进行加热的同时经由所述进口组件向所述炉管内反应气体，所述反应气体与所述固体或液体的生长源反应以于所述待处理基底表面形成目标材料；
步骤3)中，所述承载台沿所述滑轨向所述炉管的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底自所述炉管内传出。
作为本发明的一种优选方案，所述工艺方法的步骤具有以下特征：
步骤1)中，所述炉门组件包括：装卸传送系统及炉门；其中，所述炉门的一边与所述炉体活动链接，所述炉门打开时，所述炉管与外部相连通，所述炉门关闭时，所述炉管与所述外部隔离；所述装卸传送系统位于所述炉门一侧，用于向所述炉管内传送所述待处理基底，并将处理完毕后的所述待处理基底传送出所述炉管，所述装卸传送系统包括球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种；
步骤2)中，使用所述装卸传送系统将所述待处理基底及固体或液体的生长源传入所述炉管内，并关闭所述炉门；使用所述加热装置对所述炉管进行加热的同时经由所述进口组件向所述炉管内反应气体，所述反应气体与所述固体或液体的生长源反应以于所述待处理基底表面形成目标材料；
步骤3)中，打开炉门，使用所述装卸传送系统于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底自所述炉管内取出。
作为本发明的一种优选方案，所述生长源为单质镓且所述反应气体为氯化氢气体，所述单质镓在所述加热装置的加热下蒸发，蒸发后的所述镓与所述氯化氢气体反应以与所述待处理基底表面形成氮化镓。
作为本发明的一种优选方案，所述生长源为固体氯化镓且反应气体为，所述固体氯化镓在所述加热装置的加热下蒸发，蒸发后的所述氯化镓与所述氨气反应以与所述待处理基底表面形成氮化镓。
作为本发明的一种优选方案，所述生长源为硫钼前驱体，所述反应气体为还原气体，所述还原气体与所述硫钼前驱体反应以在所述待处理基底表面形成二硫化钼。
作为本发明的一种优选方案，所述工艺方法的步骤具有以下特征：
步骤1)中，所述炉门组件包括：装卸传送系统及炉门；其中，所述装卸传送系统包括滑轨及承载台，所述滑轨位于所述炉管一端外侧，所述承载台位于所述滑轨上，且可在所述滑轨上滑动；所述炉门固定于所述承载台远离所述炉管的一侧，且所述炉门至所述承载台靠近所述炉管一侧的距离小于所述炉管的长度，以确保所述承载台移至所述炉管内时，所述炉门将所述炉管与外部隔离；
步骤2)中，将所述待处理基底置于所述承载台上，所述承载台沿所述滑轨向所述炉管内移动，以将所述待处理基底载入所述炉管内，直至所述炉门关闭将所述炉管与外部隔离；使用所述加热装置对所述炉管进行加热的同时经由所述进口组件向所述炉管内通入气体反应源，所述气体反应源于所述待处理基底表面形成目标材料；
步骤3)中，所述承载台沿所述滑轨向所述炉管的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底自所述炉管内传出。
作为本发明的一种优选方案，所述工艺方法的步骤具有以下特征：
步骤1)中，所述炉门组件包括：装卸传送系统及炉门；其中，所述炉门的一边与所述炉体活动链接，所述炉门打开时，所述炉管与外部相连通，所述炉门关闭时，所述炉管与所述外部隔离；所述装卸传送系统位于所述炉门一侧，用于向所述炉管内传送所述待处理基底，并将处理完毕后的所述待处理基底传送出所述炉管，所述装卸传送系统包括球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种；
步骤2)中，使用所述装卸传送系统将所述待处理基底传入所述炉管内，并关闭所述炉门；使用所述加热装置对所述炉管进行加热的同时经由所述进口组件向所述炉管内气体反应源，所述反应气体于所述待处理基底表面形成目标材料；
步骤3)中，打开炉门，使用所述装卸传送系统于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底自所述炉管内取出。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2)中，所述气体反应源含氧气体，所述待处理基底为金属基底，所述含氧气体与所述金属基底反应以在所述金属基底表面形成金属氧化物。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2)中，所述待处理基底为具有催化活性的过渡金属基底，所述反应源气体为碳氢化合物气体，所述具有催化活性的过渡金属基底表面吸附所述碳氢化合物气体，并使所述碳氢化合物气体脱氢，以在所述具有催化活性的过渡金属基底表面形成单层石墨烯。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2)中，所述待处理基底为具金属基底，所述反应源气体包括至少两种碳氢化合物气体，不同的所述碳氢化合物气体经由所述进口组件的不同进口通入所述炉管内，不同的所述碳氢化合物气体相互反应以在所述金属基底表面形成石墨烯。
作为本发明的一种优选方案，所述工艺方法的步骤具有以下特征：
步骤1)中，所述炉门组件包括：装卸传送系统及炉门；其中，所述装卸传送系统包括滑轨及承载台，所述滑轨位于所述炉管一端外侧，所述承载台位于所述滑轨上，且可在所述滑轨上滑动；所述炉门固定于所述承载台远离所述炉管的一侧，且所述炉门至所述承载台靠近所述炉管一侧的距离小于所述炉管的长度，以确保所述承载台移至所述炉管内时，所述炉门将所述炉管与外部隔离；
步骤2)中，将所述待处理基底置于所述承载台上，所述待处理基底表面形成有所述目标材料，所述承载台沿所述滑轨向所述炉管内移动，以将所述待处理基底载入所述炉管内，直至所述炉门关闭将所述炉管与外部隔离；使用所述加热装置对所述炉管进行加热的同时经由所述进口组件向所述炉管内通入刻蚀气体，所述刻蚀气体对所述待处理基底表面的所述目标材料进行刻蚀；
步骤3)中，所述承载台沿所述滑轨向所述炉管的外部移动，以将刻蚀完毕后的所述待处理基底自所述炉管内传出。
作为本发明的一种优选方案，所述工艺方法的步骤具有以下特征：
步骤1)中，所述炉门组件包括：装卸传送系统及炉门；其中，所述炉门的一边与所述炉体活动链接，所述炉门打开时，所述炉管与外部相连通，所述炉门关闭时，所述炉管与所述外部隔离；所述装卸传送系统位于所述炉门一侧，用于向所述炉管内传送所述待处理基底，并将处理完毕后的所述待处理基底传送出所述炉管，所述装卸传送系统包括球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种；
步骤2)中，使用所述装卸传送系统将所述待处理基底传入所述炉管内，所述待处理基底表面形成有所述目标材料，关闭所述炉门；使用所述加热装置对所述炉管进行加热的同时经由所述进口组件向所述炉管内刻蚀气体，所述刻蚀气体于所述待处理基底表面的所述目标材料进行刻蚀；
步骤3)中，打开炉门，使用所述装卸传送系统于不低于60℃的温度条件下将刻蚀完毕后的所述待处理基底自所述炉管内取出。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2)中，所述目标材料为氮化镓，所述刻蚀气体为氯气或氯化氢气体。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤1)中提供的所述双功能反应炉还包括动力泵，所述动力泵经由排气管路与所述炉管内部相连通；所述步骤2)中，向所述炉管内提供生长源以在所述待处理基底表面形成目标材料或向所述炉管内提供刻蚀源以对所述待处理基底表面的目标材料进行刻蚀的同时，还包括使用所述动力泵对所述炉管内部对抽的步骤。
本发明的基于双功能反应炉的工艺方法具有如下有益效果：本发明的基于双功能反应炉的工艺方法既可以在基底表面生长材料层，又可以对基底表面存在的材料层进行刻蚀，具有生长及刻蚀双重功能；同时，本发明所述工艺可以实现高温下对反应物的装卸，而无需在处理完毕后降至室温，从而显著提高了所述双功能反应炉的利用效率。采用本发明所述工艺方法的双功能反应炉还具有结构简单、操作容易、便于控制、可持续生产及安全性高等优点。
附图说明
图1显示为本发明所提供的基于双功能反应炉的工艺方法的流程示意图。
图2显示为本发明提供的双向反应炉中炉门与装卸传送系统联动的双功能反应炉的炉门开启时的截面结构示意图。
图3显示为本发明提供的双向反应炉中炉门与装卸传送系统联动的双功能反应炉的炉门关闭时的截面结构示意图。
图4显示为本发明提供的双功能反应炉包含两个进口的进口组件具体结构图。
图5显示为本发明提供的双功能反应炉包含四个进口的进口组件具体结构图。
图6显示为本发明提供的双向反应炉中的安全密封与负压排放系统具体结构图。
图7显示为本发明提供的双向反应炉中炉门与装卸传送系统分立的双功能反应炉的截面结构示意图。
图8及图9显示为沿图7中A方向的侧视图，其中，图8中的炉门为翻盖式炉门，图9中的炉门为侧开式炉门。
元件标号说明
101 炉管
102 炉体
103 加热装置
104 进口组件
104a 第一进口
104b 第二进口
104c 第三进口
104d 第四进口
105 出口
106 炉门组件
106a 炉门
106b 装卸传送系统
106c 承载台
106d 滑轨
106e 法兰
106f 密封圈
107 待处理基底
108 加热区域
108a 第一加热区
108b 第二加热区
108c 第三加热区
109 供给源
110 第一管路
111 动力泵
112 第二管路
113 安全密封与负压排放系统
113a 箱体
113b 排风管路
113c 风量调节挡板
114 炉体与进口组件的连接部
115 处理装置
116 第三管路
117 过滤装置
118 冷却系统
118a 冷却管路
118b 冷媒源
119 反应源容器
201 炉体
202 炉门
203 铰链
204 装卸传送系统
S1～S3 步骤1)～3)
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1和图2，图1是本发明所提供的基于双功能反应炉的工艺方法的流程示意图，图2是本发明所提供的一种双功能反应炉的截面示意图。所述工艺方法包括如下步骤：
1)提供一双功能反应炉，所述双功能反应炉用于待处理基底107表面目标材料的生长及刻蚀；所述双功能反应炉包括：炉管101、炉体102、加热装置103、进口组件104、出口105及炉门组件106，其中，所述炉管101用于放置所述待处理基底107；所述炉体102位于所述炉管101外围；所述加热装置103位于所述炉体102内，且位于所述炉管101外围；所述进口组件104与所述炉管101内部相连通；所述出口105与所述炉管101内部相连通；所述炉门组件106用于将所述炉管101与外部连通或隔离，并向所述炉管101内传入或传出所述待处理基底107；
2)将所述待处理基底107经由所述炉门组件106传入所述炉管101内，并向所述炉管101内提供生长源以在所述待处理基底107表面形成目标材料或向所述炉管101内提供刻蚀源以对所述待处理基底107表面的目标材料进行刻蚀；
3)于不低于60℃的温度条件下将处理完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内取出。
在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤，提供一双功能反应炉，所述双功能反应炉用于待处理基底107表面目标材料的生长及刻蚀；所述双功能反应炉包括：炉管101、炉体102、加热装置103、进口组件104、出口105及炉门组件106，其中，所述炉管101用于放置所述待处理基底107；所述炉体102位于所述炉管101外围；所述加热装置103位于所述炉体102内，且位于所述炉管101外围；所述进口组件104与所述炉管101内部相连通；所述出口105与所述炉管101内部相连通；所述炉门组件106用于将所述炉管101与外部连通或隔离，并向所述炉管101内传入或传出所述待处理基底107。
作为示例，所述待处理基底107可以包括晶圆、金属基底、具有催化活性的过渡金属基底等等。所述待处理基底107可以置于以托盘或晶舟等装置中再传入所述炉管101内，也可以直接将所述待处理基底107传入所述炉管101内。
作为示例，现将本发明中的工艺方法所使用的所述双功能反应炉的具体结构详细描述如下：
请参阅图2，所采用的炉管材料包括石英、石墨、碳化硅、陶瓷或耐腐蚀金属等。所述炉管101可以根据实际使用需要定制，其大小可以容纳一次装载所需作业的待处理基底。作为本发明的一种优选方案，所述炉管101的工作温度在800摄氏度至1100摄氏度之间，在所述工作温度下，所述炉管的结构可以保持长期稳定。所述炉体102位于所述炉管101的外围，所述炉体102由保温棉或石墨棉等耐高温的保温材料构成，这可以使所述炉管101内部的工作温度维持在一个稳定的区间范围内。在所述炉管101和所述炉体102之间设置加热装置103，对所述炉管101进行加热，并将所述炉管温度维持在稳定的工作温度范围区间内。所述加热装置103可以采用炉丝、灯管或射频系统中的至少一种加热系统。所述炉管101连接进口组件104，通过所述进口组件104向炉管101内部通入生长气体、生长液体、刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一种。通过向所述炉管101内通入上述生长气体及生长液体中的至少一种，可以在位于所述炉管101内的待处理基底表面生长材料层；通过向所述炉管101内通入上述刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一种，可以对位于所述炉管101内的待处理基底表面的材料层进行刻蚀。所述炉管101还需要连接出口105，通过所述出口105将反应结束后所述炉管101内部的残余反应气体或液体排出。这样可以防止反应完成后的残留腐蚀气体或液体残留在所述炉管101内，以免在装卸载反应物时造成危害。炉管101由炉门组件106将其与外部连通或者隔离，通过炉门106a的开启与关闭来控制炉管101是否与外部连通。同时通过炉门组件106向炉管101内部装载或者卸载待处理基底107。
作为示例，请参阅图2，所述炉管101为卧式管式炉或立式管式炉。如图2中所示是一种卧式设计。当然，本发明也可采用立式设计，该改动不会影响本发明的基本构想。
作为示例，请参阅图2，所述炉管101可以为但不仅限于石英炉管、石墨炉管、碳化硅炉管、陶瓷炉管或耐腐蚀金属材料炉管。
作为示例，请参阅图2，所述炉门组件106包括：装卸传送系统106b，所述装卸传送系统106b包括滑轨106d及用于放置所述待处理基底的承载台106c，所述滑轨106d位于所述炉管101一端外侧；所述承载台106c位于所述滑轨106d上，且可在所述滑轨106d上滑动；炉门106a，所述炉门106a固定于所述承载台106c远离所述炉管101的一侧，且所述炉门106a至所述承载台106c靠近所述炉管101一侧的距离小于所述炉管101的长度，以确保所述承载台106c移至所述炉管101内时所述炉门106a将所述炉管101与外部隔离。当承载台106c完全移至所述炉管101内时，所述炉门106a关闭，如图3所示。
作为示例，滑轨106d优选使用无尘滑轨，以避免装载时产生的粉尘对反应物表面造成污染。
作为示例，请参阅图2，承载台106c设置反应源容器119，所述反应源容器119内可以放置固体或液体反应源，在高温下所述反应源容器119内的固体或液体反应源汽化并参与反应过程。
作为示例，请参阅图2，所述炉门组件106包括：炉门106a，所述炉门106a的一边与所述炉体102活动连接，所述炉门106a打开时，所述炉管101与外部相连通，所述炉门106a关闭时，所述炉管101与外部隔离；用于向所述炉管101内传送所述待处理基底107，并将处理完毕后的所述待处理基底107传送出所述炉管101的装卸传送系统，所述装卸传送系统位于所述炉门一侧。
作为示例，请参阅图2，所述装卸传送系统106b包括直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种。如图2所示，本发明中装卸传送系统106b采用的是所述直角坐标式机械手的设计，由承载台106c和滑轨106d共同组成。
在一示例中，请参阅图4，图4所示是进口组件104的具体结构图。所述进口组件104包括：与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入生长气体或生长液体的第一进口104a；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入刻蚀气体或刻蚀液体的第二进口104b。如图4所示，作为本发明的一种优选方案，进口组件104的一端通过炉体与进口组件的连接部114与所述炉管101内部相连通，另一端通过管路连接气体或液体反应源，即所述第一进口104a及所述第二进口104b的另一端经由如图2及图3中所示的第一管路110与所述供给源109相连接。
在另一示例中，请参阅图5，图5所示是进口组件104的具体结构图。所述进口组件104包括：与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入生长气体的第一进口104a；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入生长液体的第二进口104b；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入刻蚀气体的第三进口104c；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入刻蚀液体的第四进口104d。如图5所示，作为本发明的一种优选方案，进口组件104的一端通过炉体与进口组件的连接部114与所述炉管101内部相连通，另一端通过管路连接气体或液体反应源，即所述第一进口104a、所述第二进口104b、所述第三进口104c及所述第四进口104d的另一端经由如图2及图3中所示的第一管路110与所述供给源109相连接。
需要说明的是，图4及图5中所示的炉体与进口组件的连接部114可以为所述炉体102自身的一部分。
作为示例，请参阅图2，所述炉门组件106还包括：法兰106e，位于所述炉门106a与所述炉体102之间，且套置于所述炉管101靠近所述炉门106a一端的外围；密封圈106f，位于所述法兰106e与所述炉门101之间。通过所述密封圈106f和所述法兰106e形成的密封结构，可以使所述炉管101内部气氛与外部隔离，使内部的反应气体不会泄露到外界。
作为示例，所述密封圈106f可以为但不仅限于O型密封圈，所述密封圈106f的材料可以为但不仅限于掺氟(F)橡胶或全氟橡胶。所述密封圈106f的数量可以根据实际需要设定为单个，两个或多个。
作为示例，请参阅图2，所述加热装置103分多段环绕于所述炉管101外围，以将所述炉管101分为多个加热区域108。例如图1中所示，加热区域108分为了三个区域：第一加热区108a、第二加热区108b和第三加热区108c，所述加热区域108可以由加热装置103分别进行控温，确保待处理基底107所处区域的温度稳定维持在工作温度。
作为示例，所述加热装置103可以为加热炉丝、灯管或射频加热装置等等，需要说明的是，所述加热装置103为灯管或射频加热装置时，所述加热装置103需裸露于所述炉管101内，而并非密封于所述炉体102内。
作为示例，请参阅图2，所述炉管101内包括一恒温区，所述恒温区的长度小于或等于所述炉管101的总长度，优选地，所述恒温区的长度占所述炉管101总长度的1/3～1，更优选地，所述恒温区的长度占所述炉管101总长度的1/3～1/2。例如图1中所示，在加热区域108中的第二加热区108b通过加热装置103将该区域温度恒定控制在工作温度，形成所述恒温区，此时所述恒温区长度为所述炉管101长度的1/3。当然，本例中也可调节第一加热区108a和第三加热区108c，将所述恒温区范围增加至整个炉管101的长度。
作为示例，请参阅图2，所述双功能反应炉还包括用于提供生长气体、生长液体、刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一者的供给源109；第一管路110，一端与所述供给源109相连接，另一端与所述进口组件104相连接；动力泵111；第二管路112，一端与所述动力泵111相连接，另一端与所述出口105相连接。由生长气体、生长液体、刻蚀气体或刻蚀液体作为所述供给源109，通过第一管路110连接进口组件104后，将反应源通入炉管101中。而反应完成后，剩余的反应气体由出口105排出。由于第二管路112连接了动力泵111，可以确保炉管101中剩余的反应气体被抽取干净。
作为示例，请参阅图2，所述双功能反应炉还包括用于防止气体泄露的安全密封与负压排放系统113，所述安全密封与负压排放系统113分别套置于所述进口组件104与所述第一管路110连接处的外围及所述出口105与所述第二管路112连接处的外围。
作为示例，请参阅图6，所述安全密封与负压排放系统113包括：箱体113a，分别套置于所述进口组件104与所述第一管路110连接处的外围及所述出口105与所述第二管路112连接处的外围；排风管路113b，与所述箱体113a内部相连通；位于所述排风管路113b接口处的风量调节挡板113c。通过所述排风管路113b，所述箱体113a内可以保持负压，以此确保万一有反应气体从所述炉管101中泄露，可以通过所述排风管路113b及时抽走，不会泄露到外界环境中去。通过所述风量调节挡板113c的开合，可以调节所述箱体113a内的排风速率，保证所述箱体113a维持负压环境。需要说明的是，图6中所示是所述箱体113a套置于所述进口组件104与所述第一管路110连接处外围的情况，所述箱体113a套置于所述出口105与所述第二管路112时的情况与图6所示布局设计相同。
作为示例，所述双功能反应炉还包括：用于处理废气或废液的处理装置115；第三管路116，一端与所述动力泵111相连接，另一端与所述处理装置115相连接。
作为示例，所述双功能反应炉还包括用于对所述炉管101内排出的气体或液体进行过滤的过滤装置117，所述过滤装置117位于所述第二管路112上。由于排出的剩余反应气体或液体有可能是具有腐蚀性或有毒的气体和液体，因此通过过滤装置117可以将其中的有害成分进行过滤，确保最终排放的气体或液体无害化。
作为示例，所述双功能反应炉还包括冷却系统118，所述冷却系统118包括：冷却管路118a，位于所述加热装置113的外围，且与所述加热装置113具有间距。冷却管路118a可以是位于炉体内的管路，也可以是环绕于炉体外的管路，例如图1中所示结构，冷却管路118a是位于炉体内的管路。冷媒源118b，与所述冷却管路118a相连通。该冷媒源118b可以是冷却气体源也可以是冷却液体源。通过使用所述冷却系统118，可以使炉管101的降温过程更迅速，也可以有效降低环境温度，维持厂房车间的恒温生产环境。
作为示例，所述第一管路110、所述第二管路112及所述第三管路116及其他管路均可以为但不仅限于不锈钢管路，所述管路内部镀有镀层，所述镀层可以为PTFE(聚四氟乙烯)镀层、陶瓷镀层或搪瓷镀层等等。
需要说明的是，上述双功能反应炉所采用的设计是一种将所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动的设计，炉门106a关闭的同时，承载台106c也将同时送入炉管101的内部。
作为本发明的双功能反应炉的另一种示例，请参阅图7至图9，本发明还提供一种炉门与装卸传送系统分立的双功能反应炉。这种双功能反应炉和上述双功能反应炉的结构大致相同，二者的区别仅在于所述炉门组件106及炉体的类型：上述双功能反应炉为卧式反应炉，所述炉门组件106包括炉门106a及装卸传送系统106b，所述装卸传送系统106b包括滑轨106d及用于放置所述待处理基底的承载台106c，所述滑轨106d位于所述炉管101一端外侧，所述承载台106c位于所述滑轨106d上，且可在所述滑轨106d上滑动，所述炉门106a为推拉式炉门，所述炉门106a固定于所述承载台106c远离所述炉管101的一侧，且所述炉门106a至所述承载台106c靠近所述炉管101一侧的距离小于所述炉管101的长度，以确保所述承载台106c移至所述炉管101内时所述炉门106a将所述炉管101与外部隔离，即其所采用的设计是一种将所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动的设计；而本实施例中，所述双功能反应炉为立式反应炉，所述炉门组件106包括炉门106a及装卸传送系统106b，所述炉门106的一边与所述炉体102活动连接；所述装卸传送系统位于所述炉门一侧，所述装卸传送系统204可采用直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种，即炉门与装卸传送系统是各自分开独立的分立设计。
在一示例中，如图8所示，所述炉门106a是一种翻盖式炉门，在炉体201一侧设置炉门202，通过其上部铰链203向上打开所述炉门202后，由装卸传送系统204对待处理基底进行装载或卸载。装卸传送系统204可采用直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种。
在另一示例中，如图9所示，所述炉门106a是一种侧开式炉门，在炉体201一侧设置炉门202，通过其侧边铰链203打开所述炉门202后，由装卸传送系统204对待处理基底进行装载或卸载。装卸传送系统204可采用直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种。
在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤，将所述待处理基底107经由所述炉门组件106传入所述炉管101内，并向所述炉管101内提供生长源以在所述待处理基底107表面形成目标材料或向所述炉管101内提供刻蚀源以对所述待处理基底107表面的目标材料进行刻蚀。
步骤2)中可以用于氮化镓材料层的生长或刻蚀、二硫化钼的生长、金属氧化物的生长、石墨烯的生长及金属氧化物的刻蚀等等。
作为示例，可以采用步骤1)中所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉或者所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉。通过所述炉门组件将所述待处理基底107传入所述炉管101内，通过在反应源容器119内的固体或液体反应源，或者通过所述进口组件104所同气体反应源，在高温下和所述待处理基底107发生反应。反应过程根据提供的反应源与所述待处理基底107的不同，可以是生长反应，也可以是刻蚀反应。
作为步骤2)的示例，采用步骤1)中所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉且反应源为固体或液体生长源时：将所述待处理基底107及装有固体或液体生长源的反应源容器119置于所述承载台106c上，所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107及装有固体或液体生长源的所述反应源容器119载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入反应气体，所述反应气体与所述固体或液体的生长源反应以于所述待处理基底107表面形成目标材料。在反应完成后，将所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内传出。
作为步骤2)的示例，采用步骤1)中所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉且反应源为固体或液体生长源时：使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107及装有固体或液体生长源的所述反应源容器119传入所述炉管101内，并关闭所述炉门106a；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入反应气体，所述反应气体与所述固体或液体的生长源反应以于所述待处理基底107表面形成目标材料；打开炉门，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内取出。
作为步骤2)的示例，采用步骤1)中所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉且反应源为气体生长源时：将所述待处理基底107置于所述承载台106c上，所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入气体反应源，所述气体反应源于所述待处理基底107表面形成目标材料；所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内传出。
作为步骤2)的示例，采用步骤1)中所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉且反应源为气体生长源时：使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107传入所述炉管101内，并关闭所述炉门202；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入气体反应源，所述反应气体于所述待处理基底107表面形成目标材料；打开炉门202，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管内取出。
作为步骤2)的示例，采用步骤1)中所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉且反应源为气体刻蚀源时：将所述待处理基底107置于所述承载台106c上，所述待处理基底107表面形成有所述目标材料，所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入刻蚀气体，所述刻蚀气体对所述待处理基底107表面的所述目标材料进行刻蚀；所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将刻蚀完毕后的所述待处理基底自所述炉管101内传出。
作为步骤2)的示例，采用步骤1)中所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉且反应源为气体刻蚀源时：使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107传入所述炉管101内，所述待处理基底107表面形成有所述目标材料，关闭所述炉门202；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入刻蚀气体，所述刻蚀气体于所述待处理基底107表面的所述目标材料进行刻蚀；打开所述炉门202，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将刻蚀完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内取出。
在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤，作为示例，所述双功能反应炉可在不低于60℃的温度条件下对待处理基底107进行装卸，例如装卸温度控制在60℃～700℃。由于无需将所述炉管101内温度降至室温，减少了降温的等待时间，提高了所述双功能反应炉的利用率。
以上对本发明中的基于双功能反应炉的工艺方法及所述双功能反应炉的结构实例进行了阐述。所述工艺方法可以通过气体、液体或固体反应源与待处理基底107发生生长或刻蚀反应，以下将详细说明该工艺方法具体的实施例。
实施例一
所述工艺方法可用于在所述待处理基底107表面生长氮化镓材料层。
在一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉，所述生长源为单质镓且所述反应气体为氯化氢气体。将单质镓装入所述反应源容器119中，并和所述待处理基底107一同放置在所述承载台106c上。所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107及装有单质镓的所述反应源容器119载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入氯化氢气体，单质镓在高温下气化，与氯化氢气体反应，于所述待处理基底107表面形成氮化镓材料层。在反应完成后，将所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内传出。
在另一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉，所述生长源为单质镓且所述反应气体为氯化氢气体。使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107及装有单质镓的所述反应源容器119传入所述炉管101内，并关闭所述炉门106a；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入氯化氢气体，单质镓在高温下气化，与氯化氢气体反应，于所述待处理基底107表面形成氮化镓材料层；打开炉门，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内取出。
在又一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉，所述生长源为固体氯化镓且所述反应气体为氨气。将固体氯化镓装入所述反应源容器119中，并和所述待处理基底107一同放置在所述承载台106c上。所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107及装有固体氯化镓的所述反应源容器119载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入氨气，固体氯化镓在高温下气化，与氨气反应，于所述待处理基底107表面形成氮化镓材料层。在反应完成后，将所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内传出。
在又一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉，所述生长源为固体氯化镓且所述反应气体为氨气。使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107及装有固体氯化镓的所述反应源容器119传入所述炉管101内，并关闭所述炉门106a；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入氨气，固体氯化镓在高温下气化，与氨气反应，于所述待处理基底107表面形成氮化镓材料层；打开炉门，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内取出。
实施例二
所述工艺方法可用于在所述待处理基底107表面生长二硫化钼材料层。
在一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉，所述生长源为固体硫钼前驱体且所述反应气体为还原性气体。将固体硫钼前驱体装入所述反应源容器119中，并和所述待处理基底107一同放置在所述承载台106c上。所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107及装有固体硫钼前驱体的所述反应源容器119载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入还原性气体，固体硫钼前驱体在高温下气化，与还原性气体反应，于所述待处理基底107表面形成二硫化钼材料层。在反应完成后，将所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内传出。
在另一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉，所述生长源为固体硫钼前驱体且所述反应气体为还原性气体。使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107及装有固体硫钼前驱体的所述反应源容器119传入所述炉管101内，并关闭所述炉门106a；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入还原性气体，固体硫钼前驱体在高温下气化，与还原性气体反应，于所述待处理基底107表面形成氮化镓材料层；打开炉门，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内取出。
实施例三
所述工艺方法可用于在金属基底表面生长金属氧化物层。
在一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉，所述生长源为含氧气体，所述待处理基底107为金属基底。将所述金属基底置于所述承载台106c上，所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述金属基底载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入含氧气体，所述含氧气体于所述金属基底表面形成金属氧化层；所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将生长完毕后的所述金属基底自所述炉管101内传出。
在另一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉，所述生长源为含氧气体，所述待处理基底107为金属基底。使用所述装卸传送系统204将所述金属基底传入所述炉管101内，并关闭所述炉门202；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入含氧气体，所述含氧气体于所述金属基底表面形成金属氧化层；打开炉门202，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述金属基底自所述炉管内取出。
实施例四
所述工艺方法可用于在待处理基底107表面生长石墨烯材料层。
在一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉，所述生长源为碳氢化合物气体，所述待处理基底107为具有催化活性的过渡金属基底。将所述待处理基底107置于所述承载台106c上，所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入碳氢化合物气体，所述碳氢化合物气体于所述待处理基底107表面形成石墨烯材料层；所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内传出。
在另一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉，所述生长源为碳氢化合物气体，所述待处理基底107为具有催化活性的过渡金属基底。使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107传入所述炉管101内，并关闭所述炉门202；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入碳氢化合物气体，所述碳氢化合物气体于所述待处理基底107表面形成石墨烯材料层；打开炉门202，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管内取出。
在又一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉，所述生长源包括至少两种碳氢化合物气体，所述待处理基底107为金属基底。将所述待处理基底107置于所述承载台106c上，所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入碳氢化合物气体，所述碳氢化合物气体于所述待处理基底107表面形成石墨烯材料层；所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内传出。
在又一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉，所述生长源包括至少两种碳氢化合物气体，所述待处理基底107为金属基底。使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107传入所述炉管101内，并关闭所述炉门202；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入碳氢化合物气体，所述碳氢化合物气体于所述待处理基底107表面形成石墨烯材料层；打开炉门202，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将生长完毕后的所述待处理基底107自所述炉管内取出。
实施例五
所述工艺方法可用于刻蚀待处理基底107表面的氮化镓材料层。
在一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b联动设计的双功能反应炉，所述刻蚀源为氯气或氯化氢气体，所述待处理基底107为表面长有氮化镓材料层的蓝宝石基底。将所述待处理基底107置于所述承载台106c上，所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，以将所述待处理基底107载入所述炉管101内，直至所述炉门106a关闭将所述炉管101与外部隔离；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入氯气或氯化氢气体，所述氯气或氯化氢气体和所述待处理基底107表面的氮化镓材料层发生刻蚀反应，并将所述待处理基底107表面的氮化镓材料层去除；所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101的外部移动，以将刻蚀完毕后的所述待处理基底107自所述炉管101内传出。
在又一示例中，使用所述炉门106a与所述装卸传送系统106b分立设计的双功能反应炉，所述刻蚀源为氯气或氯化氢气体，所述待处理基底107为表面长有氮化镓材料层的蓝宝石基底。使用所述装卸传送系统204将所述待处理基底107传入所述炉管101内，并关闭所述炉门202；使用所述加热装置103对所述炉管101进行加热的同时经由所述进口组件104向所述炉管101内通入氯气或氯化氢气体，所述氯气或氯化氢气体和所述待处理基底107表面的氮化镓材料层发生刻蚀反应，并将所述待处理基底107表面的氮化镓材料层去除；打开炉门202，使用所述装卸传送系统204于不低于60℃的温度条件下将刻蚀完毕后的所述待处理基底107自所述炉管内取出。
需要说明的是，以上仅举出优选实施例，并非限定本发明的使用范围。除上述材料的生长或刻蚀外，本发明还可用于其他以固液反应源与反应气体进行生长或刻蚀的反应。例如，使用有机铝源(如三甲基铝等)和氨气，反应生成AlN(氮化铝)；使用所述有机铝源和含氧气体，生成氧化铝(Al2O3)；以及使用所述有机锌源和含氧气体，反应生成氧化锌(ZnO)等。
综上所述，本发明提供了一种基于双功能反应炉的工艺方法，用于基底材料层的生长及刻蚀，通过放入反应源或经管路通入反应气体，使基底表面的发生生长或刻蚀反应。通过本发明的工艺方法可以实现基底表面材料层的生长或刻蚀反应，且所使用的反应炉体结构简单，操作容易，便于控制，能连续生产，安全性高。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。