专利名称：用于制造碳纳米管的反应室、装置以及系统的制作方法
技术领域：
本发明的示例性实施例涉及一种用于制造碳纳米管的反应室、 装置、以及系统。具体地"i兌，本发明的示例性实施例涉及一种用于 在高温下制造高纯度碳纳米管的反应室、具有所述制造碳纳米管的 反应室的装置、以及包括制造碳纳米管的反应室的系统。
背景技术：
碳纳米管作为碳的同素异形体可具有晶体结构，在该结构中， 碳原子组合成六边形蜂窝结构。碳纳米管通常具有大约几纳米的直 径。由于碳纳米管具有极好的机械特性、场致发射特性、电选择性、 以及高效氢储存特性，石灰纳米管^皮广泛应用在各个领域中，例如4元 空和航天工程、环境和动力工业、材料和制药工程、电气和电子设 备、生物工艺学、安全控制技术等。
传统的碳纳米管通过放电过程、等离子体化学汽相淀积(CVD ) 过程、热CVD过程、热分解过程等而获得。具体地，通常采用热 CVD过程和热分解过程来制造传统的石友纳米管。
图1是示出用于制造碳纳米管的传统装置的示意性横截面一见图。
为了通过热CVD过程或热分解过程来制造碳纳米管，用于制 造碳纳米管的传统装置包括圓柱形的反应管1以及用于加热反应管 1的加热件3，如图1所示。加热件3包括围绕圆柱形的反应管1 的加热线圏。反应管1可以^皮加热件3加热到高于1,000。C的温度。
用于制造碳纳米管的传统装置在图1中示出，气体穿过反应炉 的一个侧部^皮:提供到反应管1中，并且该气体穿过反应管1的另一 个侧部从反应炉1中排出。在基板装到反应管1中之后，在将气体 提供到基板上的同时，通过将反应管l加热到较高的温度，碳纳米 管形成在基板上。
但是，在用于制造碳纳米管的传统装置中，当加热件3完全围 绕反应管l时，传统装置的其它元件可能受到热损坏，因此加热件 3部分地围绕反应管1。因此，反应管1用于形成碳纳米管的空间 相对减小，并且传统装置的效率会降低。即，基板仅位于反应管1 的被加热件3围绕的空间中，使得传统装置的效率降低。更具体地， 只有反应管1的整个内部的40%至60。/。可用作形成石友纳米管的空 间。此外，由于气体穿过反应管1中相对较宽的部分，直到气体到 达位于反应管1的用于形成石岌纳米管的空间的基^L,因此气体不能 -陂均匀地4是供到反应管1中，从而使碳纳米管的纯度降4氐。由于传 统装置的效率减小，并且气体不能被均匀地提供到基板上，因此使 用传统装置制造的碳纳米管具有较低的纯度，并且传统装置不适于 应用在高产量制造中。此外，加热件3直4妄加热传统装置的反应管 1，从而相当大地降低了反应管1的寿命。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种用于制造碳纳米管的反应室， 以确保石友纳米管具有较高的纯度以及确保该反应室具有较高的空 间-丈率和生产-丈率。
本发明的示例性实施例提供一种用于制造^友纳米管的装置，以 确保碳纳米管具有较高的纯度以及确保该装置具有專交高的空间效 率和生产效率。
本发明的示例性实施例提供一种用于制造碳纳米管的系统，以 确保碳纳米管具有较高的纯度以及确保该系统的具有專交高的空间 凌文率和生产-文率。
根据本发明的 一个方面，提供一种用于制造碳纳米管的反应 室，该反应室包凌舌反应炉、进气口、出气口、以及传热ff。反应炉 可具有用于容纳基板的箱形结构。反应炉可4是供用于在基板上形成 碳纳米管的空间。进气口可具有形成在反应室的第 一部分的通孔结 构。进气口可提供形成碳纳米管的源气流入到反应室内的通道。出 气口可具有形成在反应室的第二部分的通孔结构。出气口可4是供源 气从反应室流出的通道。传热件沿着与基板基本平行的方向具有至 少 一个形成在反应室的第三部分的矩形通孔结构。传热件可提供传 递热量的通道，以力P热反应室。
在本发明的示例性实施例中，反应炉可包含石英、石墨、或者 石英和石墨的混合物。
在本发明的示例性实施例中，反应炉可具有矩形箱形结构，其 中该矩形箱形结构具有基本上垂直于基板的短轴，以及基本上平行 于基板并且基本上长于短轴的长轴。
在本发明的示例性实施例中，进气口和出气口可4皮此相对。 在本发明的示例性实施例中，传热件可包括形成在反应炉的多 个部分上的多个通孔结构，其中多个通孔结构面对装到反应炉中的 基^反的正面和背面。
在本发明的示例性实施例中，反应室可包括具有形成在反应炉 的第四部分的通孔结构上的压力控制通道。压力控制通道可纟是供用
于调节反应炉的压力的通道。
在本发明的示例性实施例中，反应炉还包括具有i殳置在反应室 的侧部的门结构、百叶窗结构或滑动结构的打开和关闭件。基板可 通过打开和关闭件装入反应炉中，或乂人反应炉卸下。
根据本发明的另 一方面，提供一种用于制造碳纳米管的装置， 该装置包括反应室、供气件、以及加热件。反应室包括反应炉、进 气口、出气口、以及传热件。反应炉可具有用于容纳基板的箱形结 构。反应炉可提供用于在基板上形成碳纳米管的空间。进气口可具 有形成在反应炉的第 一部分的通孔结构。进气口可冲是供形成>^友纳米 管的源气流入到反应炉内的通道。出气口可具有形成在反应炉的第 二部分的通孔结构。出气口可4是供源气乂人反应炉流出的通道。传热 件沿着与基板基本平行的方向具有至少一个形成在反应炉的第三
部分的矩形通3L结构。传热〗牛可^是供用于加热反应炉而传递热量的 通道。供气件可连接至进气口，以便通过进气口将源气提供到反应 炉中。排气件可连接至出气口，以便通过出气口将源气从反应炉排 出。加热件可面对传热件，以通过传热件将热量4是供到反应炉中， 乂人而力口热反应炉。
在本发明的示例性实施例中，反应炉可包含石英、石墨、或者 石英和石墨的混合物。反应炉可具有矩形箱形结构，其中该矩形箱 形结构具有基本上垂直于基板的短轴，以及基本上平行于基板并且 基本上长于短轴的长轴。
在本发明的示例性实施例中，进气口和出气口可4皮此相对。传 热件可包括形成在反应炉的多个部分上的多个通孔结构，其中多个 通孔结构面对装到反应炉中的基才反的正面和背面。
在本发明的示例性实施例中，该装置还包括压力控制通道以及 压力控制件。压力控制通道可具有形成在反应炉的第四部分的通孔 结构。压力控制通道可提供用于调节反应炉的压力的通道。压力控 制件可连4妄至压力控制通道，以-使通过压力控制通道调节反应室内 的压力。
在本发明的示例性实施例中，反应炉可包4舌具有i殳置在反应室 的侧部的门结构、百叶窗结构或滑动结构的打开和关闭件。这里， 基板可通过打开和关闭件装入反应炉中，或从反应炉卸下。
在本发明的示例性实施例中，加热件可包括灯、反射板、以及 加热板。反射板可将灯产生的热量反射向传热件。加热板可覆盖传 热件，以将灯产生的热量充分地朝向传热件传递。
在本发明的示例性实施例中，灯可包括鹵素灯或红外线灯。
在本发明的示例性实施例中，加热板可包含石英、石墨、或者 石英和石墨的混合物。这里，该装置可还包括密封件，该密封件用 于密封充分覆盖传热件的加热板的边缘部分。
在本发明的示例性实施例中，该装置可包括至少两个堆叠的反 应室。
在本发明的示例性实施例中，舟皿(boat)可安装在反应室的 反应炉中。这里，基板可装在舟皿上。在本发明的示例性实施例中，彼此相对的热转换件可设置在反 应室的反应炉的内侧部。每个热转换件可将传递到反应室中的热量 朝向反应室的中央聚集。
在本发明的示例性实施例中，供气件可包4舌喷洒头，该喷洒头 具有多个朝向进气口的喷孔。
根据本发明的又一方面，提供一种用于制造碳纳米管的系统， 该系统包括用于制造碳纳米管的装置以及连接于该装置的传送装 置。该装置包括反应室、供气件、排气件、以及加热件。反应室包 括反应炉、进气口、出气口、以及传热件。反应炉可具有用于容纳 基板的箱形结构，并可提供用于在基板上形成碳纳米管的空间。进 气口可具有形成在反应炉的第 一部分的通孔结构，并可^是供形成石友 纳米管的源气流入到反应炉内的通道。出气口可具有形成在反应炉 的第二部分的通孔结构，并可提供源气从反应炉流出的通道。传热 件沿着与基板基本平行的方向具有形成在反应炉的第三部分的至 少一个矩形通孔结构，并可4是供用于加热反应炉而传递热量的通 道。供气件可连接至进气口，以便通过进气口将源气提供到反应炉 中。排气件可连接至出气口，以便通过出气口将源气从反应炉排出。 加热件可面对传热件，以通过传热件将热量l是供到反应炉中，从而 加热反应炉。基板可通过传送装置装入反应炉中，或乂人反应炉卸下。
在本发明的示例性实施例中，闸门阀可安装在用于制造^友纳米 管的装置与传送装置之间。传送装置和用于制造碳纳米管的装置可 通过闸门阀4皮jt匕连4妾。
在本发明的示例性实施例中，该系统可包括压力控制通道和一 力控制件。压力控制通道可具有形成在反应炉的第四部分的通孔结 构，并可才是供用于调节反应炉内的压力的通道。压力控制件可连才妄 至压力4空制通道，以〗更通过压力4空制通道调节反应室内的压力。
在本发明的示例性实施例中，反应炉可包括具有朝向传送装置 设置在反应室的侧部的门结构、百叶窗结构或滑动结构的打开和关 闭件。基板可通过打开和关闭件装入反应炉中，或从反应炉卸下。
在本发明的示例性实施例中，加热件可包括热源、反射板、以 及加热板。热源可包括卣素灯或红外线灯。反射^反可将热源产生的 热量反射向传热件。加热板可覆盖传热件，以将热源产生的热量充 分i也朝向传热〗牛传递。
在本发明的示例性实施例中，该系统可还包括舟皿，该舟皿安 装在反应室的反应炉中。这里，基才反可装在舟亚上。
在本发明的示例性实施例中，z波此相对的热转换件可设置在反 应室的反应炉的内侧部。每个热转换件可将传递到反应室中的热量 朝向反应室的中央聚集。
根据本发明的实施例，反应室可包括用于制造碳纳米管的箱形 结构反应炉。因此用于制造碳纳米管的装置和系统可包括具有反应 炉的反应室以及其它适合的元件，例如加热件、供气件、排气件等。 因此，提高了反应室、装置、以及系统中每一个的效率，并且还提 高了使用反应室、装置、以及系统而获得的碳纳米管的纯度。
本发明的上述和其它特征和优点将通过参照以下结合附图的 详细描述而变得显而易见，附图中
图1是示出用于制造碳纳米管的传统装置的示意性横截面视
应室的局部剖切透^L图3是示出图2的反应室的横截面视图4是示出根凄 应室的横截面视图5是示出才 置的横截面视.碳纳米管的装
图6是示出才艮据本发明示例性实S 置的供气件的部分截取的横截面视图;
图7是示出图5的"IV"部的放大的横截面视.碳纳米管的装
置的才黄截面一见图；以及
图9是示出根据本发明示例性实施例的用于制造碳纳米管的系 统的4黄截面—见图。
具体实施例方式
下面将参照附图更加全面的描述本发明，其中，附图中示出了
本发明的实施例。然而，本发明可以以多种不同的方式来实王见，而 不局限于在此描述的实施例。相反地，对本领域的4支术人员来i兌， 提供这些实施例，使得本发明充分公开并且完全覆盖本发明的范 围。在附图中，为了清楚起见，可以;改大层和区的大小和相对大小。
应当理解，当提到元件或层"位于"另一元件或层上、"连接至" 或"耦合至"另一元件或层时，其可直接位于其它元件或层上、直接 连4矣或耦合至其它元件或层，或者也可以存在插入元件或层。相反， 当提到元件"直接位于"其它元件或层上、"直接连接至"或"直接耦合 至，，其它元件或层时，不存在插入元件或层。相同的标号始终表示相同的元件。如文中所使用的，术语"和/或，，包括一个或多个相关的 所列术语的任意和所有结合。
应当理解，尽管在此可能使用术语第一、第二、第三等来描述 不同的元件、部件、区域、层、和/或部，^旦是这些元件、部件、区 域、层、和/或部并不局限于这些术语。这些术语^f又用于将一个元件、 部件、区域、层、或部与另一个区域、层、或部相区分。因此，在 不背离本发明宗旨的情况下，下文所述的第一元件、部件、区域、 层、或部可以称为第二元件、部件、区域、层、或部。
为了便于说明，在此可能使用诸如"在...之下"、"在...下面"、"下 面的"、"在…上面"、以及"上面的"等空间关系术语，以描述如图中 所示的一个元件或零件与另一元件或零件的关系。应当理解，除图 中所示的方位之外，空间关系术语将包括所使用或操作的装置的不 同方位。例如，如果翻转图中的装置，则^皮描述为在其他元件或零 件"下面"或"之下"的元件将被定位为在其他元件或零件的"上面"。 因此，示例性术语"在...下面"可以包括在上面和在下面的方位。装
置可以以其它方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在此所描 述的空间关系可相应地进4亍解释。
在此使用的术语^f又用于描述特定实施例而不是限制本发明。正 如在此使用的，单数形式的"一个"、"这个"也包括复数形式，除非 文中另有其它明确指示。应当进一步理解，当在本申请文件中使用 术语"包括"和/或"包含"时，是指存在所声称的特征、整数、步骤、 才喿作、元件、和/或部件，^f旦是并不排除还存在或附加一个或多个其 它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合。
在此，参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图 的冲黄截面示意图来描述本发明的实施例。同样，可以预^牛诸如制造 技术和/或公差导致的示意图的形状的变化。因此，本发明的实施例 不应该:被理解为局限于在此示出的特定形状，而是包4舌形状的偏 差。例如，帔描述为矩形的注入区在其边纟彖通常具有圓形或曲线形 特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区向未注入区出现二元变 化。同样，通过注入形成的掩埋区可能在掩埋区与发生注入的表面 之间的区域中产生一定量的注入。因此，附图中所述的区域实质上 是示意性的，并且它们的形状并非为了描述装置区域的实际形状， 更不是为了限定本发明的范围。
除非特别限定，在此所使用的所有术语(包括技术术语和科技 术语)具有与本发明所属领域的普通^支术人员通常所理解的意思相
同的解释。还应进一步理解，i者:^在通用字典中所定义的术i吾应该
被解释为与其在相关技术上下文中的意思相一致，并且除非在此进 4亍特别限定，不应理想化的或过于正式的对其进4于解释。
反应室
图2是示出根据本发明示例性实施例的用于制造碳纳米管的反
应室的局部剖切的透视图。图3是示出图2的反应室的横截面视图。
参照图2和图3,反应室100包括反应炉10、进气口 14、出气 口 16、传热件12、以及压力控制通道18。
反应炉10可提供用于在装设在反应炉10中的基板上形成碳纳 米管的空间。例如，反应炉IO可具有箱形结构。
在本发明的示例性实施例中，因为基一反可沿着与反应炉10的 纵向基本平行的第一方向装入到反应炉10中，所以需要考虑到基 板的安装来设计反应炉10的空间。例如，反应炉IO可具有矩形的 箱形结构，该矩形的箱形结构沿着第一方向的第一长度(长轴)长 于沿着第二方向(基本上垂直于第一方向)的第二长度(短轴)。
在本发明的另 一 示例性实施例中，当可以沿着第 一 方向将基板
装入到反应炉10中时，可以考虑平行装入多个基板来确定反应炉 10的空间。
在本发明的又一示例性实施例中，多个基板可装入或堆叠在反
应炉10中，使得需要考虑到将怎样构造堆叠的基板来设计反应炉 10的空间。
在本发明的示例性实施例中，可使用如下所述的舟皿将一个或
多个基板装入到反应炉10中，或者从反应炉10中卸下。
在本发明的示例性实施例中，因为用于形成碳纳米管的过程是 以相对丰支高的温度来执4于，所以4吏用适当的耐热材冲+来形成反应炉
10，以在高温下确4呆足够的扭4成稳、定性。例如，」暖纳米管可在大约 500°C至大约1，100°C的温度下形成在反应炉10中。例如，用于反 应炉10的耐热材冲+可包含石英或石墨。石英和石墨可单独4吏用或
者^f吏用石英和石墨的混合物。
进气口 14可提供用于形成碳纳米管的源气从源气储存器(未 示出)流入到反应炉10中的通道。进气口 14可具有形成在反应炉 10的第一部分的通孔结构。出气口 16可^是供残留的气体,人反应炉 10流到反应炉10的外部的通道。出气口 16也可以具有一个结构， 该结构包括形成在反应炉10的第二部分的通3L结构。
在本发明的示例性实施例中，进气口 14和出气口 16可彼此对 应。例如，源气可通过进气口 14供应，残留的源气可通过出气口 16排出。进气口 14和出气口 16可彼此相对。
在本发明的一些示例性实施例中，压力控制通道18可提供用 于调节反应炉10的压力的通道。例如，当在反应炉10中形成石灰纳 米管时，压力控制通道18可提供用于减小反应炉10的压力的通道。
压力4空制通道18可具有包4舌形成在反应炉10的预定部分的通:JL结 构的结构。压力控制通道18不可以与进气口 14、出气口 16、以及 传热件12靠得4艮近。例如，压力控制通道18的通孔结构可形成在 反应炉10的第三部分(例如反应炉10的上边缘部，如图2所示)。
在本发明的另一示例性实施例中，反应炉10可不包括压力控 制通道18。这里，反应炉10的压力可通过进气口 14和/或出气口 16来调节。即，压力控制件(未示出)可连接至进气口 14和/或出 气口 16，,人而4空制反应炉10的压力。
传热件12可提供用于将热量传递到反应炉10中的通道，以加 热反应炉10的内部。传热件12可具有至少一个形成在反应炉10 的第四部分的矩形通孑L结构。传热件12不可以邻近进气口 14和出 气口 16。在示例性实施例中，传热件12的矩形通孔结构可基本上 平4亍于装入到反应炉10中的基纟反形成。这里，传热件12的矩形通 孔结构可沿着与反应炉10的纵向基本平4于的第一方向排列。可替 换地，传热件12的矩形通孔结构可沿着与反应炉10的纵向基本垂 直的第二方向形成，如图2所示。
在本发明的示例性实施例中，可才是供多个传热件12，以有效地 确保用于将加热反应炉10的内部加热达到大约500°C至大约 1,100。C的温度。当多个传热件12形成在反应炉IO的预定部分时， 一些传热件12可与装在反应炉中的基板的正面相对应，其它传热 件12可与基板的背面相对应。考虑到反应炉10的尺寸，可沿着与 反应炉10的纵向基本平行的第一方向从反应炉10的一个端部到反 应炉10的另一个端部形成传热4牛12。
在图2和图3示出的反应室100中，进气口 14和出气口 16可 以沿着与反应炉io的纵向基本垂直的第二方向彼此相对。这里， 进气口 14和出气口 16可分别形成在反应炉IO的第一和第二侧部。传热件12可;f皮此相对。传热件12可i殳置在反应炉10的上部和下 部。压力控制通道18可形成在反应炉IO的上边缘部。压力控制通 道18不可以与传热件12重叠。
在本发明的示例性实施例中，进气口 14、出气口 16、传热件 12、以及压力控制通道18的位置可才艮据反应室100的效率和用于 形成,灰纳米管的工艺条件而变化。例如，如图4所示，进气口 14 和出气口 16可分别形成在房应炉10的上部和下部。此外，压力控 制通道18可形成在基本上垂直于反应炉IO的长度方向的反应炉10 的侧部上。因此，考虑到源气的流入和流出、热量的传递、反应炉 IO的压力、反应室100的效率等，进气口 14、出气口 16、传热件 12、以及压力控制通道18可具有各种位置。
反应室100的反应炉IO可包括形成在反应炉IO的后部的打开 和关闭件。打开和关闭件可具有门结构，以将基才反装入反应炉10 中，或者乂人该反应炉卸下。例如，打开和关闭4牛可形成在反应炉10 的安置有出气口 16的侧部。
在本发明的示例性实施例中，打开和关闭件可具有百叶窗结构 或滑动结构，以便能够容易地将基板装入反应炉10中，或者从该 反应炉卸下。位于反应炉10的侧部的打开和关闭件可^皮充分地密 封。因此，可以提供密封件，以对设置在反应炉10的侧部的打开 和关闭件进行密封。
才艮据本发明的示例性实施例，反应室100可具有箱形结构，并 且可包括适合的部件(例如传热件12和压力控制通道18 ),从而可 使反应室100具有改进的空间效率，并且使用该反应室100制造的 碳纳米管可具有较高的纯度。
制造碳纳米管的装置
下面将参照附图详细描述用于制造碳纳米管的、包括反应室的 装置。
置。在图5中，用于制造碳纳米管的装置400包括反应室100，该 反应室具有与参照图1描迷的反应室基本相似或基本相同的结构。
参照图5，用于制造碳纳米管的装置400包括反应室100、供 气4牛41、力o热4牛47、以及压力4空制4牛45。
在本发明的示例性实施例中，如上所述，反应室100可包括反 应炉10、进气口 14、出气口 16、传热件12、以及压力控制通道18。 反应室100也可具有与参照图3和图4描述的反应室基本相似或基 本相同的结构。
供气件41可通过进气口 14将用于形成碳纳米管的源气供应到 反应炉10中。供气件41可连接至进气口 14。在示例性实施例中， 供气件41可包括储存器，用于容纳源气；供应管线，其将进气 口 14连接于储存器；以及阀，安装在供应管线中，以控制源气的 供应。在一个示例性实施例中，供气件41可另外包括质量流量控 制器(MFC)，,人而可以简单地控制源气的流量。
在本发明的示例性实施例中，如图6所示，供气件41可包括 喷洒头410，该喷洒头形成在反应炉10的侧部，并连4妄于进气口 14,以便能够将源气均匀地供应到反应室100的反应炉10中。喷 洒头410可包4舌朝向反应炉10的内部的多个喷孔。喷洒头410可 直才妄连4妄于进气口 14。可4务换i也，喷洒头410可穿过进气《L 14安 装在反应炉10中。
排气件43可通过出气口 16将残留的源气从反应炉10排出到 反应炉10的外部。排气件43可连4妄于出气口 16。在示例性实施例 中，排气件43可包括连接于出气口 16的排气管线、以及被安装用 于控制源气的排出的阀，等等。在一个示例性实施例中，排气件43 可还包括用于过滤源气的过滤器、以及用于简单地将源气从反应炉 IO排出的泵。可替换地，当排气件43连接于包括有打开和关闭件 的反应室10的侧部时，排气件43可包括柔性管线。
压力控制件45可通过压力控制通道18来调节反应炉10的内 部压力。压力控制件45可连接于压力控制通道18。在示例性实施 例中，压力控制件45可包括连4娄于压力控制通道18的控制管线、 用于抽吸反应炉10的真空泵、用于控制真空泵的阀，等等。
加热件47可通过将热量通过传热通道12传递到反应炉10内 来加热反应炉10。加热件47可面义于传热通道12。在示例性实施例 中，力口^W牛47可包4舌^^原(侈'j^口灯47a)、反射才反47b、 ^乂及力口^; 并反47c。根据加热件47的热效率，灯47a可包括卣素灯或红外线灯。 反射板47b可朝向传热通道12充分地反射由灯47a产生的热量。 反射板47b可具有包围灯47a的帽结构。考虑到反射板47b的反射 效率，反射板47b可包含反射材料，例如金(Au )、铂(Pt )、或铝 (Al)。力口热才反47c可传递灯47a产生的热量，以充分地加热传热 通道12。加热板47c充分覆盖传热通道12。
在本发明的示例性实施例中，当加热板47c覆盖传热通道12 时，加热才反47c可净皮充分密封。如图7所示，密封件55可浮皮用来 密封封住传热通道12的力。热板47c的边缘部。加热板47c可包含耐 热材料，使得加热板47c可有效地传递灯47a产生的热量，并且还 有能力承受灯47a产生的热量。因此，加热板47c可包含石英或石 墨。石英和石墨可单独使用，或者^f吏用石英和石墨的混合物。
在本发明的示例性实施例中，当多个传热通道12形成在反应 炉10的多个部分时，可"i殳置多个力口热件47。这里，加热件47可分
别对应于传热通道12。由于每个加热件47可邻近于每个传热通道 12而独立i殳置，所以加热件47可邻近于反应炉10的一个端部并且 邻近于反应炉10的另一端部来定位。因此，用于制造石灰纳米管的 装置400可具有用于加热反应炉10的改进的空间效率。另夕卜，加 热件47可独立设置在装置400中，使得邻近于加热件47的其它组 件不会受到热损坏。
如上所述，由于用于制造,友纳米管的装置400包括至少一个加 热件47，因此鉴于用于形成碳纳米管的工艺条件，反应室100的反 应炉10 #皮有利地加热。
在本发明的示例性实施例中，用于制造碳纳米管的装置400可 还包括舟皿51以及至少一个聚热件49。舟皿Sl可安装在反应炉 10中。基板53可放置在反应炉10中的舟皿51上。舟亚51可根据 一些条件(例如装在反应炉10中的基板53的总数、基板53的 堆叠数量，等等)而具有不同的尺寸。此外，考虑到用于制造碳纳 米管的装置400的空间效率，舟皿51可具有适当的尺寸。例如， 当反应炉10中装入六个基板时，舟皿51可具有足够在一行容纳两 个基板以及在一列容纳三个基板的尺寸。因为舟皿51可有效地承 受灯47a产生的热量，所以舟皿51可包含耐热材料。因此，舟皿 51可包含石英或石墨。石英和石墨可单独使用，或者使用石英和石 墨的混合物。舟亚51可固定在反应炉10中。可4齐4奂;也，舟i 51 可乂人反应炉10中移入或移出。
聚热件49可将通过传热通道12传递到反应炉10中的热量聚 集。热量可通过聚热件49朝向装在反应炉10中的基板53聚集。 在示例性实施例中，两个聚热件49i殳置在反应炉IO的内侧部，以 《更朝向反应炉10的中央部聚集热量。这里，聚热件49可〗皮此相面对。如上所述，用于制造碳纳米管的装置400可包括至少一个具有 产生足够热量的灯47a的力口热件47,以及邻近至少一个聚热件49 的反射板47b和加热板47c。从而，鉴于用于制造碳纳米管的工艺 条件，反应室100的反应炉10可^皮有效地加热。例如，反应炉10 可4皮加热到具有大约500。C至大约1,100。C的温度。
在本发明的示例性实施例中，用于制造碳納米管的装置400中 的反应室100可包括具有箱形结构的反应炉10，使得装置400可包 括至少两个反应室100,如图8所示。从而，可以相当大地4是高反 应室100的空间效率，并且可以^是高用于制造碳纳米管的装置400 的岁文率。
一种用于制造碳纳米管的系统
下面将参照附图描述包括用于制造碳纳米管的装置的系统。
统的构造的横截面4见图。在图9示出的用于制造石灰纳米管的系统中， 该系统可包括反应炉以及用于制造碳纳米管的装置，其中该装置与 分别参照图1和图5描述的装置基本相似或基本相同。
参照图5和图9,用于制造^友纳米管的系统700包4舌用于制造 ^暖纳米管的装置400、传送装置500、以及闸门阀550。在示例性实 施例中，系统700可还包括清洁装置、催化剂层形成装置、催化剂 层蚀刻装置、后处理装置，等等。
如图1和图4所示，用于制造碳纳米管的装置400可包括具有 反应炉10的反应室100、进气口 14、出气口 16、 4专热通道12、以 及压力控制通道18。装置400可还包括供气件41、排气件43、加 热件47、压力控制件45、以及聚热件49。
传送装置500可将基4反装入装置400的反应炉10,或者将基板 乂人反应炉移出。传送装置500可连接至用于制造石友纳米管的装置400 的一侧。例如，传送装置500可连接至装置400的邻近于具有打开 和关闭件的反应炉10的部分。传送装置500可将基板装入清洁装 置、催化剂层形成装置、催化剂层蚀刻装置和/或后处理装置，或者 从这些装置中移出。
在本发明的示例性实施例中，传送装置500可包括具有叶片型 结构的机械手。当用于制造碳纳米管的装置400包括具有箱形结构 的反应炉10时，由于用于制造-友纳米管的装置400的改进的空间 效率，因此传送装置500包括的机械手的长度小于传统装置的机械 手的长度。即，基板的相对于具有箱形结构的反应炉10的传送路 径可^皮减小，使得传送装置500有能力包括相对短的枳4戒手。可替 换地，传统使用的传送装置可有利地应用在用于制造碳纳米管的系 统700中。
在本发明的示例性实施例中，传送装置500可另外包括等候区， 在将基板装入反应炉之前，基板在该等候区等候。此外，传送装置 500可包括储存件，该储存件用于临时储存从反应炉卸下的具有碳 纳米管的基板。
闸门阀550介于传送装置500与用于制造碳纳米管的装置400 之间。传送装置500可通过闸门阀550连接至用于制造碳纳米管的 装置400。闸门阀550可以减轻用于制造石友纳米管的装置400的工 艺条件的变动。例如，闸门阀550可起到加载互锁真空室的作用。
清洁装置、催化剂层形成装置、催化剂层蚀刻装置、以及后处 理装置可设置在传送装置500的中央。清洁装置可清洁其上形成碳 納米管的基板。催化剂层形成装置可在形成碳纳米管之前在基板上 形成催化剂层，并且催化剂层蚀刻装置可蚀刻催化剂层，以在基板
上形成具有高低不平的上表面的催化剂层图样，以便加速形成碳納 米管。当催化剂层图样具有凹凸表面时，碳纳米管可容易地形成在 催化剂层图样上。后处理装置可将碳納米管与催化剂层图样分离， 从而获得具有较高纯度的碳纳米管。
才艮据本发明的示例性实施例，用于制造碳纳米管的系统700可 包括具有箱形结构反应炉IO的反应室100。从而，可以足够确保用 于制造碳纳米管的系统700的空间效率。另外，源气可均匀地供应 给基板，使得碳纳米管的纯度和产量可以提高。此外，在用于制造 碳纳米管的系统700中可采用传统的传送装置，从而可大大地减少 维修费用和生产成本。
形成碳纳米管的方法
下面将通过采用上述用于制造碳纳米管的装置和系统详细描 述才艮据本发明示例性实施例的碳纳米管的制造方法。
提供一个其上可形成碳纳米管的基板。基板可包括半导体基 板、金属氧化物基板、玻璃基板等。例如，基板可包括硅基板、绝 缘硅片基板、氧化铟锡(ITO)基板、ITO涂层玻璃基板、钠钙玻 璃基板、等等。基板可具有足够的机械强度，以确保碳纳米管的形成。
在提供了基板之后，可使用传送装置将基板装入清洁装置。清 洁装置4吏用清洗气或洗涤液可有效地乂人基玲反上去除杂质或异物。在 示例性实施例中，可4吏用清洁装置通过干法净化过程或湿法净化过 程来清洁基板。当通过干法净化过程清洁基板时，清洗气包含惰性 气体。例如，清洗气可包含氮(N2)气、氦(He)气和/或氩(Ar)
在使用传送装置将基板从清洁装置卸下之后，基板可装入催化 剂层形成装置。催化剂层可通过使用催化剂层形成装置而形成在基
板上。催化剂层可包括铁(Fe)和/或镍(Ni)。催化剂层可通过溅 射过程或者化学气相淀积(CVD)过程形成。因此，催化剂层形成 装置可具有与溅射装置或CVD装置基本相似或相同的结构。
可使用图9中示出的用于形成碳纳米管的系统700的传送装置 500从催化剂层形成装置卸下基板，并且然后基板;故装入催化剂层 蚀刻装置。形成在基板上的催化剂层可通过使用包括用水稀释的氟 化氢蚀刻》容液来蚀刻。催化剂层纟皮蚀刻，以形成具有不平坦表面(例 如凹凸形状或粗糙形状)的催化剂层图样。
在通过使用系统700的传送装置500将基板从催化剂层蚀刻装 置卸下之后，基板可装入用于制造碳纳米管的装置400。当基板装 入用于制造碳纳米管的装置400时，系统700的闸门阀550和反应 室100的侧部打开。基才反净皮;改置在安装在反应室100中的舟皿51 上。如上所述，舟皿51可具有两个端部，这两个端部分别邻近于 反应炉10的两个端部的。此外，舟亚51可具有多层结构。因此， 基才反可充足i也装入反应炉10中。
在将基板装入反应室100的反应炉10中之后，闸门阀550和 反应室100的侧部关闭。加热件47可将反应炉IO加热到大约500°C 至大约1，100。C的温度。压力控制件45可将反应炉10的压力调节 成真空状态。
用于制造碳纳米管的源气可从供气件41被引入到反应炉10 中。源气可包括乙炔、乙烯、甲烷、苯、二甲苯、 一氧化碳、二氧 化-灰，等等。这些源气可单独^吏用，或者4吏用其混合物。在调节处 理条件(例如反应炉10的温度和压力)之后，源气可被提供到基 板上，以在形成有催化剂层图样的基板上形成碳纳米管。
在本发明的示例性的实施例中，可乂人反应炉10的一个端部到 反应炉10的另一个端部配备加热件47。因此，加热件47可均匀地 力口热反应炉IO， 乂人而防止石友纳米管热损坏。此外，因为源气的流动 通道相对短于用于形成碳纳米管的传统装置的通道，所以源气可以 均匀i也供应到基4反上。因此，用于形成-灰纳米管的系统700可以制 造具有较高纯度的碳納米管。
在基板上形成碳纳米管之后，可使用排气件43从反应炉10去 除残留气体。其上具有碳纳米管的基板可通过^f吏用系统700的传送 装置500而从装置400卸下，并且然后基板纟皮传送到后处理装置中。 当基板从装置400卸下时，系统700的闸门阀550和反应室100的
侧部打开。
使用后处理装置，可通过使催化剂层图样与碳纳米管分离而获 得碳纳米管。从而完成用于形成碳纳米管的过程。
才艮据本发明示例性实施例，因为系统和装置包括具有箱形结构 的反应炉以及具有邻近反应炉的一个端部和另一个端部形成的矩 形通孔结构的传热件，所以用于制造碳纳米管的系统和装置具有有 效的尺寸。用于制造碳纳米管的系统和装置可通过将源气均匀地供 应到基板上来生产具有高纯度的碳纳米管。从而，使用用于制造碳 纳米管的该系统和该装置形成的碳纳米管可具有增强的可靠性。另 外，用于制造碳纳米管的过程可花费较少的时间来执行，并且通过 减少基板的传送时间以及系统和装置的尺寸可增加过程的稳定性。 此外，反应炉可通过适当的加热件(例如灯)来力。热，乂人而可以4是 高反应室的耐久性，并且可以减少系统和装置的维修费用。
以上所述是对本发明的说明且不应i^为其是对本发明的限制。 尽管已经描述了本发明的一些示例性实施例，然而，本领域普通技 术人员应该容易理解，在不显著背离本发明的新颖性的教导和优点
的前提下，在示例性实施例中可以进行许多修改。因此，所有所述 修改均确定为包含在如权利要求中所限定的本发明的保护范围内。 在权利要求中，装置加功能条款旨在覆盖文中所述的执行所述功能 的结构，且不^f又是结构上等效的而且是等效结构的。因此，应该理 解的是，以上所述是对本发明的说明且不应认为本发明局限于所公 开的具体实施例，并且对于所公开实施例的修改以及其它实施例也 应确定为包含在所附权利要求的范围内。本发明由所附权利要求 (其中权利要求的等同物也包含在内)限定。
权利要求
1. 一种用于制造碳纳米管的反应室，包括反应炉，具有用于容纳基板的箱形结构，所述反应炉提供用于在所述基板上形成碳纳米管的空间；进气口，具有形成在所述反应室的第一部分处的通孔结构，所述进气口为用于形成碳纳米管的源气流入到所述反应室提供通道；出气口，具有形成在所述反应室的第二部分处的通孔结构，所述出气口为所述源气从所述反应室流出提供通道；以及传热件，沿着基本上平行于所述基板的方向具有形成在所述反应室的第三部分处的至少一个矩形通孔结构，所述传热件提供用于传递热量以加热所述反应室的通道。
2. 根据权利要求1所述的反应室，其中，所述反应炉包含石英、 石墨、或者石英和石墨的混合物。
3. 根据权利要求1所述的反应室，其中，所述反应炉具有矩形箱 形结构，所述矩形箱形结构具有基本上垂直于所述基板的短轴。
4. 根据权利要求1所述的反应室，其中，所述进气口和所述出气口彼此相对。
5. 根据权利要求1所述的反应室，其中，所述传热件包括形成在 所述反应炉的多个部分处的多个通孔结构，并且所述多个通孔结构面对装载到所述反应炉中的所述基板的正面和背面。
6. 根据权利要求1所述的反应室，还包括压力控制通道，所述压 力控制通道具有形成在所述反应炉的第四部分处的通孔结构， 并且所述压力控制通道提供用于调节所述反应炉的压力的通道。
7. 根据权利要求1所述的反应室，还包括打开和关闭件，所述打 开和关闭件具有i殳置在所述反应室的侧部处的门结构、百叶窗 结构或滑动结构，并且所述基板通过所述打开和关闭件装入所 述反应炉中，或者从所述反应炉卸下。
8. —种用于制造碳纳米管的装置，包括反应室，所述反应室包4舌反应炉，具有用于容纳基才反 的箱形结构，其中所述反应炉提供用于在所述基板上形成碳纳 米管的空间；进气口，具有形成在所述反应炉的第一部分处的 通孔结构，其中所述进气口为用于形成石友纳米管的源气流入到 所述反应炉提供通道；出气口，具有形成在所述反应炉的第二 部分处的通孔结构，其中所述出气口为所述源气乂人所述反应炉 流出提供通道；以及传热件，沿着基本上平行于所迷基板的方向具有形成在所迷反应炉的第三部分处的至少一个矩形通孔 结构，其中所述传热件提供用于传递热量以加热所述反应炉的通道；供气件，连接于所述进气口，以通过所述进气口将所述 源气供应到所述反应炉中；排气件，连4妄于所述出气口，以通过所述出气口将所述 源气从所述反应炉排出；以及力口热件，面对所述传热件，以通过将热量经由所述传热 件供应到所述反应炉中来加热所述反应炉。
9. 根据权利要求8所述的用于制造碳纳米管的装置，其中，所述反应炉包含石英、石墨、或者石英和石墨的混合物，并且其中，所述反应炉具有矩形箱形结构，所述矩形箱形结构具有基本上垂直于所述基板的短轴，以及基本上平行于所述基板并且基本上长于所述短轴的长轴。
10. 根据权利要求8所述的用于制造碳纳米管的装置，其中，所述进气口和所述出气口彼此相对，并且其中，所述传热件包括形成在所述反应炉的多个部分处的多个通孔结构，并且所述多个通孔结构面对装载到所述反应炉中的所述基板的正面和背面。
11. 根据权利要求8所述的用于制造碳纳米管的装置，还包括压力控制通道，所迷压力控制通道具有形成在所述反应炉的第四部分处的通孔结构，其中所述压力控制通道提供用于调节所述反应炉的压力的通道；以及压力控制件，所述压力控制件连接于所述压力控制通道， 以通过所述压力控制通道来调节所述反应室的压力。
12. 根据权利要求8所述的用于制造碳纳米管的装置，其中，所述反应炉包括打开和关闭件，所述打开和关闭件具有设置在所述反应室的侧部处的门结构、百叶窗结构或滑动结构，并且所述基板通过所述打开和关闭件装入所述反应炉中，或者从所述反应炉卸下。
13. 根据权利要求8所述的用于制造碳纳米管的装置，其中，所述加热件包括灯；反射板，用于向所述传热件反射所述灯产生的热量；以及加热板，覆盖所述传热件，以朝向所述传热件充分地传 递所述灯产生的热量。
14. 根据权利要求13所述的用于制造碳纳米管的装置，其中，所 述灯包括卣素灯或红外线灯。
15. 根据权利要求13所述的用于制造碳纳米管的装置，其中，所 述加热4反包含石英、石墨、或者石英和石墨的混合物，并且所 述装置还包括密封件，所述密封件用于密封充分覆盖所述传热 件的加热板的边缘部。
16. 根据权利要求8所述的用于制造^i内米管的装置，其中，所述 装置包括至少两个堆叠的反应室。
17. 根据权利要求8所述的用于制造碳纳米管的装置，还包括安装 在所述反应室的反应炉中的舟皿，其中，所述基板被装载在所述舟皿上。
18. 根据权利要求8所述的用于制造碳纳米管的装置，还包括彼此 相对i殳置在所述反应室的反应炉的内侧部处的热转4灸件，其 中，每个所述热转换件将传递到所述反应室内的热量朝向所述 反应室的中央聚集。
19. 根据权利要求8所述的用于制造碳纳米管的装置，其中，所述 供气件包括喷洒头，所述喷洒头具有朝向所述进气口设置的多 个喷孔。
20. —种用于制造碳纳米管的系统，包括用于制造碳纳米管的装置，所述装置包括反应室，所述反应室包括反应炉，具有用于容纳基板的箱形结构，其中所述反应炉提供用于在所述基板上形成碳纳米管的空间；进气口，具有形成在所述反应炉的第一部分处的通孔结构，其中所述进气口为用于形成碳纳米管的源气流入到所述反应炉提供通道；出气口 ，具有形成在所述反应炉的第二部分处的通孔结构，其中所述出气口为所述源气从所述反应炉流出提供通道；以及传热件，沿着基本上平行于所述基板的方向具有形成在所述反应炉的第三部分处的至少一个矩形通孔结构，其中所述传热件提供用于传递热量以加热所述反应炉的通道；供气件，连接于所述进气口，以通过所述进气口将所述源气供应到所述反应炉中；排气件，连接于所述出气口，以通过所述出气口将所述源气从所述反应炉排出；以及加热件，面对所述传热件，以通过将热量经由所述传热件供应到所述反应炉中来力口热所述反应炉；以及传送装置，连接于所述装置，以将所述基板装入所述反应炉，或者从所述反应炉卸下。
21. 根据权利要求20所述的用于制造碳纳米管的系统，还包括安装在所述用于制造碳纳米管的装置与所述传送装置之间的闸门阀，其中，所述传送装置和所述用于制造碳纳米管的装置通过打开所述间门阀而彼此连接。
22. 根据权利要求20所述的用于制造碳纳米管的系统，还包括压力控制通道，所述压力控制通道具有形成在所述反应炉的第四部分处的通孔结构，其中，所述压力控制通道提供用于调节所述反应炉的压力的通道；以及压力4空制件，连4矣于所述压力4空制通道，以通过所述压力控制通道来调节所述反应室的压力。
23. 根据权利要求20所述的用于制造碳纳米管的系统，其中，所述反应炉包括打开和关闭件，所述打开和关闭件具有朝向所述 传送装置而i殳置在所述反应室的侧部处的门结构、百叶窗结构 或滑动结构，并且所述基板通过所述打开和关闭件装入所述反 应炉中，或者乂人所述反应炉卸下。
24. 根据权利要求20所述的用于制造碳纳米管的系统，其中，所述加热件包括热源，包括卤素灯或红外线灯；反射板，用于向所述传热件反射所述热源产生的热量；以及加热板，覆盖所述传热件，以朝向所述传热件充分地传递所述热源产生的热量。
25. 根据权利要求20所述的用于制造碳纳米管的系统，还包括安装在所述反应室的反应炉中的舟皿，其中，所述基板被装载在所述舟皿上。
26. 根据权利要求20所述的用于制造碳纳米管的系统，还包括彼 此相对设置在所述反应室的反应炉的内侧部处的热转换件，其中，每个所述热转换件将传递到所述反应室内的热量朝向所述反应室的中央聚集。
全文摘要
本发明披露一种用于制造碳纳米管的反应室、一种用于制造碳纳米管的装置、以及一种用于制造碳纳米管的系统。该反应室包括反应炉、进气口、出气口、以及传热件。反应炉具有用于容纳基板的箱形结构，其中反应炉提供用于在基板上形成碳纳米管的空间。进气口具有形成在反应炉的第一部分的通孔结构，并且出气口具有形成在反应炉的第二部分的通孔结构。传热件沿着基本上平行于基板的方向具有形成在反应炉的第三部分的至少一个矩形通孔结构。该装置包括反应炉、供气件、排气件、以及加热件。该系统包括该装置和传送装置。
文档编号C01B31/02GK101205062SQ20071013587
公开日2008年6月25日 申请日期2007年7月30日 优先权日2006年12月21日
发明者全钟官, 金成洙 申请人:细美事有限公司