一种碳化硅管沉积装置的制作方法

本实用新型涉及一种碳化硅管沉积装置。

背景技术：

目前，含锂的半导体在温度高于800℃时都有锂的挥发，致使生长单晶体用石英管内壁发生严重腐蚀，甚至石英管破裂；还有现有石墨坩埚含有大量的孔隙导致表面粗糙不利于生长单晶体，而通过采用在石英管内壁和石墨坩埚表面镀热解炭可以解决上述问题；另外，在一些实验中，需要在样品上镀上炭膜，为后续实验防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用；还有一些应用如炭膜电阻器，是采用高温真空镀膜技术将碳紧密附在瓷棒表面形成炭膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成，其表面常涂有绿色保护漆，其中炭膜的厚度决定阻值的大小，通常通过控制膜的厚度和刻槽来控制电阻器。

如前所示，镀炭膜技术现在应用越来越广泛，但是现有的镀炭膜技术通常需要在高真空状态下进行、花费较长时间，而且还存在受热不均匀而导致炭膜的厚度不均等问题。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种碳化硅管沉积装置，能够实现不使用高真空的情况下对需要镀炭膜的目标物快速镀出结构均匀、厚度可控的炭膜，而且具有效率高、工艺条件易控、炭膜与目标物结合紧密等优点。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型公开了一种碳化硅管沉积装置，包括石英管层、碳化硅层和第一保温层，其中所述石英管层、所述碳化硅层和所述第一保温层均为管状结构，所述第一保温层套设在所述碳化硅层的表面，所述碳化硅层套设在所述石英管层的表面，所述石英管层内部形成沉积区。

优选地，所述碳化硅层的内径为2～20cm。

优选地，所述碳化硅层的厚度为5～15mm。

优选地，所述第一保温层的材料为普通石棉、高铝石棉、含锆石棉、莫来石纤维毯中的一种。

优选地，所述第一保温层的厚度为3～8cm。

优选地，所述碳化硅沉积装置还包括第二保温层，所述第二保温层设置在所述第一保温层的端部，其中所述石英管层延伸至所述第二保温层内，以形成连通所述沉积区的气体通道。

优选地，所述第二保温层的材料为普通石棉、高铝石棉、含锆石棉、莫来石纤维毯中的一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种包括石英管层、碳化硅层和第一保温层的碳化硅管沉积装置，在石英管层内部形成沉积区，将需要镀炭膜的目标物置于该沉积区内，并通过微波加热，且通入碳源气体，就可以实现不使用高真空的情况下对需要镀炭膜的目标物快速镀出结构均匀、厚度可控的炭膜，而且具有效率高、工艺条件易控、炭膜与目标物结合紧密等优点。

在进一步的方案中，在第一保温层的端部还设有第二保温部，且石英管层延伸至第二保温部，形成连通沉积区的气体通道，使得沉积区内热量损失更小。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的碳化硅管沉积装置的横截面示意图；

图2是本实用新型优选实施例的碳化硅管沉积装置的纵截面示意图；

图3是本实用新型实施例一的石墨坩埚镀炭膜的示意图；

图4是本实用新型实施例二的石英管镀炭膜示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型优选实施例的碳化硅管沉积装置包括石英管层11、碳化硅层12和第一保温层13，第一保温层13套设在碳化硅层12的表面，碳化硅层12套设在石英管层11的表面，石英管层11内部形成沉积区14，在碳化硅管沉积装置的端部(也即第一保温层13的端部)还设有第二保温层15，石英管层延伸至第二保温层15，以形成连通至沉积区14的气体通道。其中碳化硅层12的内径为2～20cm，碳化硅层12的厚度为5～15mm，第一保温层13的厚度为3～8cm，第一保温层13和第二保温层15分别可以采用普通石棉、高铝石棉、含锆石棉、莫来石纤维毯中的任意一种。

下述结合具体实例对采用本实用新型的碳化硅管沉积装置进行快速镀炭膜进行进一步说明。

实例一：

如图3所示，本实例的目标物为石墨坩埚2，首先对石墨坩埚2用酒精、丙酮和/或稀盐酸进行清洗，然后将石墨坩埚2置于碳化硅管沉积装置的沉积区14内，采用微波对石墨坩埚2和碳化硅管沉积装置同时加热处理，使得石墨坩埚2的温度(也即沉积区14的温度)为1200℃，向沉积区14内通入含碳源气体的混合气体，在沉积区内碳源气体发生裂解反应，使得在石墨坩埚2表面生长热解炭。其中在本实例中，碳源气体为甲烷，稀释气体为氮气，混合气体是将甲烷通过氮气稀释处理，其中在混合气体中甲烷的质量浓度为30％～40％，沉积区内的真空度为70KPa，沉积时间为15min，炭膜厚度达到1μm；通过检测，在石墨坩埚2表面镀上的炭膜厚度非常均匀。

实例二：

如图4所示，本实例的目标物为二氧化硅管3，首先对二氧化硅管3用酒精、丙酮和/或稀盐酸进行清洗，然后将二氧化硅管3置于碳化硅管沉积装置的沉积区14内，采用微波对二氧化硅管3和碳化硅管沉积装置同时加热处理，使得二氧化硅管3的温度(也即沉积区14的温度)为1150℃，向沉积区14内通入含碳源气体的混合气体，在沉积区内碳源气体发生裂解反应，使得在二氧化硅管3表面生长热解炭。其中在本实例中，碳源气体为天然气，稀释气体为氩气，混合气体是将天然气通过氩气稀释处理，其中在混合气体中甲烷的质量浓度为20％～40％，沉积区内的真空度为60KPa，沉积时间为15min，炭膜厚度达到1μm；通过检测，在二氧化硅管3表面镀上的炭膜厚度非常均匀。其中，本实例中碳化硅管沉积装置中对碳化硅层12的位置进行了调整(碳化硅层12上移)，控制加热区在二氧化硅管3的管口上方位置，从而控制二氧化硅管3的管口处不被沉积上热解炭，方便后续生长单晶做熔封，方便控制。

实例三：

本实例的目标物为陶瓷棒，首先对陶瓷棒用酒精、丙酮和/或稀盐酸进行清洗，然后将陶瓷棒置于碳化硅管沉积装置的沉积区内，采用微波对陶瓷棒和碳化硅管沉积装置同时加热处理，使得陶瓷棒的温度(也即沉积区的温度)为1100℃，向沉积区内通入含碳源气体的混合气体，在沉积区内碳源气体发生裂解反应，使得在陶瓷棒表面生长热解炭。其中在本实例中，碳源气体为乙炔，稀释气体为氩气，混合气体是将乙炔通过氩气稀释处理，其中在混合气体中甲烷的质量浓度为50％～60％，沉积区内的真空度为80KPa，沉积时间为3小时，炭膜厚度达到200μm；通过检测，在陶瓷棒表面镀上的炭膜厚度非常均匀。

在其他实例中，碳源气体还可以采用石油气、丙烯等，混合气体中碳源气体的质量浓度在10％～80％以内；沉积区内通入混合气体的流量为50～300sccm，沉积区内的真空度为50～80KPa，沉积时间小于或等于2h。在一些实例中，目标物还可以是普通玻璃、刚玉片、刚玉坩埚、蓝宝石片、硅片等。

通过本实用新型实施例的碳化硅沉积装置进行镀炭膜的方法是通过微波对目标物和碳化硅管沉积装置加热将沉积区的温度控制在1000～1400℃以内，使得通入碳化硅管加热沉积装置内的碳源气体进行裂解反应，生成的热解炭在沉积区内沉积，从而在目标物上快速镀上均匀的炭膜；具有以下优点：

1.通过本实用新型的碳化硅管沉积装置可以采用微波直接加热，微波加热速率快，结合第一保温层和第二保温层，热量损失小，操作方便，从而可以在短时间内在沉积区达到目标温度，沉积结束，停止微波，即立刻停止加热，降温迅速，可以缩短降温所需时间，并且可以智能控制降温速度；后续停炉检查及改变工艺都很容易进行，并且在出现问题时，可紧急停止反应，从而保证实验装置及人员的安全；此种方法缩短了工艺时间，提高了生产率，从而降低成本，又可以控制产品质量。

2.本实用新型的碳化硅管沉积装置中的沉积区内只需要很低的真空度保证炉门处于关闭状态，反应所需气体流量小，浓度低，从而提高了碳源气体的利用率。

3.通入本实用新型的碳化硅管沉积装置中的碳源气体可以在沉积区内加热，并且自身也吸收微波，从而引起分子振动，在微波作用下极化，降低了反应活化能，改变了反应动力学，从而促进反应进行，提高镀膜效率。

4.采用本实用新型的碳化硅管沉积装置进行镀膜中，微波加热在目标物表面可以形成更多的活性点，更利于炭膜的生成，在后续生长过程中，活性点一直存在，从而保证反应均衡进行，保证制得的炭膜结构均匀。

5.通过本实用新型的碳化硅管沉积装置可在石墨坩埚或石英管表面镀热解炭，阻碍单晶生长原料与石墨的接触，避免石墨坩埚内部杂质对单晶体的污染，同时保持了单晶体完整光滑的外形；可以通过控制碳化硅层的位置，来控制加热区域的温度，从而控制石英管口不被沉积上热解炭，方便后续生长单晶做熔封。

6.采用本实用新型的碳化硅管沉积装置进行镀炭膜，可以在不使用高真空的情况下，就快速镀出结构均匀、厚度可控的炭膜，提高工业化生产的经济性，为制作碳膜电阻器提供一种新的思路。

另外，采用本实用新型的碳化硅沉积装置还可用于制备炭微米管等，用途广泛。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。