一种前体源气体输送装置的制作方法

本实用新型涉及mocvd薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种前体源气体输送装置。

背景技术：

mocvd是在气相外延生长(vpe)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。它主要是以氢化物气体与金属有机化合物的气体为原料，在反应室内进行混合反应，最终在基片表面形成单晶薄膜的一种技术。该技术广泛应用于半导体行业，用于生产led器件的核心部件。

在一些反应中，反应气体通常以气态形势被储存在反应源容器中。然而，在某些情况下，会使用在常温常压下为液态或者固态的原料物质（前体源）的蒸汽，反应时必须对前体源进行加热以产生足够量的反应蒸汽用于反应过程。对于某些固体物质，常温时的蒸汽压非常低，因此需要被加热并维持在一定温度下，才能获得满足要求的蒸汽压。同时，这些物质一旦气化，将气相反应物通过输气系统并保持在高于气化温度是非常重要的，以防止其在管路中发生凝结。

申请号为cn200780011946.6的专利公开了一种用于化学气相沉积或原子层沉积的化学物输送装置，前体源容器与各个气体输送部件分布较为分散，且为了保持整个系统温度高于反应物的气化温度，整个系统被安置在一个大的加热装置中，这种设计虽然一定程度上满足了工艺需求，但是增加了设备的总尺寸和成本。公开号为us2010322604a1的专利公开了一种前驱系统，该容器相对于申请号为cn200780011946.6的专利，设计较为紧凑，但是其各种阀和管路均外露室温中且无外加热措施保护，前体源气体容易在这些部位产生凝结颗粒附着于表面。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在提供一种前体源气体输送装置。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种前体源气体输送装置，包括罐体和与其固定连接的顶盖；罐体内设有进气管、出气管以及对进气管和出气管进行加热的加热装置；所述进气管为变径管道，该变径管道由粗径管道和细径管道交替连接组成并且细径管道上连接有前体源气瓶；顶盖上设置有进气阀和出气阀，进气阀连通进气管的进口，进气管的出口和出气管的进口连通，出气管的出口连通出气阀。

较好地，加热装置与罐体之间设置有保温层。保温层的设置是用于维持罐体内的温度恒定，进一步保证前体源能够具有恒定的蒸汽压。

较好地，所述加热装置围合进气管和出气管设置，所述加热装置为下述的结构①或结构②：

结构①：包括尺寸相同的上连接环和下连接环，下连接环与罐体底壁接触，上连接环和罐体顶端平齐，上连接环和下连接环之间周向串联连接有若干个均匀分布的加热棒，串联后的加热棒引出一条电源线至罐体外；

结构②：包括尺寸相同的上连接环和下连接环，下连接环与罐体底壁不接触，上连接环和罐体顶端平齐，上连接环和下连接环之间周向串联连接有若干个均匀分布的加热棒，串联后的加热棒引出一条电源线至罐体外；上连接环上设置有若干个凸缘，罐体的顶端设置有与上连接环的凸缘对应的第一凹槽，凸缘卡接在罐体的第一凹槽内从而将加热装置固定在罐体内，避免加热装置在罐体内周向转动影响设备运行。

结构①和结构②的区别在于：结构①是依靠下连接环与罐体底壁接触，将加热装置固定在罐体内，而结构②是依靠凸缘和第一凹槽的配合，将加热装置固定在罐体内。

较好地，所述加热装置为结构①时，上连接环上设置有若干个凸缘，罐体的顶端设置有与上连接环的凸缘对应的第一凹槽，凸缘卡接在罐体的第一凹槽内从而将加热装置固定在罐体内，进一步避免加热装置在罐体内周向转动影响设备运行。

较好地，所述保温层为圆柱状，保温层底端与罐体底壁接触、顶端和罐体顶部平齐，保温层内径大于上连接环和下连接环的外径。

较好地，保温层的顶端设置有与上连接环的凸缘对应的第二凹槽，凸缘依次卡接在第二凹槽、第一凹槽内从而将保温层固定在罐体内同时将加热装置固定在保温层和罐体内，限制保温层在罐体内的周向运动，同时限制加热装置在保温层和罐体内的周向运动。

较好地，罐体顶端和顶盖底端分别设置有对应的密封槽，罐体和顶盖之间设置有密封圈，密封圈安装在罐体顶端和顶盖底端的密封槽内。密封圈优选金属垫圈或v形密封圈。

较好地，进气阀和出气阀与顶盖直接接触式设置在顶盖上。

较好地，出气管竖直设置在罐体内，进气管螺旋式围绕出气管布置在罐体内。

较好地，顶盖底端固定连接有顶盖支撑架：顶盖支撑架包括支撑环，支撑环底端与罐体底壁接触或不接触，支撑环上周向固定连接有若干个均匀分布的竖向支撑柱，支撑柱的顶端与顶盖底部固定连接；顶盖支撑架设置在加热装置内，进气管和出气管设置在顶盖支撑架内。当把顶盖及顶盖上所连接的部件从罐体内取出后，可以通过所述顶盖支撑架安放支撑，便于后续相关操作的进行。

较好地，前体源气瓶与细径管道之间设置有气瓶端盖，气瓶端盖固定在细径管道上；前体源气瓶与气瓶端盖通过螺纹连接。

较好地，顶盖顶部设置有至少一个把手，当需要更换或补充前体源时，通过提握把手将顶盖及顶盖上所连接的部件从罐体内取出。

较好地，出气管在顶盖下方和出气阀相连的部位设置有过滤装置，过滤装置优选过滤网。

较好地，罐体和顶盖之间优选通过法兰以及螺栓、螺母固定连接。

较好地，保温层的材质优选玻璃纤维增强气凝胶、含锆陶瓷纤维棉、高铝陶瓷纤维棉或锆铝陶瓷纤维棉。

有益效果：

（1）、本实用新型利用文丘里效应和伯努利定理设计的变径管道作为进气管，当变径管道中载气从粗径管道流向细径管道时，流速变大，气压降低，会对前体源气瓶中的蒸汽产生强烈的吸附作用，最终流经出气阀的载气就会混合有大量的前体源蒸汽，提高了载气气流中前体源蒸汽的含量；前体源气瓶连通变径管道的细径管道，载气每从粗径管道进入一次细径管道，就会对前体源气瓶中的蒸汽进行一次吸附，有益于载气与蒸汽充分混合；每个细径管道连接一个前体源气瓶，保证前体源蒸汽的供气效率；

（2）、进气阀和出气阀与顶盖紧密接触，没有设置多余的管路连接，可以将顶盖与出气阀和进气阀之间的热传递最大化，罐体内加热装置产生的热量可以更多地传递到进气阀、出气阀，从而减少对用于阀组件提供热量的单独加热器或加热套的需要，可以有效防止罐体内气化的前体源气体冷凝；

（3）、罐体内设置有加热装置，对罐体内的前体源气瓶进行加热，使前体源受热蒸发成气体，加热装置设置温度始终高于前体源冷凝温度，避免前体源蒸汽由于冷凝产生前体颗粒附着在管路中；

（4）、顶盖底端固定连接有顶盖支撑架，当把顶盖及顶盖上所连接的部件从罐体内取出后，可以通过所述顶盖支撑架安放支撑，便于后续相关操作的进行；

（5）、前体源气瓶与变径管道之间设置有气瓶端盖，气瓶端盖固定在变径管道的细径管道上；前体源气瓶与气瓶端盖通过螺纹连接，螺纹式连接便于前体源气瓶的更换及维护；

（6）、出气管在顶盖下方和出气阀相连的部位设置有过滤装置，对出气管的载气和前体源蒸汽混合气体进行过滤，除去前体源气体冷凝颗粒和前体源粉末颗粒。

附图说明

图1：前体源气体输送装置的结构示意图；

图2：前体源气体输送装置的结构分解示意图；

图3：顶盖（带顶盖支撑架）的结构示意图；

图4：顶盖的背面结构示意图；

图5：进气管和出气管的结构示意图；

图6：进气管和出气管的轴侧示意图；

图7：前体源气瓶与气瓶端盖结构示意图；

图8：加热装置的结构示意图；

图9：保温层的结构示意图；

图10：罐体的结构示意图；

其中，附图标记为：1-进气阀；2-出气阀；3-顶盖；4-螺栓；5-螺母；6-把手；7-顶盖支撑架，71-支撑环，72-支撑柱；8-过滤网；9-出气管；10-进气管；11-前体源气瓶；12-粗径管道；13-细径管道；14-气瓶端盖；15-加热装置，151-上连接环，152-下连接环，153-凸缘，154-加热棒；16-保温层，161-第二凹槽；17-罐体，171-法兰，172-密封槽，173-第一凹槽；18-密封圈。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1-10所示，一种前体源气体输送装置，包括罐体17和与其通过法兰171以及螺栓4、螺母5固定连接的顶盖3；罐体17内设有加热装置15、进气管10、出气管9，加热装置15与罐体17之间设置有保温层16，加热装置15围合进气管10和出气管9，所述进气管10为变径管道，该变径管道由粗径管道12和细径管道13交替连接组成并且细径管道13上固定连接有气瓶端盖14，气瓶端盖14螺纹连接有前体源气瓶11，出气管9竖直设置，进气管10围绕出气管9螺旋式布置；顶盖3上与其直接接触式设置有进气阀1、出气阀2、两个把手6，进气阀1连通进气管10的进口，进气管10的出口和出气管9的进口连通，出气管9的出口连通出气阀2并且出气管9在顶盖3下方和出气阀2相连的部位设置有过滤网8；

所述加热装置15包括尺寸相同的上连接环151和下连接环152，下连接环152与罐体17底壁接触，上连接环151和罐体17顶端平齐，上连接环151和下连接环152之间周向均匀连接有若干个加热棒154，串联后的加热棒154从罐体17底部开口引出一条电源线与罐体17外部的电源相连；上连接环151上设置有四个凸缘153，罐体17的顶端设置有与上连接环151的凸缘153对应的第一凹槽173；所述保温层16（材质为含锆陶瓷纤维棉）为圆柱状，保温层16底端与罐体17底壁接触、顶端和罐体17顶部平齐，保温层16内径大于上连接环151和下连接环152的外径；保温层16的顶端设置有与上连接环151的凸缘153对应的第二凹槽161；凸缘153依次卡接在第二凹槽161、第一凹槽173内从而将加热装置15固定在保温层16和罐体17内，限制加热装置15在保温层16和罐体17内的周向运动；顶盖3底端固定连接有顶盖支撑架7：顶盖支撑架7包括支撑环71，支撑环71底端与罐体17底壁接触，支撑环71上周向均匀固定连接有四个竖向的支撑柱72，支撑柱72的顶端与顶盖3底部固定连接；顶盖支撑架7的外径小于加热装置15的上连接环151和下连接环152的内径，顶盖支撑架7设置在加热装置15内，进气管10和出气管9设置在顶盖支撑架7内；罐体17顶端和顶盖3底端分别设置有对应的密封槽172，罐体17和顶盖3之间设置有密封圈18（v形），密封圈18安装在罐体17顶端和顶盖3底端的密封槽172内。

实施例2

与实施例1的区别之处在于：加热装置15的下连接环152与罐体17底壁不接触，依靠加热装置15的上连接环151上设置的凸缘153依次卡接在第二凹槽161、第一凹槽173内对加热装置15固定支撑；其它均同实施例1。

实施例3

与实施例1的区别之处在于：顶盖支撑架7的支撑环71底端与罐体17底壁不接触；其它均同实施例1。

本实用新型实施例1至3所述装置使用时，先去除法兰171上的螺栓4、螺母5，通过把手6将顶盖3及顶盖3上所连接部件一并提出，依靠顶盖支撑架7支承放置，将进气管10上的前体源气瓶11移除，添加前体源后再将前体源气瓶11安装回进气管10，将加热装置15通过凸缘153和第二凹槽161、第一凹槽173卡接安装在保温层16和罐体17内，安装密封圈18，顶盖支撑架7设置在加热装置15内，进气管10和出气管9设置在顶盖支撑架7内，安装法兰171上的螺栓4、螺母5；通过出气阀2对罐体17内进行抽真空处理；打开加热装置15，对前体源气瓶11进行预热，前体源受热产生蒸汽，保温层16对整个罐体17内部结构产生一定的保温效果维持罐体17内温度，载气通过进气阀1进入进气管10，再从进气管10底部进入出气管9，当载气从进气管10的粗径管道12向细径管道13流动时，气流速度加快，气压急剧降低，对细径管道13连接的前体源气瓶11中的蒸汽产生强烈的吸附作用，载气与前体源蒸汽混合向顶端流动，经出气管9与顶盖3之间的过滤网8过滤后经出气阀2流出进入后续处理。