专利名称：调节高温－汽相－过程的方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及到调节高温-汽相-过程的方法，特别是CVD，LPCVD(低压化学汽相沉积)或者CVI，借助于红外-光谱学求出的测量曲线为基础，这个曲线至少有对于调节过程有特征的与测量曲线背景有偏差的光谱区(最高峰)。
一般来说化学的化合物具有高特性的红外光谱，其结构比可见光或者紫外光的光谱更细。因此当识别化学化合物时常常将红外光谱用作为定性分析的辅助手段，此时将被测量的包括有感兴趣化学化合物的光谱与所谓的参考光谱进行比较和通过形成商数/光谱除法又得到吸收光谱，吸收光谱有可能说明关于准备检查的化学化合物。
因为化学化合物的有特征的光谱区，也就是说最高峰随着温度显著地变化，因此要求对于每个温度求出在这个温度下进行过程的参考曲线。这同样适合于如果红外光谱是在不同设备上被测量和被过程的。
在US5,175,017或者JP07-90593A或者JP03-193863A中已知过程调节是借助于光谱仪数值的EDV-处理的。关于过程调节方法的概况，这也包括光谱学可以从US-ZJ.Vak.科学技术。13(4)卷1995年7月/8月，1917-1923页中获悉。US4,148,931建议了废气流中的IR-光谱学的调节过程。
以下问题以本发明为基础，将开始叙述方式的一种方法这样扩展，借助于红外光谱学可以将高温-汽相-过程，特别是CVD-，LPCVD-和CPI-过程，而且在过程期间随着温度变化最佳地和很快地进行调节，使汽相过程最佳化或者使废气中特别有害的化学化合物的量减少。
按照本发明此问题原则上是这样解决的，直接从测量曲线上以有特征的光谱区(最高峰)的开始值和结束值为基础计算出一条直线和将过程调节通过在直线上面的光谱区的积分或者通过确定在直线上面的光谱区的最大高度或者以光谱区与直线的其他有特征的量为基础进行的。
其中特别考虑了在计算直线之前将测量曲线进行光整，即将噪声显著减小。此时光整可以用Kiniz提出的公式Ai=116(A(i-2)+4A(i-1)+6A(i)+4A(i+1)+A(i+2))]]>进行，其中Ai是准备光整的值(也就是说目前情况下是最高峰)和A(i-x)或者A(i+x)表示在值Ai前面的或者后面的值。
通过按照本发明的理论有可能与随着温度变化的光谱背景无关持续地接收和处理红外光谱，这样在避免各个准备测量的温度的参考光谱情况下进行过程调节成为可能。
因此可以在直接计算出直线以后，这等于合成背景，在直线和最高峰之间得出有特征的值的基础上对过程的重要参数进行调节。在反应容器中的压力，过程气体的气体速度，其浓度和/或在反应空间的温度本身均属于这些参数。
在按照本发明理论基础上不再要求，在改造之后，当过渡到其他过程设备和特别是过渡到为其他的或者变化的温度时在原本的测量之前设立不同温度的所谓的背景数据库，以便将实际测量的曲线被这样得到的参考曲线除。因此不需要任何匹配在连续过程期间也可以确定气体成分。这特别是这种情况，如果有特征的光谱区，即主最高峰是已知的，则因此可以与参数无关地和也可以与进行的高温-气相-过程无关地进行直接处理和因此可以进行过程调节。用这种方法可以毫无问题地对于PyC-涂层或者SiC-涂层的PyC-设备或者CVD-设备，LPCVD-设备或者CVI-设备进行最佳化或者进行监控。
按照本发明的方法特别是可以使用在调节废物焚烧如垃圾焚烧过程中，在其中作为调节量是以对于环境有害的气体如二恶英测量曲线的有特征的光谱区为基础的。
在CVD-过程(化学汽相沉积)中为了用碳化硅(SiC)进行碳或者石墨材料的表面涂层可以有益的以废气流中例如HCl和/或CH4和/或CH3SiCl3和/或HSiCl3和/或SiCl2和/或SiCl4的被测量的有特征的最高峰为基础作为调节量。
为了确定测量曲线可以测量存在于反应容器中的元素例如石墨板发射的IR-射线，其中特别是以通过反应容器的废气发射的IR-射线为基础。用这种方法可以通过调整过程参数以保证例如在环境中减少废气中聚氯合物(Polychlorsilanen)的量，以避免复杂的再处理。也可以调节沉积率，这样就可以借助于按照本发明的方法使CVD-过程最佳化。同样适合于CVI(化学汽相渗入)-过程和高温石墨-涂层(PyC)的最佳化。
然而按照本发明的方法不仅限于红外-测量，在其中射线是从一个物体上发射的。所有已知的红外光谱学-方法都是可以使用的，用其接收发射光谱，透射光谱或者反射光谱。
本发明的其他细节，优点和特征不仅从权利要求中得到，准备获悉的特征本身和/或组合，而且也从后面附图的叙述中获悉优异的实施例。
附图表示附
图1入射的/红外-测量曲线，附图2具有合成背景的测量曲线，附图3由附图2测量曲线以合成背景为基础计算出的吸收光谱，附图4吸收曲线依赖于温度进行变化在CDV-过程中为了用SiC进行碳或者石墨材料的涂层，附图5反应容器的一部分和附图6电路框图。
为了用碳化硅(SiC)进行碳或者石墨材料的涂层可以使用热的CVD(化学汽相沉积)-方法，其中例如将SiHCl3或者SiCl4在H2-气氛中在900°至1350°C在反应空间中进行还原和通过在基质上的沉积形成SiC-涂层。也可以用CH3SiCl3或者SiH4和CH4代替MTS。然而就这方面来说可以参考用于SiC沉积的足够的CVD-方法。
将用FTIR(傅立叶变换-IR-光谱学)-测量求出的测量曲线表示在附图1上。将强度相对于光波数cm-1划在附图上。当然光波数也可以用波长或者频率代替。
从附图1的测量曲线中人们看到，这个包括所谓的最高峰的有特征的光谱区，这个最高峰是一定化学化合物的特征。最高峰的位置是已知的，这样在位置改变基础上可以进行CVD-过程调节。此外按照当代技术水平将在一定温度时的被测量的测量曲线与不进行CVD-过程的参考曲线进行比较。从曲线的商中求出最高峰有特征的数值，以便可以说明过程。
在过程中如果温度变化，则要求对于每个温度将专门的参考曲线，所谓的背景曲线与实际被测量的测量曲线进行比较，因此则必须提供广泛的背景数据库。而且当设备更换时也要求提供各个有特征的背景曲线即参考曲线。
在附图4上示范性地表示了当化学化合物HCl，Cl4，(MTS)，HSiCl3，SiCl2和SiCl4用SiC对碳或者石墨进行CVD-涂层方法时有特征最高峰的变化。人们可以看出，例如对于HCl有特征最高峰随着温度的增加(T1＜T2＜T3＜T4)而减小，相反SiCl2的强度却增加。
按照本发明安排了不再要求进行专门的背景测量，即存储背景曲线，以便与实际的测量曲线进行比较。而是从数据测量的测量曲线中计算出所谓的合成背景和以这个作为确定准备检测的光谱区有特征的量，即最高峰的基础，以便得到吸收光谱，可以将这个使用在直接的调节过程。
这样在附图2上表示了试验测量的测量曲线10，其中将强度记录在光波数的上面。测量曲线10包括两个有特征的最高峰12和14，将这些可以使用在控制或者调节过程。此外有益地考虑了各个最高峰12，14前面和后面的测量点20，22，24，26上的各个6个测量点，在其上计算出直线16，18，这相当于合成背景，即相当于参考测量的背景，这是以相应的设备按照附图2测量曲线为基础的温度时得到的和存储的。
从直线16，18和最高峰12，14之间的商中计算出吸收光谱，这可以从附图3中获悉。将附图2上准备获悉的最高峰12，14的高度相对于光波数记录在附图3上。从吸收最高峰12，14于是可以进行过程调节，在其中例如当用SiC进行碳或者石墨涂层时可以利用SiCl4(氯化硅)作为有特征的最高峰，即使在废气中出现最小数值时。
在计算由直线16，18代表的合成背景之前，可以将测量曲线进行光整，和按照公式Ai=116(A(i-2)+4A(i-1)+6A(i)+4A(i+1)+A(i+2))]]>
其中Ai是准备光整的值，即最高峰12，14和A(i-x)或者A(i+x)是直接在准备光整的值前面和后面的单个的测量值20，22，24，26。有益的是任何情况下利用各个准备光整的值3个前面的和3个后面的值，准备光整的值在附图2上是用20，22或者24，26表示的。
当然这种方法的先决条件是从测量曲线10中得到的最高峰明确地属于一定的化学化合物。如果作为主最高峰相应标志的光谱区是已知的，可以从准备处理的主最高峰与所使用的设备无关可以直接调节过程。因此可以毫无问题地将PyC-或者CVD-，LPCVD-或者CVI-设备为了PyC-或者SiC-涂层进行最佳化或者进行检测。
在附图5上表示了反应空间28中的一部分，在其中在碳或者石墨的基质上进行SiC涂层。此外将反应空间28调整例如温度为1300℃，压力例如＜13.33×103Pa。此外将所希望一定量的硅烷如甲醛氯化物和氢输入到反应空间28中，以便在石墨或者碳基质上沉积SiC。
为了将硅烷沉积在基质上和因此形成碳化硅或者确定在废气中爆炸的聚氯硅烷的成分，在排气管30下面有一个接收反应空间温度的物体如石墨板32，将其通过排气管30发射的IR-射线被FTIR-光谱分析仪34测量。然后从测量曲线中按照本发明方法在有特征的最高峰12，14区中求出合成背景，以便按照附图3计算出吸收光谱和用吸收光谱控制过程。当然从测量曲线本身也有可能在计算出直线16，18之后推导出调节过程的数值。
通过按照本发明方法下面将测量曲线10中的最高峰12，14“剪下”，从最高峰12，14的开始值和终点值20，22，24，26中确定直线公式，这是借助于在最高峰12，14区的理论背景计算出的。将合成背景16，18与试验确定的最高峰12，14之间求商确定最高峰或者最高峰面积。对于每个最高峰计算出一个自己的背景，其中只将直接在最高峰12，14的开始和终点上存在的实际测量数值作为确定直线16，18的基础。
通过按照本发明方法有可能与随着温度而改变的光谱背景无关的连续地接收和处理红外光谱。因此在试验的实际被测量的光谱基础上调节过程本身是可能的。直接与被求出的数值有关地，这等于在线-过程，可以调节和可以控制所有重要的参数如容器压力，气体速度，过程气氛的浓度和温度。
按照本发明的理论有可能，在改装以后或者当设备更换时或者温度改变时不必要提供按照当代技术水平所要求的在测量之前必须存在的背景数据库。不需要任何匹配可以在连续的沉积过程期间确定气体成分和因此控制过程。
已经叙述过的按照本发明方法可以使用在所有特别是高温-汽相-过程，也可以使用在CVI(化学汽相渗入)-过程中如高温石墨-涂层，在其中不改变高温石墨结构可以保证最佳的沉积率。因此在按照本发明理论的基础上毫无问题有可能控制高温热交换器-试样的在线-过程处理，在其中可以达到结果的可重复性然而按照本发明方法也可以使用在其他领域，特别是在废物如垃圾焚烧领域。这样在按照本发明理论的基础上可以观察光谱区，相当于对环境有害的气体如二恶英，以便在最高峰曲线的基础上干扰处理过程，例如将温度升高到由于最高峰将二恶英成分处理为不允许的。
在附图6上表示了一个框图。用FTIR-光谱仪34确定对于反应空间36有特征的具有最高峰的红外-光谱，以便在处理装置38中从位于各个最高峰前面和后面的测量值计算出的直线确定合成背景。从各个直线和最高峰之间计算出的有特征的值如面积(积分)或者最高峰的高度中经过控制/调节单元40将反应空间36中的过程参数进行调节。此外可以经过控制/调节单元40与被称为42的单元控制改变在反应空间36中的温度，压力或者过程气体的成分。
权利要求
1.调节高温-汽相-过程的方法，特别是CVD，LPCVD或者CVI，借助于红外-光谱学的基础上求出的测量曲线，这至少有一个对于调节过程有特征的与测量曲线背景有偏差的光谱区(最高峰)，其特征为，直接以测量曲线有特征的光谱区(最高峰)的开始值和终点值为基础计算出一条直线(合成背景)和过程的调节是通过在直线上面的光谱区的积分或者通过确定在直线上面的光谱区的最大高度或者在光谱区与直线的其他有特征的量为基础进行的。
2.按照权利要求1的方法，其特征为，调节过程是通过持续地接收和处理测量曲线进行的。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征为，将最高峰的在线-处理用于调整过程参数如压力，温度，气体速度或者过程气体的浓度。
4.按照至少上述权利要求之一的方法，其特征为，处理测量曲线不需要以相当于准备调节过程的温度的参考测量为基础进行的。
5.按照至少上述权利要求之一的方法，其特征为，将最高峰的X-开始值和Y-终点值用于计算直线，其中有益的是X＝Y。
6.按照权利要求5的方法，其特征为，以最高峰的5至7，特别是6的开始值和5至7，特别是6终点值为基础计算直线。
7.按照至少上述权利要求之一的方法，其特征为，一条专门的直线是以每个最高峰为基础的。
8.按照至少上述权利要求之一的方法，其特征为，测量曲线是通过存在于反应空间的一个元素如石墨板发射的IR-射线确定的。
9.按照权利要求8的方法，其特征为，将通过反应空间排气管的元素发射的IR-射线进行测量。
10.将按照至少权利要求1至9之一的方法应用于用SiC对碳或者石墨材料表面涂层的调节CVD-过程上，其中至少以在废气流中被测量的HCl和/或CH4和/或CH3SiCl3和/或HSiCl3和/或SiCl2和/或SiCl4的一个有特征的最高峰为基础作为调节量。
11.将按照至少权利要求1至9之一的方法应用，在调节废物-或者垃圾焚烧过程，其中至少用对于环境有害的气体如二恶英测量曲线的最高峰为基础作为调节量。
全文摘要
本发明涉及到调节高温－汽相－过程的方法如CVD或者CVI借助于红外－光谱学为基础求出测量曲线,这至少有一个对于调节过程有特征的与测量曲线背景有偏差的光谱区。为了将高温－汽相－过程本身随着过程的温度变化也可以最佳和很快地进行调节,建议直接从以有特征的光谱区的开始值和终点值为基础的测量曲线中计算出一条直线和通过在直线上面的光谱区的积分或者通过确定在直线上面的光谱区的最高点或者以直线的光谱区的其他有特征的量为基础进行过程调节。
文档编号F23G7/06GK1346453SQ00806116
公开日2002年4月24日 申请日期2000年2月9日 优先权日1999年2月10日
发明者S·施尼维斯 申请人:申克碳化技术股份有限公司