管状炉

実験用管状炉は、古典的な外部加熱高温管状炉の 1 つであり、ホットウォール加熱炉とも呼ばれます。

異なる使用温度に応じて、炉管の材質は通常、透明な石英管、高純度のアルミナセラミック管、高強度金属合金管になります。

さまざまな熱研究目的を満たすために、管状炉は複数の加熱ゾーンを備えて設計でき、管状作業室内の温度勾配を柔軟に制御できます。炉心管は、制御された雰囲気作業環境または高真空作業環境で動作できます。

化学蒸着 (CVD) は、加熱、プラズマ励起、光放射などのさまざまなエネルギー源を使用して、気相または気固界面で気体または蒸気の化学物質を化学反応させ、反応器内に固体堆積物を形成する技術です。化学反応。簡単に言うと、2 つ以上のガス状原料が反応チャンバーに導入され、それらが互いに反応して新しい材料を形成し、それを基板表面に堆積させます。

CVD炉は、高温管状炉ユニット、ガス制御ユニット、真空ユニットを備えた1つの複合炉システムであり、複合材料の調製、マイクロエレクトロニクスプロセス、半導体オプトエレクトロニクス、太陽エネルギー利用、光ファイバー通信、超伝導体の実験と生産に広く使用されています。技術、保護コーティング分野。

管状炉の加熱要素は円筒状キャビティの周囲に配置されます。炉は間接的な熱放射によってのみ円筒状キャビティ内のサンプルを加熱できます。これは、管状炉によりサンプル材料が炉の加熱要素や断熱材と接触するのを防ぐことができるため、管状炉はきれいな隔離された炉を作成します。チャンバーを加熱し、サンプル材料が炉によって汚染されるリスクを軽減します。

CVD炉システムは、高温管状炉ユニット、反応ガス源精密制御ユニット、真空ポンプステーションおよび対応する組立部品で構成されています。

真空ポンプは反応管から空気を除去し、反応管内に不要なガスがないことを確認します。その後、管状炉が反応管を目標温度まで加熱し、反応ガス源の精密制御ユニットがさまざまなガスを導入できます。化学反応用の炉管内に設定された比率のガスが導入され、CVD 炉内で化学気相成長が形成されます。

管状炉は主に冶金、ガラス、熱処理、リチウムアノードおよびカソード材料、新エネルギー、研磨材およびその他の産業で使用され、特定の温度条件下で材料を測定するための専門的な機器です。

シンプルな構造、簡単な操作、簡単な制御、連続生産が特徴の管状炉です。

管状炉は、CVD (化学気相成長) およびプラズマ強化 CVD システムにも広く適用されています。

CVD プロセスでは使用できるガス源が膨大にあり、CVD の一般的な化学反応には熱分解、光分解、還元、酸化、酸化還元が含まれるため、これらの化学反応に関与するガスを CVD プロセスで使用できます。

CVD グラフェン成長を例に挙げます。CVD プロセスで使用されるガスは CH4、H2、O2、N2 です。

管状炉はさまざまな機械的機能をスムーズに動作させることができるため、さまざまな実験目的に応じてさまざまなタイプの管状炉のバリエーションがあり、代表的な炉炉は次のとおりです。

• 横型管状炉
• 縦型管状炉
• 分割管状炉
• ロータリー管状炉
• 傾斜管状炉
• スライド管状炉
• 高速加熱冷却管状炉
• 連続供給・排出管状炉

• 金属膜、非金属膜、多成分合金膜など、ご要望に応じて幅広い膜の製造が可能です。同時に、GaNやBPなど他の方法では得られない高品質な結晶を作製することができます。
• 成膜速度は速く、通常は毎分数ミクロン、場合によっては毎分数百ミクロンです。液相エピタキシー（LPE）や分子線エピタキシー（MBE）など他の成膜法とは比べものにならない、均一な組成のコーティングを同時に大量に成膜することが可能です。
• 作業条件は常圧または低真空条件下で行われるため、コーティングの回折性が良好で、複雑な形状のワークピースでも均一にコーティングでき、PVD に比べてはるかに優れています。
• 反応ガス、反応生成物、基材の相互拡散により、耐摩耗性や耐腐食性の皮膜などの表面強化皮膜の作製に重要な密着強度の高い皮膜が得られます。
• 一部のフィルムは、フィルム材料の融点よりもはるかに低い温度で成長します。低温成長条件下では、反応ガスと反応炉壁およびそれらに含まれる不純物とがほとんど反応しないため、高純度で結晶性の良い膜が得られる。
• 化学気相成長法では平滑な成膜面が得られます。これは、LPE と比較して、化学気相成長 (CVD) が高飽和下で行われるため、核生成率が高く、核生成密度が高く、面内均一に分布するため、巨視的に滑らかな表面が得られます。同時に、化学蒸着では、分子（原子）の平均自由行程が LPE よりもはるかに大きいため、分子の空間分布がより均一になり、滑らかな蒸着表面の形成に役立ちます。
• 金属酸化物半導体（MOS）やその他のデバイスの製造に必要な条件である放射線ダメージが低い

PECVDは、プラズマを利用して反応ガスを活性化し、基板表面または表面近傍空間での化学反応を促進し、固体膜を生成する技術です。プラズマ化学蒸着技術の基本原理は、RF または DC 電場の作用下でソースガスがイオン化されてプラズマを形成し、低温プラズマがエネルギー源として使用され、適切な量の反応ガスが生成されます。を導入し、プラズマ放電を利用して反応ガスを活性化し、化学気相成長を実現します。

プラズマの発生方法により、RFプラズマ、DCプラズマ、マイクロ波プラズマCVDなどに分けられます。

PECVD と従来の CVD 技術の違いは、プラズマには大量の高エネルギー電子が含まれており、化学蒸着プロセスで必要な活性化エネルギーを提供できるため、反応システムのエネルギー供給モードが変化することです。プラズマ中の電子温度は 10000K と高いため、電子とガス分子の衝突により反応ガス分子の化学結合の切断と再結合が促進され、より活性な化学基が生成され、同時に反応系全体がより低い温度を維持します。

したがって、CVD プロセスと比較して、PECVD は同じ化学気相成長プロセスをより低い温度で実行できます。