Ένας κλίβανος με σωλήνες χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD) είναι, στην ουσία, ένα εξαιρετικά ολοκληρωμένο και εξελιγμένο σύστημα, ενώ ένας τυπικός φούρνος σωλήνων χρησιμεύει ως ένα γενικότερο-εργαλείο για θερμική επεξεργασία.
Η αρχιτεκτονική ενός κλιβάνου CVD ενσωματώνει εξειδικευμένα υποσυστήματα αφιερωμένα στην παροχή αερίου, τον έλεγχο κενού και τη χημεία{0}}αντιδράσεων που απουσιάζουν σε απλούστερους κλιβάνους που έχουν σχεδιαστεί αποκλειστικά για τη θέρμανση υλικών σε ελεγχόμενη ατμόσφαιρα.
Οι ειδικές απαιτήσεις της διαδικασίας Chemical Vapor Deposition (CVD) υπαγορεύουν άμεσα τον πολύπλοκο δομικό σχεδιασμό της. Κάθε εξάρτημα εξυπηρετεί μια ξεχωριστή λειτουργία που εκτείνεται πολύ πέρα από την απλή θέρμανση.
Θάλαμος αντίδρασης και σωλήνας κλιβάνου
Τα συστήματα CVD χρησιμοποιούν σωλήνες κλιβάνου υψηλής καθαρότητας (συνήθως κατασκευασμένοι από χαλαζία) για να διασφαλίσουν ότι δεν παρεμβάλλονται ρύποι στη διαδικασία χημικής εναπόθεσης.
Και τα δύο άκρα αυτών των σωλήνων σφραγίζονται χρησιμοποιώντας φλάντζες από ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής-κενού. Αυτό δημιουργεί ένα αέριο-στεγανό περιβάλλον-μια κρίσιμη απαίτηση για τον έλεγχο των πρόδρομων αερίων και την εκκένωση των υποπροϊόντων υπό συνθήκες κενού.
Οι τυπικοί φούρνοι σωλήνων, αντίθετα, χρησιμοποιούν τυπικά κεραμικούς σωλήνες αλουμίνας ή mullite. Οι μηχανισμοί σφράγισής τους έχουν σχεδιαστεί απλώς για να περιέχουν αδρανή αέρια, αντί να διατηρούν ένα περιβάλλον υψηλού{1}}κενού.
Συστήματα Ελέγχου Ατμόσφαιρας και Πίεσης
Αυτό αποτελεί την πιο σημαντική δομική διάκριση. ΕΝΑΚλίβανος σωλήνων CVDδιαθέτει ένα σύστημα ελέγχου πηγής αερίου-συνήθως εξοπλισμένο με πολλαπλούς ελεγκτές ροής μάζας (MFC)-για τη διευκόλυνση της ακριβούς ανάμειξης και έγχυσης αντιδραστικών πρόδρομων αερίων.
Ενσωματώνει επίσης ένα ενσωματωμένο σύστημα ελέγχου κενού, πλήρες με αντλίες και μετρητές πίεσης, σχεδιασμένο για να διατηρεί το συγκεκριμένο περιβάλλον χαμηλής-πίεσης που απαιτείται για να λάβει χώρα η αντίδραση εναπόθεσης.
Συγκριτικά, οι τυπικοί φούρνοι σωλήνων διαθέτουν σχετικά απλές θύρες εισόδου και εξόδου αερίου. Ενώ απαιτούν καθαρισμό με αδρανή αέρια-όπως άζωτο ή αργό-για την πρόληψη της οξείδωσης, δεν έχουν την ικανότητα για ακριβή έλεγχο της σύνθεσης και της πίεσης του αερίου.
Σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας
Οι φούρνοι CVD χρησιμοποιούν έξυπνους προγραμματιζόμενους ελεγκτές πολλαπλών-τμημάτων.
Αυτοί οι ελεγκτές είναι ικανοί να εκτελούν σύνθετα προφίλ θερμοκρασίας-συμπεριλαμβανομένων ακριβών ρυθμών ράμπας, χρόνου παραμονής και ρυθμών ψύξης-που είναι κρίσιμα για τη ρύθμιση της ανάπτυξης και των ιδιοτήτων των εναποτιθέμενων λεπτών μεμβρανών.
Πολλοί τέτοιοι κλίβανοι διαθέτουν επίσης σχεδιασμό τριών- ζωνών, όπου το κεντρικό τμήμα του σωλήνα και τα δύο άκρα του ελέγχονται ανεξάρτητα από χωριστούς ελεγκτές.
Αυτή η διαμόρφωση δημιουργεί μια ευρύτερη ζώνη εξαιρετικής ομοιομορφίας θερμοκρασίας-μια κρίσιμη προϋπόθεση για την επίτευξη σταθερής εναπόθεσης σε μεγάλες επιφάνειες, όπως γκοφρέτες πυριτίου.
Ενώ υπάρχουν κάμινοι πολλών-ζωνών για εφαρμογές χωρίς-CVD, οι βασικοί κλίβανοι σωλήνων συνήθως χρησιμοποιούν μια ενιαία ζώνη θέρμανσης και απλούστερους ελεγκτές, σχεδιασμένους να διατηρούν μια ενιαία θερμοκρασία στόχο.
Σώμα και ψύξη φούρνου
Οι κλίβανοι χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD) διαθέτουν συνήθως μια δομή κελύφους κλιβάνου διπλού-τοιχώματος εξοπλισμένη με εσωτερικούς ανεμιστήρες ψύξης. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει την ταχεία ψύξη μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία εναπόθεσης.
Μια τέτοια ταχεία αλλαγή θερμοκρασίας είναι μια απαίτηση διαδικασίας. Βοηθά στο «πάγωμα» της δομής της αποτιθέμενης λεπτής μεμβράνης, αποτρέποντας έτσι τις ανεπιθύμητες μεταβάσεις φάσης ή την ανάπτυξη κόκκων που διαφορετικά θα μπορούσαν να προκύψουν κατά τη διάρκεια μιας αργής διαδικασίας ψύξης.
Τα τυπικά σχέδια κλιβάνων, αντίθετα, δίνουν προτεραιότητα στη θερμική σταθερότητα και συνήθως χρησιμοποιούν μια μέθοδο αργής, παθητικής ψύξης.