一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的裝置及方法。本發明專利技術設計包括了腔體與管道連接過渡區、固態氯化銨處理系統及廢液收集系統相結合的尾氣處理設備，并根據固態氯化銨在不同溫度下具有不同的溶解速度的特點，調控固態氯化銨處理系統中噴淋溶劑的流速及噴淋時間，以溶解方式去除固態氯化銨，有效地解決反應物尾氣沉積致使管道嚴重堵塞的問題。同時通過調控固態氯化銨處理系統中的吹掃裝置及干燥用加熱器，保護和保證反應系統環境的安全性及穩定性。本發明專利技術裝置及方法，從根本上解決HVPE設備后續管道嚴重堵塞的問題，顯著提高設備循環利用率，大幅降低材料生長成本，具有很大的實用價值。

Device and method for cleaning pipeline tail gas of HVPE equipment

The invention discloses a device and a method for cleaning pipeline exhaust gas of HVPE equipment. The design includes a cavity connected with the pipeline transition zone, solid ammonium chloride treatment system and wastewater collection system combined with exhaust gas treatment equipment, and according to the characteristics of solid ammonium chloride solution with different speed in different temperature, velocity and time of spray spray solvent control solid ammonium chloride in the treatment system, to remove dissolved solid ammonium chloride, effectively solve the serious congestion problems led to the pipeline gas deposition reaction. At the same time, the safety and stability of the reaction system environment can be protected and guaranteed by adjusting the purge device and the drying heater in the system. The device and the method of the invention fundamentally solve the problem of the serious blockage of the follow-up pipeline of the HVPE equipment, improve the recycling utilization rate of the equipment, greatly reduce the cost of material growth, and has great practical value.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于半導體材料與設備領域，特別涉及氫化物氣相外延(HVPE)技術生長氮化物半導體材料時，一種清除管道內尾氣沉積物氯化銨的裝置及方法。
技術介紹
HVPE是一種常壓型熱壁化學氣相外延技術，具有制備成本低、設備簡單及生長速率快(每小時可達幾十至幾百微米)等優點，十分適合制備自支撐氮化物(如：GaN)襯底材料。HVPE生長系統一般由氣體控制系統、爐體、反應器及尾氣處理系統組成。目前HVPE技術生長氮化物半導體材料過程中，面臨的主要問題是氯化銨副產物的沉積反應過多，尤其是在腔體和管道連接處的沉積反應，導致管道堵塞而嚴重影響氮化物材料的生長系統環境與流場的均勻穩定，使設備維護頻率增大，維護周期縮短，設備利用率低，生產費用高等，均不利于氮化物材料的連續生產。近年來，研究者們花了很大的精力研究如何設計更加合適的尾氣處理裝置改進副產物的沉積問題，不斷地有新的方法和技術用于HVPE尾氣處理，如中國專利CN102172458A公開了一種含氯化銨尾氣的處理方法及設備。該法采用了對反應后的混合氣體先進行加熱，然后冷卻、沉積氯化銨過濾尾氣的一種尾氣處理設備。但是，這種方法僅僅延遲堵塞，而未能從根本上解決管道的堵塞問題，反應生成的氯化銨固態沉積物依然沉積在管道中，未能充分地提高設備的使用率，延長維護周期，降低材料的生長成本。
技術實現思路
本專利技術針對
技術介紹
中所提出的問題及現有技術的不足，提出一種清除氯化銨尾氣沉積物，改善HVPE設備中管道堵塞的裝置及方法。本專利技術設計了一種由腔體與管道連接過渡區、固態氯化銨處理系統及廢液收集系統組成的尾氣沉積物處理裝置，根據HVPE設備反應環境和氯化銨的物理化學特性，創造性地提出了周期性噴淋溶劑溶解固態氯化銨，最大限度地去除固態氯化銨在設備管道內的沉積；并采用加熱干燥和非活性氣體吹掃去除相結合的干燥技術，對管道進行干燥及清潔，從而確保清潔后整個腔體系統完全是在無氧環境下實現連續高效循環生長；本專利技術中被溶解的固態氯化銨的廢棄液體，經由引流管匯聚廢液收集器中，達到定向收集廢棄液的目的。因廢液收集器直接連接尾氣后處理系統，故HVPE設備維護清理時，勿需拆下廢液處理系統進行處理，從而使設備結構簡單、處理效率高、效果好及運行成本低，可及時清除寄生沉積，保證管道不被堵塞，使循環系統連續高效運轉，提高設備的利用率，延長設備的維護周期。具體技術方案如下：如圖1所示，本專利技術一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的裝置，由腔體與管道連接過渡區1、固態氯化銨處理系統2、廢液收集系統3及尾氣后處理系統4組成。所述腔體與管道連接過渡區1，其中設有閥門11，開啟它時反應腔體12和管道13之間完全連通，關閉它時反應腔體12和管道13之間完全被隔斷；所述閥門11，采用抗氧化、耐高溫、抗應力和抗腐蝕性能優良的材料，其材質可以是但不限于英康乃爾合金。所述固態氯化銨處理系統2，包括噴淋與吹掃裝置21和干燥用加熱器22，其結構特征為相對管道13水平向下傾斜一定角度，其水平向下傾斜角度為10°～45°，以確保被噴淋溶劑所溶解的氯化銨溶液順利流向廢液收集系統；所述噴淋與吹掃裝置21，在其管內壁設有多個噴口，其噴口數目為1～1000個，噴口孔徑為1μm～600μm；通過轉換，噴淋與吹掃裝置21的噴口，即可以噴淋溶解沉積物用的溶劑、也可以噴出吹掃管內溶劑和蒸氣用的非活性氣體；所述噴淋裝置21，提供一定流量的溶劑以溶解固態氯化銨，所噴淋溶劑可以是但不限于水，而清除沉積物的相鄰兩次噴淋間隔為1～10個氮化物生長周期；當噴淋水時，其噴水流量為4.0～8.0slm，噴水時間為3～30min；所述吹掃裝置21，其噴出的吹掃管內的溶劑和蒸氣用的非活性氣體可以是但不限于氮氣；用氮氣吹掃時，其吹掃流量為40～280slm；所述干燥用加熱器22，是用來干燥和排空管道內的蒸氣，以保持管道的干燥性和反應系統環境的穩定性；所述干燥用加熱器，其溫度在50℃～400℃范圍內可調；所述廢液收集系統3，包括閘閥31引流管32和廢液收集器33，通過閘閥31控制廢液收集器33與引流管32之間的連通或隔斷；廢液收集器33直接連接廢液后處理系統，可實施廢液回收；所述閘閥裝置31，可采用抗氧化、耐高溫、抗應力和抗腐蝕性能優良的材料，其材質可以是但不限于英康乃爾合金。在噴淋溶劑溶解固態氯化銨沉積物并其被徹底清除的全過程中，閥門11始終關閉、反應腔體12和管道13之間是完全被隔斷，管內的溶劑或蒸氣完全被阻斷而不能進入反應腔體12內，從而確保反應腔體內的環境的穩定性。本專利技術一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的方法，其清除固態沉積物的步驟如下：首先，關閉閥門11，并調節反應腔體12內的壓強使腔體12與管道13間形成大于0.5Torr的正壓差；接著，關閉尾氣后處理系統4的干泵，打開通往廢液收集器33的閘閥31，開啟噴淋裝置21噴淋溶劑溶解固態氯化銨；進一步，根據固態氯化銨在不同溫度下的不同溶解速度，調控噴淋流量和時間，使溶解的氯化銨溶液從引流管32排出并全部流進廢液收集器33；所噴淋溶劑可以是但不限于水；根據固態氯化銨在不同溫度下的不同溶解速度，調控溶劑的噴淋流量與時間；當噴淋水時，其噴水流量為4.0～8.0slm，噴水時間為3～30min；之后，關閉噴淋裝置21，開啟干燥用加熱器22將控制管內部進行干燥，干燥用加熱器的溫度設為50～400℃；同時開啟吹掃裝置21，噴出非活性氣體吹掃管內的溶劑和蒸氣，所吹掃用非活性氣體可以是但不限于氮氣；當用氮氣吹掃時，其吹掃流量為40～280slm；過5～30min分鐘后，關閉廢液系統3中的閘閥31，打開尾氣后處理系統4，繼續干燥10～30min，可以結束本次清除工作；最后，調控反應腔體12內的壓強，等其穩定后，打開閥門11，即可進行下一期的生長操作。本專利技術一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的方法，采用噴淋溶劑溶解氯化銨固態沉積物并排除氯化銨溶液的方法，同時利用加熱干燥和氣體吹掃相結合的干燥及去除溶劑及蒸氣的方法，進行周期性地、較徹底地清除HVPE設備管道尾氣沉積物并對管道進行干燥及清潔，從而確保清潔后的整個反應腔體系統完全是在無氧環境下實現連續高效循環生長。附圖說明圖1是本專利技術一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的裝置結構框架圖。1：腔體與管道連接過渡區，11：閥門，12：反應腔體，13：管道，2：固態氯化銨處理系統，21：噴淋與吹掃裝置，22干燥用加熱器，3：廢液收集系統，31：閘閥，32：引流管，33廢液收集器，4：尾氣后處理系統具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案、設備特征及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術作進一步的詳細說明。應當理解，此處描述的具體實施例僅用以解析本專利技術，并不用于限制本專利技術的權利要求范圍。本專利技術提出的根據固態氯化銨的物理、化學特性，調控噴淋溶劑的流量與時間，溶解并清除固態氯化銨沉積物的裝置與方法，能從根本上解決HVPE尾氣系統管道被堵塞的問題，是一種高效清除固態氯化銨沉積物的新技術。本專利技術的技術方案，如同在前述
技術實現思路
中所述。以下通過實例對本專利技術做進一步的說明。實施例1一種清除HVPE設備尾氣管道沉積物的裝置及方法，該裝置包括：腔體與管道連接過渡區1、固態氯化銨處理系統本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的裝置，其特征在于，所述裝置包括：腔體與管道連接過渡區(1)、固態氯化銨處理系統(2)、廢液收集系統(3)及尾氣后處理系統(4)；所述腔體與管道連接過渡區(1)中設有閥門(11)，開啟它時反應腔體(12)和管道(13)之間完全連通，關閉它時反應腔體(12)和管道(13)之間完全被隔斷；所述固態氯化銨處理系統(2)，包括噴淋與吹掃裝置(21)和干燥用加熱器(22)，其結構為相對管道(13)水平向下傾斜一定角度；所述噴淋與吹掃裝置(21)，在其管內壁設有多個噴口，通過轉換，該噴口即可以噴淋溶解沉積物用的溶劑、也可以噴出吹掃管內的溶劑和蒸氣用的非活性氣體；所述廢液收集系統(3)，包括閘閥(31)、引流管(32)及廢液收集器(33)。

【技術特征摘要】
1.一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的裝置，其特征在于，所述裝置包括：腔體與管道連接過渡區(1)、固態氯化銨處理系統(2)、廢液收集系統(3)及尾氣后處理系統(4)；所述腔體與管道連接過渡區(1)中設有閥門(11)，開啟它時反應腔體(12)和管道(13)之間完全連通，關閉它時反應腔體(12)和管道(13)之間完全被隔斷；所述固態氯化銨處理系統(2)，包括噴淋與吹掃裝置(21)和干燥用加熱器(22)，其結構為相對管道(13)水平向下傾斜一定角度；所述噴淋與吹掃裝置(21)，在其管內壁設有多個噴口，通過轉換，該噴口即可以噴淋溶解沉積物用的溶劑、也可以噴出吹掃管內的溶劑和蒸氣用的非活性氣體；所述廢液收集系統(3)，包括閘閥(31)、引流管(32)及廢液收集器(33)。2.根據權利要求1所述的一種清除HVPE設備尾氣管道沉積物的裝置，其特征在于，所述固態氯化銨處理系統(2)，其相對管道(13)水平向下傾斜角度為10°～45°。3.根據權利要求1所述的一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的裝置，其特征在于，所述噴淋與吹掃裝置(21)，在其管內壁，所設噴口數目為1～1000個、噴口直徑為1μm～600μm。4.根據權利要求1所述的一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的裝置，其特征在于，所述閥門(11)和閘閥(31)，均采用抗氧化、耐高溫、抗應力和抗腐蝕性能優良的材料，其材質可以是但不限于英康乃爾合金。5.一種清除HVPE設備管道尾氣沉積物的方法，其特征在于：按以...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉南柳，李春霞，張國義，
申請(專利權)人：東莞市中鎵半導體科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44