压力平衡装置

技术领域

本发明涉及化学气相沉积(CVD)设备技术领域，尤其涉及一种用于CVD设备的压力平衡装置。

背景技术

第三代化合物半导体材料如GaN、SiC等的生长主要采用CVD设备，反应原理是反应气体流经被加热到反应温度的基片(即衬底)表面，发生化学生成单晶薄膜。反应气体的种类较多，进入反应腔时是以一定的时间顺序进入的，不同的外延层对应了不同类型的反应气体。外延单晶材料的一个重要的指标就是界面的陡峭度，也可以理解成每层材料的纯度，每层界面越陡峭越好。这就要求每种气体的纯度需要达到7N甚至9N，同时生长过程中对每种气体的开启和关闭必须做到独立而又平稳，不允许通一种气体时有另外的残余气体顺带通入。

在现实应用中，基本上都是用组合阀门进气的方式，反应气体被送入反应腔之前先通过旁通阀通入废气管道，其目的是让反应气体的浓度、温度、压力有一个稳定过程，在需要用到的时候开启主路阀同时关闭旁通阀，将气体切入反应腔。由于反应气体的量比较小，通过气路到达反应腔的时间较长，所以主路管道进气口需要有一定量的吹扫气体将反应气体快速送达反应腔。由于主路管道和废气管道通入的气体流量、管道大小等都存在差异，导致两管道内部存在压力差，气体切换的时候有交叉污染的风险，尤其是当废气管道压力大于主路管道的压力时，废气管道内的其他气体在切换的一瞬间可能会进入主路管道，造成生长的材料质量下降甚至报废。只有主路管道和废气管道压力相等时，被切换的气体才会在等压的条件下平稳地从废气管道切换至主路管道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压力平衡装置，能够保持主路管道和废气管道的压力始终平衡。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种压力平衡装置，包括：

主路管道，包括第一进气口和第一出气口，所述第一出气口与反应腔连通；

废气管道，包括第二进气口和第二出气口；

至少一个反应气体管道，每个所述反应气体管道包括第三进气口和第三出气口，所述第三出气口分别与第一支路和第二支路连接，所述第一支路和所述主路管道连接，所述第一支路内设置有主路阀，所述第二支路和所述废气管道连接，所述第二支路内设置有旁通阀；

压力传感器，设置在所述主路管道内，用于检测所述主路管道内的压力；

压力控制器，与所述压力传感器连接，设置在所述废气管道内，用于控制所述废气管道内的压力以使得所述废气管道内的压力与所述主路管道内的压力始终保持平衡。

在本发明的一具体实施例中，所述压力传感器设置在所述反应气体管道的上游。

在本发明的一具体实施例中，所述压力控制器设置在所述废气管道内靠近所述第二出气口的一端，且位于所述反应气体管道的下游。

在本发明的一具体实施例中，所述主路管道内设置有第一气体流量计，所述第一气体流量计用于控制所述主路管道内的气体流量。

在本发明的一具体实施例中，所述第一气体流量计设置在所述主路管道内靠近所述第一进气口的一端，且位于所述压力传感器的上游。

在本发明的一具体实施例中，所述废气管道内设置有第二气体流量计，所述第二气体流量计用于控制所述废气管道内的气体流量。

在本发明的一具体实施例中，所述第二气体流量计设置在所述废气管道内靠近所述第二进气口的一端。

在本发明的一具体实施例中，所述反应气体管道内设置有第三气体流量计，所述第三气体流量计用于控制所述反应气体管道内的气体流量。

在本发明的一具体实施例中，所述第三气体流量计设置在所述反应气体管道内靠近所述第三进气口的一端。

在本发明的一具体实施例中，所述反应气体管道有三个。

本发明的有益之处在于：

区别于现有技术，应用本发明的技术方案，压力传感器时刻检测主路管道内的压力并将该压力反馈给压力控制器，当主路管道内的压力大于废气管道内的压力时，压力控制器的阀门自动关小，废气管道内的压力上升直至与主路管道内的压力平衡，当主路管道内的压力小于废气管道内的压力时，压力控制器的阀门自动开大，废气管道内的压力下降直至与主路管道内的压力平衡，这样，形成一个闭环控制系统来保持主路管道和废气管道的压力始终平衡。本发明的压力平衡装置，系统较为简洁，性价比高；气体切换平稳，几乎无压力波动，所以编辑工艺时参数也会简化；无论各路气体流量怎么改变，废气管道内的吹扫气体的流量都不必要调整，大大节省了气体的消耗，降低了成本；响应速度快，无论各路气体流量怎么改变，主路管道和废气管道内的压力在秒钟之内都可以达到平衡；外延材料的界面陡峭、清晰，晶体质量优良；外延材料的缺陷更少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明压力平衡装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明压力平衡装置实施例包括：主路管道1、废气管道2、至少一个反应气体管道6、压力传感器5、压力控制器12。主路管道1包括第一进气口和第一出气口，第一出气口与反应腔14连通。废气管道2包括第二进气口和第二出气口13。反应气体管道6包括第三进气口和第三出气口，第三出气口分别与第一支路和第二支路连接，第一支路和主路管道1连接，第一支路内设置有主路阀8，第二支路和废气管道2连接，第二支路内设置有旁通阀9。压力传感器5，设置在主路管道1内，用于检测主路管道1内的压力。压力控制器12，与压力传感器5连接，设置在废气管道2内，用于控制废气管道2内的压力以使得废气管道2内的压力与主路管道1内的压力始终保持平衡。

应用本实施例的技术方案，压力传感器5时刻检测主路管道1内的压力并将该压力反馈给压力控制器12，当主路管道1内的压力大于废气管道2内的压力时，压力控制器12的阀门自动关小，废气管道2内的压力上升直至与主路管道1内的压力平衡，当主路管道1内的压力小于废气管道2内的压力时，压力控制器12的阀门自动开大，废气管道2内的压力下降直至与主路管道1内的压力平衡，这样，形成一个闭环控制系统来保持主路管道1和废气管道2的压力始终平衡。本实施例的压力平衡装置，系统较为简洁，性价比高；气体切换平稳，几乎无压力波动，所以编辑工艺时参数也会简化；无论各路气体流量怎么改变，废气管道2内的吹扫气体的流量都不必要调整，大大节省了气体的消耗，降低了成本；响应速度快，无论各路气体流量怎么改变，主路管道1和废气管道2内的压力在1秒钟之内都可以达到平衡；外延材料的界面陡峭、清晰，晶体质量优良；外延材料的缺陷更少。

在一实施例中，沿着气体流动的方向，压力传感器5设置在反应气体管道6(反应气体管道6通过第一支路与主路管道1相接的位置)的上游(图1中主路管道1内的气体是从左到右流动的，压力传感器5设置在反应气体管道6的左侧即为上游)。

在一实施例中，压力控制器12设置在废气管道2内靠近第二出气口13的一端，且沿着气体流动的方向，压力控制器12位于反应气体管道6(反应气体管道6通过第二支路与废气管道2相接的位置)的下游。

在一实施例中，主路管道1内设置有第一气体流量计3，第一气体流量计3用于控制主路管道1内的气体流量。具体地，第一气体流量计3设置在主路管道1内靠近第一进气口的一端，沿着气体流动的方向，第一气体流量计3位于压力传感器5的上游。

在一实施例中，废气管道2内设置有第二气体流量计4，第二气体流量计4用于控制废气管道2内的气体流量。具体地，第二气体流量计4设置在废气管道2内靠近第二进气口的一端。

在一实施例中，反应气体管道6内设置有第三气体流量计7，第三气体流量计7用于控制反应气体管道6内的气体流量。具体地，第三气体流量计7设置在反应气体管道6内靠近第三进气口的一端。

在一实施例中，反应气体管道6有三个，每个反应气体管道6的第三出气口分别与相应的第一支路和第二支路连接，第一支路和主路管道1连接，第一支路内设置有主路阀8，第二支路和废气管道2连接，第二支路内设置有旁通阀9。当然，反应气体管道6的数量不局限于此，可以视具体情况而改变。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。