一种多路配气方法及设备

技术领域

本发明总的来说涉及半导体设备技术领域。具体而言，本发明涉及一种多路配气方法及设备。

背景技术

在半导体设备中，进行多路比例配气是一个常见的需求，其中多路配气是指在给定总的质量流量之后，在多个出口处按照指定的比例进行分配。图1、图2、图3示出了现有技术中的多路比例配气的半导体设备的结构示意图。

如图1所示，美国专利“US20060216417A1”公开了一种气体进气装置控制系统(System for control of gas injectors)，其包括进气装置(Injector)、入口以及多个手动计量阀，其中由质量流量控制器(MFC)控制的入口给出总流量，并且通手动计量阀进行分配。然而该系统需要根据经验进行手动调节，无法量化自动调节。在一个设备上投入大量成本(衬底、反应气体、设备工时)确定的参数，在其它设备上无法直接实施，而需要花费大量的时间和成本重新调试。此外，虽然该系统可以通过电机推动手动计量阀的方式来控制开度，然而电机只能记录开度的位置(在该系统中为手动计量阀设置0.1至4.9的指示范围)，而难以实现真正的质量流量控制，工艺效果的发现较差。

如图2所示，美国专利“US20180135179A1”公开了一种气体进气装置及立式热处理设备(Gas Injector and Vertical Heat Treatment Apparatus)，其中通过设置有开孔和弯折的配气管道来进行质量流量的分配补偿，以使多个水平放置的衬底获得相同的流量。然而该设备存在实施弹性过小的问题，需要提前制备大量形状、开孔尺寸不同的配气管道以供调试，当工艺条件发生改变时，需要构造新的配气管道。并且由于配气管道的形状组合过多，使得试错情况复杂。

此外，现有技术中一个常见的多路比例配气的技术方案是将多个MFC串并联，其中通过一个MFC设定控制总流量，或者通过多个MFC将多种气体混合后进行总流量控制，并且在位于上游的控制总流量的一个或者多个MFC的下游设置多个并联的MFC，每个下游的MFC控制一个单独的出气口的流量，进而实现多路比例配气。然而该方案存在下列问题：

首先，上下游的MFC的流量输出并不严格相等，当下游MFC的出气与上游MFC的出气不相等的时，系统的中段由于流量不平衡将导致压力不稳定的问题。针对该问题，如图3所示，美国专利“US20170271184A1”公开了一种气体流量比例控制方法及部件(Methods andassemblies for gas flow ratio control)，其中使用背压阀BPC(backside pressurecontroller)替换下游的多个MFC的其中之一，当上游的多个MFC126的总流量与下游的多个MFC112的流量不相等时，通过背压阀114进行流量补偿。

此外，现有的MFC通常是基于压力控制的质量流量控制器。在确定的下游压力下，多个下游的MFC需要将MFC内部的压力控制阀调节至不同的压力。由于设备的下游出口处的压力通常受到反应腔体的工艺条件的限制，需要通过反应腔体的压力控制器来进行控制而无法由MFC进行调节，因此只能对上游的MFC的压力进行调节。然而，由于上游的MFC彼此连接，因此上游的压力调节将导致各个上游MFC的压力不符合控制算法的输出。当MFC之间的流量相差较多时，大流量MFC与小流量MFC之间的压力差将导致大流量MFC处的流量不足。如图3所示，将下游的多个MFC的其中之一替换为BPC仍难以解决该问题，而使用更多的BFC则会存在多个BFC的具体流量不可控的问题。

发明内容

申请人经过研究发现，现有技术中使用MFC串并联的多路比例配气的技术方案所存在的技术问题的原因在于：每个MFC是一个单点输入输出系统(SISO)，而比例质量流量控制系统是一个多输入多输出系统(MIMO)，将多个MFC(SISO)并联是对比例质量流量控制系统(MIMO)有损害的简化，产生过约束问题。如图3所示，多个个MFC(SISO)的并联产生了对背压的过约束，需要使用背压阀BFC减少约束条件。

为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种多路配气方法，包括：

对多个节流孔进行开度测试以构建数据库；

设置反应气体总流量Q

使反应气体进入压力分配容器，反应气体流经所述压力分配容器从节流孔的第一侧进入各个节流孔；

将所述反应气体总流量Q

使反应气体按照各个节流孔分配的流量Q

在本发明一个实施例中规定，对多个节流孔进行开度测试以构建数据库包括下列步骤：

将压力分配容器的入口处的压力设置为P

将除第i个节流孔以外的其它节流孔关闭，确定第i个节流孔在给定的第二侧压力P

确定第i个节流孔在各个流量下与P

对所有节流孔重复上述动作以建立自适应算法，并且构建数据库。

在本发明一个实施例中规定，将所述反应气体总流量Q

输入给定的总流量Q

通过所述数据库匹配初步的第i个节流孔的开口面积A

根据初步匹配的集合{P

通过神经网络算法或者其他自适应算法匹配更合理的{P

在本发明一个实施例中规定，对于阻塞流，根据下式确定通过第i个节流孔的流量Q

Q

其中，C表示第一相关系数、P

对于非阻塞流，根据下式确定通过第i个节流孔的流量Q

其中，C’表示第二相关系数、A

在本发明一个实施例中规定，在所述压力分配容器中设置容器压力计，通过所述容器压力计测量压力分配容器的入口处的压力P

通过测量与所述压力分配容器的入口处最接近的节流孔的第一侧的压力以确定所述压力分配容器的入口处的压力P

在本发明一个实施例中规定，通过多个质量流量控制器提供多个质量流量不同的反应气体并且进行混合并且设置反应气体总流量Q

在所述压力分配容器的入口处设置质量流量计，通过所述质量流量计设置反应气体总流量Q

在本发明一个实施例中规定，在所述压力分配容器的入口处设置调压阀，通过所述调压阀设置所述压力分配容器的压力P

在本发明一个实施例中规定，在每个节流孔的第一侧分别设置所述第一压力传感器以测量每个节流孔的第一侧的压力；和\或

在每个节流孔的第一侧分别设置所述第二压力传感器以测量每个节流孔的第二侧的压力。

在本发明一个实施例中规定，当通过各个节流孔的气流是阻塞流，或者当所述反应腔体的体积较大，各个节流孔的下游处的压力梯度较小时，将多个所述第二压力传感器合并以测量节流孔的第二侧的压力，或者使用反应腔体的腔体压力计PT

在本发明一个实施例中规定，使反应气体总流量最大值Q

其中多个并联的节流孔有着共通的上游和下游，乃至共享的温度传感器(集成在同一壳体)和/或者共享的上游或者下游的压力传感器，进而可以构成一个质量流量计以实现对单个节流孔的流量扩容。

对于开口面积可调节的节流孔或者层流元件来说，控制其通量是一个比较大的难点。对于一些特定结构的执行器(例如压电执行器、微机电执行器等)其执行行程或者运动段的可变物理距离非常短，因此其对应于节流孔100％开度的流量非常小。通过将多个节流孔相互并联，可以使这些节流孔的上游以及下游共通，并且可以共用温度传感器(集成在同一壳体内)，此外上游和\或下游可以共用压力传感器，多个节流孔的总流量Q

在该实施例中，该设备的目的不在于对总流量进行比例分配，而是形成一个对受执行器的行程限制受限的节流孔最大流量进行扩容进而实现更大的流量的质量流量计，扩容后的流量Q

本发明还提出一种多路配气设备，该设备被配置为执行所述方法的步骤。

本发明至少具有如下有益效果：本发明提出一种多路配气方法及设备，该方法通过调节各个节流孔的开口面积A

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1-3示出了现有技术中的多路比例配气的半导体设备的结构示意图

图4示出了本发明一个实施例中一个单路进气的多路比例配气设备的结构示意图。

图5示出了本发明一个实施例中一个节流孔的示意图。

图6示出了本发明一个实施例中一个多路进气的多路比例配气设备的结构示意图。

图7示出了本发明一个实施例中一个独立控制的多路比例配气设备的结构示意图。

图8A-B示出了本发明一个实施例中一个垂直炉管的结构示意图。

图9示出了一个垂直炉管中气体流动路径的示意图。

图10示出了本发明一个实施例中一个基于独立控制的多路比例配气设备的垂直炉管的示意图。

图11示出了本发明一个实施例中一个与进气装置整合在一起多路比例配气设备的结构示意图。

图12示出了本发明一个实施例中一个布置有与进气装置整合在一起多路比例配气设备的反应腔体的示意图。

图13示出了本发明一个实施例中一个节流孔处的示意图。

图14示出了本发明一个实施例中一个阻塞流的压力与流量的变化示意图。

图15A-B示出了本发明的实施例中布置在管道中的层流元件的示意图。

图16A示出了本发明一个实施例中一个层流元件的结构示意图。

图16B示出了本发明一个实施例中一个外筒部件的结构示意图。

图16C示出了本发明一个实施例中一个外筒部件的俯视图。

图16D示出了本发明一个实施例中一个内锥部件的结构示意图。

图17示出了本发明一个实施例中流经层流元件的气流示意图。

图18示出了本发明一个实施例中一个多路配气方法的流程示意图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

图4示出了本发明一个实施例中一个单路进气的多路比例配气设备的结构示意图。如图4所示，该设备可以包括压力分配容器401、多个节流孔(4021、4022...402i...402n)、反应腔体403、控制单元(Controller Un i t)404、质量流量计(MFC，Mass Flow Meter)405以及真空泵(Vaccum Pump)406。图6示出了本发明一个实施例中一个多路进气的多路比例配气设备的结构示意图，相比于图4中的单路进气设备，该设备在上游可以设置多个MFC将多种不同质量、流量的反应气体混合，形成一个需要进行比例分配的总气体，并且在下游根据指定的质量比例在多个端口进行分配输出。总气体经过质量流量计405进入压力分配容器401，其中在多路进气的设备中质量流量计405不是必需的。

所述压力分配容器401可以是气管(Pipe Tube)或者进气装置(Injector)中的预设通道，其被构造为使得位于所述压力分配容器40的下游或者出口处的各个节流孔402i的压力接近，例如可以减少所述压力分配容器401的弯折，将所述压力分配容器401的入口设置在相对于多个出口的中心处，并且在可能的情况下使用最大的容器内径。所述压力分配容器401的出口处设有调压阀，通过所述调压阀可以将压力分配容器401的入口处压力调节为P

在所述压力分配容器401的出口处设置多个节流孔402i。图5示出了本发明一个实施例中一个节流孔的示意图。如图5所示，所述节流孔402i的开口面积A

当由于所述压力分配容器401过长或者过细产生巨大压降，或者由于所述压力分配容器401的下游的各个节流孔402i之间的开口面积的差别较大导致产生巨大压降，进而使得所述压力分配容器401的均压效果不良时，需要在各个节流孔402i的上游处分别设置上游压力计(PT，Pressure Transducer)(PT

反应腔体403的内设有腔体压力计PT

本发明提出一种多路比例配气设备，在该设备中，多个节流孔(4021、4022...402i...402n)的上游与压力分配容器401(PDV，Pressure Distribution Vessel)连接。压力分配容器401的入口处设有阀门，该阀门可以将压力分配容器401的入口处压力调节为P

不同于传统的使用压力调节阀控制MFC的压力梯度进而控制流量的技术方案，本发明通过调节节流孔(Variable Opening Orifice)的开口面积A

该设备中多路比例配气的部分(也就是说压力分配容器401以及多个节流孔(4021、4022...402i...402n))可以是类似多个MFC的布置方式，通过管道将多个独立控制的节流孔402i连接至反应腔体；也可以与进气装置整合在一起，也就是说进气装置可以设有n个喷嘴(Nozzle)，每个喷嘴的内部设有节流孔以及上游压力计，并且将压力分配容器401通过管道或者VCR接头等方式与进气装置内部的节流孔以及上游压力计连接，进一步地，压力分配容器401也可以是预设在进气装置内部的管道，并且压力分配容器401的压力计可以位于在进气装置的内部。

图7示出了本发明一个实施例中一个独立控制的多路比例配气设备的结构示意图，其中以三路出气管道为例，也就是说将一路质量流量给定的总气体进气后根据工艺需求按照比例分配给三路出气管道。压力分配容器401处设有调压阀以使压力分配容器401的入口处的压力稳定为P

所述独立控制的设备的体积排列可以非常紧凑，其中Semi规格1.125寸表面贴装器件的间距可以为28mm，3/8英寸管道直径可以仅仅为9.525mm，1/4英寸管道直径可以为6.35mm。节流孔4021-4023的压缩管路应当尽可能的平行布置，压缩管路之间的间距可以为1xmm(3/8管径)或者8-10mm(1/4管径)以减少压降ΔP

所述压力分配容器401的下游设有节流孔4021-4023，所述节流孔(ViableOpening Orifice)也可以替换为开度可调节的层流元件(Variable Opening LFE)。在该设备中，由于节流孔4021-4023的下流的管路的P

在本发明的实施例中，如图6所示的多路进气的多路比例配气设备中的反应腔体403可以是垂直炉管。图8A-B示出了本发明一个实施例中一个垂直炉管的结构示意图，相比于图6，图8A-B中的垂直炉管内从上至下设有多层水平放置的衬底801，所述衬底801可以放置在衬底托架(也可以是片盒或者花篮)上。可以在石英管或者金属腔体(钟罩)内设置石英、石墨或者陶瓷高温衬里以构造所述垂直炉管的反应腔体403。所述垂直炉管通过感应红外灯或者电阻加热器进行加热。所述衬底托架可以是可旋转的，衬底托架上可以布置基座，所述基座可以是涂层石墨盘，衬底托架的每一层上可以布置多片衬底。压力分配容器401的出气口的数量与衬底801的层数接近。每个节流孔402i可以对应多个出气口，也就是说一个节流孔可以控制多个出气口以控制成本。所述垂直炉管内可以设置等离子源或者等离子发生器，所述垂直炉管可以进行热催化剂加速反应。所述垂直炉管可以用于原子层沉积(ALD)或者化学气相沉积(CVD)。该设备可以设置多个压力分配容器401，以实现对多种气体种类的快速切换。不同衬底之间具有不同的垂直高度，对应多个开口，对应层流中不同高度层的流体。多个节流孔可以与水平方向的排气口一一对厘。

相比于传统的通过多个MFC进行多路比例配气的设备，所述炉管中的节流孔或者层流元件相比于传统的MFC更靠近反应腔体，因此在切换气体时，节流孔与反应腔体之间的残余气体(Residual Gas)更少。图9示出了一个垂直炉管中气体流动路径的示意图，其中路径901表示气体根据本发明从节流孔流向排气口的路径，路径902表示传统的设备中气体流经的路径。如图9所示，相比传统的设备，在本发明中反应气体流经的路径会短很多，对于布置有100片以上衬底的大型炉管来说，反应气体流动至最远端的衬底时多流经的路径可以在1m以上。假设多流经的路径将多带来1s的反应气体的停留时间，在一次ALD循环中第一前驱物、第二前驱物、两次吹扫气体将合计增加4s的时间。传统的设备中一次ALD循环例如需要12s，使用本发明可以将循环时间缩短为8s，提升了1/3的产能。

并且在传统的设备中，当阀门关闭时，可能有长达1m的配气管道中残留有残余气体(Residual Gas)，残余气体会影响下一次进气的进气量分配，并且可能发生分解。特别是在炉管中，当周围环境温度过高时会大大增加残余气体的分解概率。本发明通过减少反应气体的流动途径，可以大大减少残余气体的残留。此外，当炉管中吹扫不充分、吸附不足或者前驱体不足时将对膜厚产生影响。而本发明可以实现对每一片衬底的精确配气，因此可以解决大型多片ALD炉管对于衬底上气流控制的问题。

在本发明的实施例中，如图7所示的独立控制的多路比例配气设备中的反应腔体可以是垂直炉管。图10示出了本发明一个实施例中一个基于独立控制的多路比例配气设备的垂直炉管的示意图，相比于图7，节流孔4021-4023与进气装置(Injector)连接，每个节流孔控制两片衬底。

图11示出了本发明一个实施例中一个与进气装置整合在一起多路比例配气设备的结构示意图。如图11所示，在进气装置的右侧设有多个MFC，将多路不同的气体混合后送入进气装置，可以通过调压阀或者其它方式将进气装置的入口处压力稳定为P

该设备相比于通过手动计量阀进行配气的设备可以实现真正的比例流量控制，使调节工艺的再现性、重复性大大提高。相比于通过多个MFC进行配气的设备，该设备不需要控制喷口上游的背压，去掉了多个MFC的背压约束，管道的压降ΔP

图12示出了本发明一个实施例中一个布置有与进气装置整合在一起多路比例配气设备的反应腔体的示意图。如图12所示，该设备中反应腔体可以是石英腔体或者金属腔体(例如钟罩)，在石英腔体或者金属腔体的内部设有石英、石墨或者陶瓷高温衬里。反应腔体中可以布置基座1201或者静电吸盘(E-Chuck)，所述基座1201可以是可旋转的，在所述基座1201上可以水平布置一层衬底，该层衬底可以包括一片或者多片。在基座1201的侧面可以布置侧面进气装置1202(V00 Side Injector)使反应气体从水平方向流经衬底。反应腔体可以通过感应、红外灯或者电阻加热器进行加热。

所述水平进气装置可以设有多个水平出气口以使反应气体分区流过衬底表面。所述侧面进气装置1202可以是图11所示的进气装置，其中可以通过节流孔以及压力分配容器进行质量流量比例控制。在所述侧面进气装置1202的上游可以通过多个MFC将两种以上反应气体混合。反应腔体内设有等离子源或者等离子发生器，在反应腔体内可以进行热催化剂加速反应，所述反应腔体可以用于原子层沉积(ALD)或者化学气相沉积(CVD)。所述反应腔体内可以设置真空泵或者排气装置，并且可以设置压力控制装置。易于理解的，所述侧面进气装置1202也可以是图7所示的独立控制的多路比例配气设备。

在所述基座1201的上方还可以布置上方进气装置1203(VOO Top Injector)。所述上方进气装置1203可以设置多个通过独立的节流孔进行流量比例控制的出气口，其中每个独立的节流孔的下游可以设置多个出气口。所述上方进气装置1203可以对反应腔体的顶部进行吹扫以控制水平进入的反应气体的边界层高度，其中上方进气装置1203可以通过弥漫控制来进气。

在传统的配气设备中，配气长管中容易产生气体的死角、迟滞、来回回旋、出气不均匀等问题，影响工艺的进行。为了抑制这些气流现象，现有技术中通常通过改变管道的形状、流向、拓扑、管径以及开孔等方式来解决上述问题，然而这些技术方案在解决一个问题的同时往往会带来新的问题。例如图2所示的现有技术中通过增加180度的气流折返来实现质量流量的分配补偿，但也延长了气流流经的路径长度，增加了进气装置内部滞留的残余气体的体积和摩尔量，造成了的新的问题。而使用本发明可以从原理性上来实现配气的一致性并且满足气流无迟滞、死角等要求。

图18示出了本发明一个实施例中一个多路配气方法的流程示意图。如图18所示。该方法可以包括下列步骤：

步骤1801、对多个节流孔进行开度测试以构建数据库。

步骤1802、设置反应气体总流量Q

步骤1803、使反应气体进入压力分配容器，反应气体流经所述压力分配容器从节流孔的第一侧进入各个节流孔。

步骤1804、将所述反应气体总流量Q

步骤1805、使反应气体按照各个节流孔分配的流量Q

下面具体说明本发明中的多路配气方法。

在本发明中对于阻塞流(Choked Flow)和非阻塞流(Non Choked Flow)使用不同的计算方式。下面对阻塞流以及非阻塞流做介绍。

声速的计算公式可以表示为下式：

其中c表示声速、K

对于气体，由于声波在气体的传播可以看成是绝热压缩，因此气体的刚度系数K可以通过对公式PV

将K＝γP带入声速的计算公式，可以得到下式：

由于温度不变的情况下，气体的压强和密度成正比，所以两者正好抵消，因此声速和压强无关。除了压强，能影响密度的只有温度以及气体分子质量。由于温度越高密度越小，因此温度越高声速越大。由于气体分子质量越小密度越小，所以越轻的气体(例如氢气)声速也越大。

由于声速与压强无关，因此可以将声速的计算公式表示为下式：

其中k表示玻尔兹曼系数，T表示温度，m表示气体分子质量，温度越高，气体分子质进越小，声速越快。

阻塞现象是指当管道中的某一截面处的流速达到声速时，无论管道出口外的压强如何降低，在声速截面之前的气流的流速、压强都不再发生变化，流量也因此保持不变。容易形成阻塞流的场合有许多种，常见的有超声速风洞(见风洞)起动阻塞、飞机进气道阻塞、摩擦管阻塞以及加热管阻塞。

以飞机进气道中的阻塞为例，当进气道远前方气流马赫数Ma

图13示出了本发明一个实施例中一个节流孔处的示意图。如图13所示，对于可压缩的流体，如果节流孔的进气口的压力P

图14示出了本发明一个实施例中一个阻塞流的压力与流量的变化示意图。其中流体的阻塞点由液体的压力恢复因子F

F

其中，F

在节流孔处的阻塞临界压力P

其中，n表示等熵膨胀/压缩的指数。对于热系统中的理想气体，n是比热的比值：n＝C

对于空气，临界压力比值的计算可以表示为：

其它气体的n与临界压力比值之间的对应关系可以为1.1135、0.577；1.300、0.546；1.400、0.528；1.667、0.487。

通过节流孔的阻塞流，也就是说最小压力等于临界压力的声速流流经节流孔的质量流量可以表示为下式：

其中，m

对于非阻塞流的情况，节流孔的上下游的压力函数

非阻塞流的节流孔处，流量

根据上式可知，在P

在非阻塞流中，流量受节流孔出口处的音速的限制，当上游压力P

对于阻塞流，当Q

当流经节流孔402i处的气流为阻塞流(Choked Flow)时，节流孔402i处的流量Q

其中，ΔP表示压降(Pa)、V表示流速(m/s)、f表示摩擦系数、L表示管路长度(m)、ρ表示流体密度(kg/m

在所述多路比例配气设备运行时，通过MFM或者多个MFC设置总质量流量(TotalMass Flow)Q

将除节流孔402i外的其它节流孔关闭，对节流孔402i进行开度测试，其中根据上游的MFC或者MFM的计量数值确定节流孔402i在给定的P

输入给定的总流量Q

根据初步匹配的集合{P

在本发明中，节流孔(Orifice)可以替换为层流元件(LFE，Laminar FlowElement)。图15A-B示出了本发明的实施例中布置在管道中的层流元件的示意图。如图15A-B所示，所述层流元件可以是布置在管道中的同心环、等距布置的层流片或者蜂窝流道等。层流元件中的流量Q可以通过下式计算：

其中，ΔP表示管道上的压降、D表示管道的直径、μ表示流体的黏度、L表示管道的长度、k表示计算系数。

所述层流元件的结构可以是隔膜阀或者波纹管阀。图16A示出了本发明一个实施例中一个层流元件的结构示意图。如图16A所示，所述层流元件可以包括内锥部件1601以及外筒部件1602。图16B示出了本发明一个实施例中一个外筒部件的结构示意图，图16C示出了本发明一个实施例中一个外筒部件的俯视图，图16D示出了本发明一个实施例中一个内锥部件的结构示意图。如图16A-D所示，所述外筒部件1602的内径可以与所述内锥部件1601的外径相同，所述内锥部件1601上可以设有多个第一层流片，所述外筒部件1602的筒壁的内侧可以环绕布置多个第二层流片。其中所述内锥部件1601可以嵌入所述外筒部件1602，并且使所述第一层流片与所述第二层流片相嵌合。在所述外筒部件1602上设有开孔，所述第一层流片以及所述第二层流片将流体的流态从湍流整流为层流。通过调节所述内锥部件1601嵌入所述外筒部件1602的深度，可以调节所述层流元件的开口面积，当所述内锥部件1601与所述外筒部件1602完全嵌合时，层流元件的开口面积下降为0，也就是说完全闭合。当外筒部件1602以及内锥部件1601上没有设置层流片时，易于理解的，该器件是本发明提出的开口面积可调节的节流孔(VOO)的一个实施例。

图17示出了本发明一个实施例中流经层流元件的气流示意图，如图17所示，气流可以按照路径1701从层流元件的上游流向下游。其中在层流元件的上游和下游可以通过差压式压力计测量上下游之间的压差ΔP＝P

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。