一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置，所述源金属液化器位于高压气液混合雾化器之上，所述高压气液混合雾化器位于金属液回收系统之上，所述筛选器位于金属液回收系统的中部及以上，所述颗粒预处理器的进口与筛选器的出口连接，所述颗粒预处理器的出口与化合物反应器的入口相连，所述沉积生长器位于化合物反应器的底部。本实用新型专利技术使用高纯度源金属，使其熔化、液化，对液态金属通过气液混合、高压雾化，使液态金属转化为超细微的金属微滴。超细微的金属微滴进入化学物反应器，与反应气体进行反应，使其转化成化合物晶粒，而后堆积、热生长在设定的沉积槽(有衬底或无衬底)内，形成化合物块状晶体。

A Device for Preparing Multi-Compound Bulk Crystals Using Source Metals

The utility model discloses a device for preparing multi-component block crystals using source metals. The source metal liquefier is located on a high-pressure gas-liquid mixing atomizer, the high-pressure gas-liquid mixing atomizer is located on a metal liquid recovery system, the filter is located in the middle and above of the metal liquid recovery system, and the particles are pre-packed. The inlet of the processor is connected with the outlet of the filter, the outlet of the particle preprocessor is connected with the inlet of the compound reactor, and the deposition growth device is located at the bottom of the compound reactor. The utility model uses high purity source metal to melt and liquefy, and converts liquid metal into superfine metal droplets through gas-liquid mixing and high pressure atomization. Ultra-fine metal droplets enter the chemical reactor and react with the reaction gas to convert them into compound grains. Then they accumulate and grow in a set deposition tank (with or without a substrate) to form bulk crystals of compounds.

【技术实现步骤摘要】
一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置
本技术涉及一种粉末冶金技术，尤其涉及的是一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置。
技术介绍
多元金属化合物材料，因其特有的物理特征与工作特性，在电子、半导体领域有其重要用途。氮化铝(AlN)因其无毒不导电，并具有与铜相当的热导率，是光电器件封装中最理想的绝缘、散热材料；氮化镓(GaN)基合金是蓝色激光器、高亮度LED器件、高频功率器件的基础材料；碳化硅(SiC)电场击穿电压高，是制备大功率器件的优选材料；氧化镓(Ga2O3)因其制造成本低、优异的耐高压特性，受到人们越来越多的重视。目前，单晶、多元金属化合物衬底市场紧缺，价格昂贵、一货难求。通常，单晶、多元金属化合物衬底是由单晶、多元金属化合物块晶材料切割、打磨、抛光而成，由此，单晶、多元金属化合物块晶材料是生产单晶衬底的关键源体材料。典型的制备单晶、大厚度、多元金属化合物块晶材料方法为HVPE(氢化物气相外延)、MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)等。所谓外延是指在特定条件下，使物质的原子或分子有规则排列，定向生长在衬底的表面上，获得连续、完整的并与衬底晶格结构有对应关系的单晶层，称为外延层，而此过程称为外延生长；而MOCVD是在气相外延生长(HVPE)的基础上，发展起来的一种新型气相外延生长技术。无论HVPE法或MOCVD法，费时、效率低(生长速率：0.1-0.2mm/小时)，而且位错率高、微孔多。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于：如何提高多元化合物块晶的产率及品质，提供了一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置。本技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本技术的一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置，包括源金属液化器、高压气液混合雾化器、筛选器、金属液回收系统、颗粒预处理器、化合物反应器和沉积生长器；所述源金属液化器位于高压气液混合雾化器之上，所述高压气液混合雾化器位于金属液回收系统之上，所述筛选器位于金属液回收系统的中部及以上，所述颗粒预处理器的进口与筛选器的出口连接，所述颗粒预处理器的出口与化合物反应器的入口相连，所述沉积生长器位于化合物反应器的底部；所述源金属在源金属液化器内加热液化后进入高压气液混合雾化器内，形成雾化的金属液滴/颗粒，细微的金属液滴/颗粒在气流作用下进入颗粒预处理器，较大的金属液滴落下至金属液回收系统，细微的金属液滴/颗粒在颗粒预处理器内分段加热并与导入气体反应成为化合物颗粒并进入化合物反应器，化合物颗粒在化合物反应器与反应气体反应形成化合物晶粒，化合物晶粒均匀进入沉积生长器形成圆柱状化合物块晶。所述源金属液化器包括源金属真空容器、真空容器加热器和导流管，所述真空容器加热器设置在源金属真空容器的周围，真空容器加热器对源金属真空容器内的源金属加热至液化，所述导流管设置在源金属真空容器的底部，用于将源金属液体导入至高压气液混合雾化器。所述高压气液混合雾化器包括气液混合腔、高压雾化喷头和喷头堵塞防护器；所述气液混合腔设置在金属液回收系统顶部，所述气液混合腔与源金属液化器的底部连通，所述高压雾化喷头设置在气液混合腔的尾部，所述喷头堵塞防护器为环状气流斜孔设置在高压雾化喷头的周围。所述筛选器包括颗粒驱动气体通道和颗粒导引气体通道，所述颗粒驱动气体通道设置在金属液回收系统内壁的一侧；所述颗粒导引气体通道设置在金属液回收系统内壁的另一侧，所述颗粒导引气体通道为环状气流斜孔嵌入在颗粒预处理器入口的内壁处。所述金属液回收系统包括回收液容器、回收液容器加热器和金属液排料口，所述回收液容器位于源金属液化器的下方，所述回收液容器加热器位于回收液容器的周围，回收液容器加热器对回收液容器内的金属液进行加热、保温；所述金属液排料口位于回收液容器的尾部。所述颗粒预处理器包括颗粒加热腔、颗粒加热器、颗粒移动加速器和控制阀门，所述颗粒加热腔具有至少一个弯折处，所述颗粒加热腔的入口与金属液回收系统连通，出口与化合物反应器连接，所述颗粒加热器设置在颗粒加热腔的周围，在颗粒加热腔的前半段，加热温度在反应物的反应温度以下，在颗粒加热腔的后半段，加热温度使超细微金属液滴/颗粒的表面温度达到其反应温度以上，所述颗粒移动加速器设置在颗粒加热腔的中部或弯折处，所述控制阀门设置在颗粒加热腔的前端。所述化合物反应器包括化合物反应室、反应室加热器、隔离网栅、反应气体通道、排气出口；所述化合物反应室的顶部与颗粒预处理器的出口端连通，所述反应室加热器位于化合物反应室的周围，所述隔离网栅位于化合物反应器与沉积生长器之间；所述反应气体通道设置在化合物反应室的顶部，所述排气出口位于化合物反应室的中、上部。所述隔离网栅为具有多个均匀分布的网孔的平板，所述平板表面及网孔光滑。所述沉积生长器包括晶体生长室、生长室加热器和沉积槽，所述晶体生长室位于化合物反应室的下方，所述生长室加热器设置在晶体生长室的周围；所述沉积槽位于晶体生长室的底部。一种制备多元化合物块晶的方法，包括以下步骤：(101)对源金属进行抽真空、高温熔化处理，使其成为液态金属；(102)气液混合、高压雾化，使液态金属形成雾化的金属液滴；(103)筛选超细微金属液滴，导入超细微金属液滴进入颗粒预处理器，而较大的金属液滴下落至金属液滴回收系统的底部；(104)下落的金属液滴聚集在一起，经过回收，重新处理；(105)超细微金属液滴通过分段加热、旋转，进行预处理，形成部分反应或表面反应的化合物颗粒；(106)化合物颗粒在化合物反应器内，与反应气体一起继续反应，形成化合物晶粒，通过隔离网栅，进入沉积生长器；(107)化合物晶粒下降速率减缓、均匀扩散，而后缓缓下落，逐渐堆积、外延生长，生成圆柱状的化合物块晶。本技术相比现有技术具有以下优点：本技术使用高纯度源金属，使其熔化、液化，对液态金属通过气液混合、高压雾化，使液态金属转化为超细微的金属微滴。超细微的金属微滴进入化学物反应器，与反应气体进行反应，使其转化成化合物晶粒，而后堆积、生长在设定的沉积槽(有衬底或无衬底)内，形成化合物块状晶体，所有步骤一气呵成。所制成的化合物块晶则具有大尺寸和位错率低等特性，有效解决了利用其它方法，合成化合物块晶的生长速率低及微孔多等问题，适于批量生产。附图说明图1是本技术方法的流程图；图2是本技术装置的结构示意图；图3是源金属液化器的结构示意图；图4是高压气液混合雾化器的结构示意图；图5是筛选器的结构示意图；图6是金属液回收系统的结构示意图；图7是颗粒预处理器的结构示意图；图8是化合物反应器的结构示意图；图9是沉积生长器的结构示意图。具体实施方式下面对本技术的实施例作详细说明，本实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。如图2所示，本实施例包括源金属液化器210，高压气液混合雾化器220，筛选器230，金属液回收系统240，颗粒预处理器250，化合物反应器260及沉积生长器270；所述源金属液化器210位于高压气液混合雾化器220的上方，将源金属加热液化后输送到高压气液混合雾化器220；所述高压气液混合雾化器220设置在金属液回收系统240的顶部，高压气液混合雾化器220内的源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置，其特征在于，包括源金属液化器、高压气液混合雾化器、筛选器、金属液回收系统、颗粒预处理器、化合物反应器和沉积生长器；所述源金属液化器位于高压气液混合雾化器之上，所述高压气液混合雾化器位于金属液回收系统之上，所述筛选器位于金属液回收系统的中部及以上，所述颗粒预处理器的进口与筛选器的出口连接，所述颗粒预处理器的出口与化合物反应器的入口相连，所述沉积生长器位于化合物反应器的底部；所述源金属在源金属液化器内加热液化后进入高压气液混合雾化器内，形成雾化的金属液滴/颗粒，细微的金属液滴/颗粒在气流作用下进入颗粒预处理器，较大的金属液滴落下至金属液回收系统，细微的金属液滴/颗粒在颗粒预处理器内分段加热并与导入气体反应成为化合物颗粒并进入化合物反应器，化合物颗粒在化合物反应器与反应气体反应形成化合物晶粒，化合物晶粒均匀进入沉积生长器形成圆柱状化合物块晶。

【技术特征摘要】
1.一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置，其特征在于，包括源金属液化器、高压气液混合雾化器、筛选器、金属液回收系统、颗粒预处理器、化合物反应器和沉积生长器；所述源金属液化器位于高压气液混合雾化器之上，所述高压气液混合雾化器位于金属液回收系统之上，所述筛选器位于金属液回收系统的中部及以上，所述颗粒预处理器的进口与筛选器的出口连接，所述颗粒预处理器的出口与化合物反应器的入口相连，所述沉积生长器位于化合物反应器的底部；所述源金属在源金属液化器内加热液化后进入高压气液混合雾化器内，形成雾化的金属液滴/颗粒，细微的金属液滴/颗粒在气流作用下进入颗粒预处理器，较大的金属液滴落下至金属液回收系统，细微的金属液滴/颗粒在颗粒预处理器内分段加热并与导入气体反应成为化合物颗粒并进入化合物反应器，化合物颗粒在化合物反应器与反应气体反应形成化合物晶粒，化合物晶粒均匀进入沉积生长器形成圆柱状化合物块晶。2.根据权利要求1所述的一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置，其特征在于，所述源金属液化器包括源金属真空容器、真空容器加热器和导流管，所述真空容器加热器设置在源金属真空容器的周围，真空容器加热器对源金属真空容器内的源金属加热至液化，所述导流管设置在源金属真空容器的底部，用于将源金属液体导入至高压气液混合雾化器。3.根据权利要求1所述的一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置，其特征在于，所述高压气液混合雾化器包括气液混合腔、高压雾化喷头和喷头堵塞防护器；所述气液混合腔设置在金属液回收系统顶部，所述气液混合腔与源金属液化器的底部连通，所述高压雾化喷头设置在气液混合腔的尾部，所述喷头堵塞防护器为环状气流斜孔设置在高压雾化喷头的周围。4.根据权利要求1所述的一种使用源金属制备多元化合物块晶的装置，其特征在于，所述筛选器包括颗粒驱动气体通道和颗粒导引气体通道，所述颗粒驱动气体通道设置在金属液回收系统内壁的一侧；所述颗粒导引气体通道设置在金属液回收系统内壁的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张格梅，
申请(专利权)人：张格梅，
类型：新型
国别省市：安徽,34