專利名稱：調(diào)節(jié)高溫－汽相－過程的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到調(diào)節(jié)高溫-汽相-過程的方法，特別是CVD，LPCVD(低壓化學(xué)汽相沉積)或者CVI，借助于紅外-光譜學(xué)求出的測(cè)量曲線為基礎(chǔ)，這個(gè)曲線至少有對(duì)于調(diào)節(jié)過程有特征的與測(cè)量曲線背景有偏差的光譜區(qū)(最高峰)。
一般來說化學(xué)的化合物具有高特性的紅外光譜，其結(jié)構(gòu)比可見光或者紫外光的光譜更細(xì)。因此當(dāng)識(shí)別化學(xué)化合物時(shí)常常將紅外光譜用作為定性分析的輔助手段，此時(shí)將被測(cè)量的包括有感興趣化學(xué)化合物的光譜與所謂的參考光譜進(jìn)行比較和通過形成商數(shù)/光譜除法又得到吸收光譜，吸收光譜有可能說明關(guān)于準(zhǔn)備檢查的化學(xué)化合物。
因?yàn)榛瘜W(xué)化合物的有特征的光譜區(qū)，也就是說最高峰隨著溫度顯著地變化，因此要求對(duì)于每個(gè)溫度求出在這個(gè)溫度下進(jìn)行過程的參考曲線。這同樣適合于如果紅外光譜是在不同設(shè)備上被測(cè)量和被過程的。
在US5,175,017或者JP07-90593A或者JP03-193863A中已知過程調(diào)節(jié)是借助于光譜儀數(shù)值的EDV-處理的。關(guān)于過程調(diào)節(jié)方法的概況，這也包括光譜學(xué)可以從US-ZJ.Vak.科學(xué)技術(shù)。13(4)卷1995年7月/8月，1917-1923頁中獲悉。US4,148,931建議了廢氣流中的IR-光譜學(xué)的調(diào)節(jié)過程。
以下問題以本發(fā)明為基礎(chǔ)，將開始敘述方式的一種方法這樣擴(kuò)展，借助于紅外光譜學(xué)可以將高溫-汽相-過程，特別是CVD-，LPCVD-和CPI-過程，而且在過程期間隨著溫度變化最佳地和很快地進(jìn)行調(diào)節(jié)，使汽相過程最佳化或者使廢氣中特別有害的化學(xué)化合物的量減少。
按照本發(fā)明此問題原則上是這樣解決的，直接從測(cè)量曲線上以有特征的光譜區(qū)(最高峰)的開始值和結(jié)束值為基礎(chǔ)計(jì)算出一條直線和將過程調(diào)節(jié)通過在直線上面的光譜區(qū)的積分或者通過確定在直線上面的光譜區(qū)的最大高度或者以光譜區(qū)與直線的其他有特征的量為基礎(chǔ)進(jìn)行的。
其中特別考慮了在計(jì)算直線之前將測(cè)量曲線進(jìn)行光整，即將噪聲顯著減小。此時(shí)光整可以用Kiniz提出的公式Ai=116(A(i-2)+4A(i-1)+6A(i)+4A(i+1)+A(i+2))]]>進(jìn)行，其中Ai是準(zhǔn)備光整的值(也就是說目前情況下是最高峰)和A(i-x)或者A(i+x)表示在值A(chǔ)i前面的或者后面的值。
通過按照本發(fā)明的理論有可能與隨著溫度變化的光譜背景無關(guān)持續(xù)地接收和處理紅外光譜，這樣在避免各個(gè)準(zhǔn)備測(cè)量的溫度的參考光譜情況下進(jìn)行過程調(diào)節(jié)成為可能。
因此可以在直接計(jì)算出直線以后，這等于合成背景，在直線和最高峰之間得出有特征的值的基礎(chǔ)上對(duì)過程的重要參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在反應(yīng)容器中的壓力，過程氣體的氣體速度，其濃度和/或在反應(yīng)空間的溫度本身均屬于這些參數(shù)。
在按照本發(fā)明理論基礎(chǔ)上不再要求，在改造之后，當(dāng)過渡到其他過程設(shè)備和特別是過渡到為其他的或者變化的溫度時(shí)在原本的測(cè)量之前設(shè)立不同溫度的所謂的背景數(shù)據(jù)庫(kù)，以便將實(shí)際測(cè)量的曲線被這樣得到的參考曲線除。因此不需要任何匹配在連續(xù)過程期間也可以確定氣體成分。這特別是這種情況，如果有特征的光譜區(qū)，即主最高峰是已知的，則因此可以與參數(shù)無關(guān)地和也可以與進(jìn)行的高溫-氣相-過程無關(guān)地進(jìn)行直接處理和因此可以進(jìn)行過程調(diào)節(jié)。用這種方法可以毫無問題地對(duì)于PyC-涂層或者SiC-涂層的PyC-設(shè)備或者CVD-設(shè)備，LPCVD-設(shè)備或者CVI-設(shè)備進(jìn)行最佳化或者進(jìn)行監(jiān)控。
按照本發(fā)明的方法特別是可以使用在調(diào)節(jié)廢物焚燒如垃圾焚燒過程中，在其中作為調(diào)節(jié)量是以對(duì)于環(huán)境有害的氣體如二惡英測(cè)量曲線的有特征的光譜區(qū)為基礎(chǔ)的。
在CVD-過程(化學(xué)汽相沉積)中為了用碳化硅(SiC)進(jìn)行碳或者石墨材料的表面涂層可以有益的以廢氣流中例如HCl和/或CH4和/或CH3SiCl3和/或HSiCl3和/或SiCl2和/或SiCl4的被測(cè)量的有特征的最高峰為基礎(chǔ)作為調(diào)節(jié)量。
為了確定測(cè)量曲線可以測(cè)量存在于反應(yīng)容器中的元素例如石墨板發(fā)射的IR-射線，其中特別是以通過反應(yīng)容器的廢氣發(fā)射的IR-射線為基礎(chǔ)。用這種方法可以通過調(diào)整過程參數(shù)以保證例如在環(huán)境中減少?gòu)U氣中聚氯合物(Polychlorsilanen)的量，以避免復(fù)雜的再處理。也可以調(diào)節(jié)沉積率，這樣就可以借助于按照本發(fā)明的方法使CVD-過程最佳化。同樣適合于CVI(化學(xué)汽相滲入)-過程和高溫石墨-涂層(PyC)的最佳化。
然而按照本發(fā)明的方法不僅限于紅外-測(cè)量，在其中射線是從一個(gè)物體上發(fā)射的。所有已知的紅外光譜學(xué)-方法都是可以使用的，用其接收發(fā)射光譜，透射光譜或者反射光譜。
本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)，優(yōu)點(diǎn)和特征不僅從權(quán)利要求中得到，準(zhǔn)備獲悉的特征本身和/或組合，而且也從后面附圖的敘述中獲悉優(yōu)異的實(shí)施例。
附圖表示附

圖1入射的/紅外-測(cè)量曲線，附圖2具有合成背景的測(cè)量曲線，附圖3由附圖2測(cè)量曲線以合成背景為基礎(chǔ)計(jì)算出的吸收光譜，附圖4吸收曲線依賴于溫度進(jìn)行變化在CDV-過程中為了用SiC進(jìn)行碳或者石墨材料的涂層，附圖5反應(yīng)容器的一部分和附圖6電路框圖。
為了用碳化硅(SiC)進(jìn)行碳或者石墨材料的涂層可以使用熱的CVD(化學(xué)汽相沉積)-方法，其中例如將SiHCl3或者SiCl4在H2-氣氛中在900°至1350°C在反應(yīng)空間中進(jìn)行還原和通過在基質(zhì)上的沉積形成SiC-涂層。也可以用CH3SiCl3或者SiH4和CH4代替MTS。然而就這方面來說可以參考用于SiC沉積的足夠的CVD-方法。
將用FTIR(傅立葉變換-IR-光譜學(xué))-測(cè)量求出的測(cè)量曲線表示在附圖1上。將強(qiáng)度相對(duì)于光波數(shù)cm-1劃在附圖上。當(dāng)然光波數(shù)也可以用波長(zhǎng)或者頻率代替。
從附圖1的測(cè)量曲線中人們看到，這個(gè)包括所謂的最高峰的有特征的光譜區(qū)，這個(gè)最高峰是一定化學(xué)化合物的特征。最高峰的位置是已知的，這樣在位置改變基礎(chǔ)上可以進(jìn)行CVD-過程調(diào)節(jié)。此外按照當(dāng)代技術(shù)水平將在一定溫度時(shí)的被測(cè)量的測(cè)量曲線與不進(jìn)行CVD-過程的參考曲線進(jìn)行比較。從曲線的商中求出最高峰有特征的數(shù)值，以便可以說明過程。
在過程中如果溫度變化，則要求對(duì)于每個(gè)溫度將專門的參考曲線，所謂的背景曲線與實(shí)際被測(cè)量的測(cè)量曲線進(jìn)行比較，因此則必須提供廣泛的背景數(shù)據(jù)庫(kù)。而且當(dāng)設(shè)備更換時(shí)也要求提供各個(gè)有特征的背景曲線即參考曲線。
在附圖4上示范性地表示了當(dāng)化學(xué)化合物HCl，Cl4，(MTS)，HSiCl3，SiCl2和SiCl4用SiC對(duì)碳或者石墨進(jìn)行CVD-涂層方法時(shí)有特征最高峰的變化。人們可以看出，例如對(duì)于HCl有特征最高峰隨著溫度的增加(T1＜T2＜T3＜T4)而減小，相反SiCl2的強(qiáng)度卻增加。
按照本發(fā)明安排了不再要求進(jìn)行專門的背景測(cè)量，即存儲(chǔ)背景曲線，以便與實(shí)際的測(cè)量曲線進(jìn)行比較。而是從數(shù)據(jù)測(cè)量的測(cè)量曲線中計(jì)算出所謂的合成背景和以這個(gè)作為確定準(zhǔn)備檢測(cè)的光譜區(qū)有特征的量，即最高峰的基礎(chǔ)，以便得到吸收光譜，可以將這個(gè)使用在直接的調(diào)節(jié)過程。
這樣在附圖2上表示了試驗(yàn)測(cè)量的測(cè)量曲線10，其中將強(qiáng)度記錄在光波數(shù)的上面。測(cè)量曲線10包括兩個(gè)有特征的最高峰12和14，將這些可以使用在控制或者調(diào)節(jié)過程。此外有益地考慮了各個(gè)最高峰12，14前面和后面的測(cè)量點(diǎn)20，22，24，26上的各個(gè)6個(gè)測(cè)量點(diǎn)，在其上計(jì)算出直線16，18，這相當(dāng)于合成背景，即相當(dāng)于參考測(cè)量的背景，這是以相應(yīng)的設(shè)備按照附圖2測(cè)量曲線為基礎(chǔ)的溫度時(shí)得到的和存儲(chǔ)的。
從直線16，18和最高峰12，14之間的商中計(jì)算出吸收光譜，這可以從附圖3中獲悉。將附圖2上準(zhǔn)備獲悉的最高峰12，14的高度相對(duì)于光波數(shù)記錄在附圖3上。從吸收最高峰12，14于是可以進(jìn)行過程調(diào)節(jié)，在其中例如當(dāng)用SiC進(jìn)行碳或者石墨涂層時(shí)可以利用SiCl4(氯化硅)作為有特征的最高峰，即使在廢氣中出現(xiàn)最小數(shù)值時(shí)。
在計(jì)算由直線16，18代表的合成背景之前，可以將測(cè)量曲線進(jìn)行光整，和按照公式Ai=116(A(i-2)+4A(i-1)+6A(i)+4A(i+1)+A(i+2))]]>
其中Ai是準(zhǔn)備光整的值，即最高峰12，14和A(i-x)或者A(i+x)是直接在準(zhǔn)備光整的值前面和后面的單個(gè)的測(cè)量值20，22，24，26。有益的是任何情況下利用各個(gè)準(zhǔn)備光整的值3個(gè)前面的和3個(gè)后面的值，準(zhǔn)備光整的值在附圖2上是用20，22或者24，26表示的。
當(dāng)然這種方法的先決條件是從測(cè)量曲線10中得到的最高峰明確地屬于一定的化學(xué)化合物。如果作為主最高峰相應(yīng)標(biāo)志的光譜區(qū)是已知的，可以從準(zhǔn)備處理的主最高峰與所使用的設(shè)備無關(guān)可以直接調(diào)節(jié)過程。因此可以毫無問題地將PyC-或者CVD-，LPCVD-或者CVI-設(shè)備為了PyC-或者SiC-涂層進(jìn)行最佳化或者進(jìn)行檢測(cè)。
在附圖5上表示了反應(yīng)空間28中的一部分，在其中在碳或者石墨的基質(zhì)上進(jìn)行SiC涂層。此外將反應(yīng)空間28調(diào)整例如溫度為1300℃，壓力例如＜13.33×103Pa。此外將所希望一定量的硅烷如甲醛氯化物和氫輸入到反應(yīng)空間28中，以便在石墨或者碳基質(zhì)上沉積SiC。
為了將硅烷沉積在基質(zhì)上和因此形成碳化硅或者確定在廢氣中爆炸的聚氯硅烷的成分，在排氣管30下面有一個(gè)接收反應(yīng)空間溫度的物體如石墨板32，將其通過排氣管30發(fā)射的IR-射線被FTIR-光譜分析儀34測(cè)量。然后從測(cè)量曲線中按照本發(fā)明方法在有特征的最高峰12，14區(qū)中求出合成背景，以便按照附圖3計(jì)算出吸收光譜和用吸收光譜控制過程。當(dāng)然從測(cè)量曲線本身也有可能在計(jì)算出直線16，18之后推導(dǎo)出調(diào)節(jié)過程的數(shù)值。
通過按照本發(fā)明方法下面將測(cè)量曲線10中的最高峰12，14“剪下”，從最高峰12，14的開始值和終點(diǎn)值20，22，24，26中確定直線公式，這是借助于在最高峰12，14區(qū)的理論背景計(jì)算出的。將合成背景16，18與試驗(yàn)確定的最高峰12，14之間求商確定最高峰或者最高峰面積。對(duì)于每個(gè)最高峰計(jì)算出一個(gè)自己的背景，其中只將直接在最高峰12，14的開始和終點(diǎn)上存在的實(shí)際測(cè)量數(shù)值作為確定直線16，18的基礎(chǔ)。
通過按照本發(fā)明方法有可能與隨著溫度而改變的光譜背景無關(guān)的連續(xù)地接收和處理紅外光譜。因此在試驗(yàn)的實(shí)際被測(cè)量的光譜基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)過程本身是可能的。直接與被求出的數(shù)值有關(guān)地，這等于在線-過程，可以調(diào)節(jié)和可以控制所有重要的參數(shù)如容器壓力，氣體速度，過程氣氛的濃度和溫度。
按照本發(fā)明的理論有可能，在改裝以后或者當(dāng)設(shè)備更換時(shí)或者溫度改變時(shí)不必要提供按照當(dāng)代技術(shù)水平所要求的在測(cè)量之前必須存在的背景數(shù)據(jù)庫(kù)。不需要任何匹配可以在連續(xù)的沉積過程期間確定氣體成分和因此控制過程。
已經(jīng)敘述過的按照本發(fā)明方法可以使用在所有特別是高溫-汽相-過程，也可以使用在CVI(化學(xué)汽相滲入)-過程中如高溫石墨-涂層，在其中不改變高溫石墨結(jié)構(gòu)可以保證最佳的沉積率。因此在按照本發(fā)明理論的基礎(chǔ)上毫無問題有可能控制高溫?zé)峤粨Q器-試樣的在線-過程處理，在其中可以達(dá)到結(jié)果的可重復(fù)性然而按照本發(fā)明方法也可以使用在其他領(lǐng)域，特別是在廢物如垃圾焚燒領(lǐng)域。這樣在按照本發(fā)明理論的基礎(chǔ)上可以觀察光譜區(qū)，相當(dāng)于對(duì)環(huán)境有害的氣體如二惡英，以便在最高峰曲線的基礎(chǔ)上干擾處理過程，例如將溫度升高到由于最高峰將二惡英成分處理為不允許的。
在附圖6上表示了一個(gè)框圖。用FTIR-光譜儀34確定對(duì)于反應(yīng)空間36有特征的具有最高峰的紅外-光譜，以便在處理裝置38中從位于各個(gè)最高峰前面和后面的測(cè)量值計(jì)算出的直線確定合成背景。從各個(gè)直線和最高峰之間計(jì)算出的有特征的值如面積(積分)或者最高峰的高度中經(jīng)過控制/調(diào)節(jié)單元40將反應(yīng)空間36中的過程參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外可以經(jīng)過控制/調(diào)節(jié)單元40與被稱為42的單元控制改變?cè)诜磻?yīng)空間36中的溫度，壓力或者過程氣體的成分。
權(quán)利要求
1.調(diào)節(jié)高溫-汽相-過程的方法，特別是CVD，LPCVD或者CVI，借助于紅外-光譜學(xué)的基礎(chǔ)上求出的測(cè)量曲線，這至少有一個(gè)對(duì)于調(diào)節(jié)過程有特征的與測(cè)量曲線背景有偏差的光譜區(qū)(最高峰)，其特征為，直接以測(cè)量曲線有特征的光譜區(qū)(最高峰)的開始值和終點(diǎn)值為基礎(chǔ)計(jì)算出一條直線(合成背景)和過程的調(diào)節(jié)是通過在直線上面的光譜區(qū)的積分或者通過確定在直線上面的光譜區(qū)的最大高度或者在光譜區(qū)與直線的其他有特征的量為基礎(chǔ)進(jìn)行的。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征為，調(diào)節(jié)過程是通過持續(xù)地接收和處理測(cè)量曲線進(jìn)行的。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征為，將最高峰的在線-處理用于調(diào)整過程參數(shù)如壓力，溫度，氣體速度或者過程氣體的濃度。
4.按照至少上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，處理測(cè)量曲線不需要以相當(dāng)于準(zhǔn)備調(diào)節(jié)過程的溫度的參考測(cè)量為基礎(chǔ)進(jìn)行的。
5.按照至少上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，將最高峰的X-開始值和Y-終點(diǎn)值用于計(jì)算直線，其中有益的是X＝Y(jié)。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征為，以最高峰的5至7，特別是6的開始值和5至7，特別是6終點(diǎn)值為基礎(chǔ)計(jì)算直線。
7.按照至少上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，一條專門的直線是以每個(gè)最高峰為基礎(chǔ)的。
8.按照至少上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，測(cè)量曲線是通過存在于反應(yīng)空間的一個(gè)元素如石墨板發(fā)射的IR-射線確定的。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征為，將通過反應(yīng)空間排氣管的元素發(fā)射的IR-射線進(jìn)行測(cè)量。
10.將按照至少權(quán)利要求1至9之一的方法應(yīng)用于用SiC對(duì)碳或者石墨材料表面涂層的調(diào)節(jié)CVD-過程上，其中至少以在廢氣流中被測(cè)量的HCl和/或CH4和/或CH3SiCl3和/或HSiCl3和/或SiCl2和/或SiCl4的一個(gè)有特征的最高峰為基礎(chǔ)作為調(diào)節(jié)量。
11.將按照至少權(quán)利要求1至9之一的方法應(yīng)用，在調(diào)節(jié)廢物-或者垃圾焚燒過程，其中至少用對(duì)于環(huán)境有害的氣體如二惡英測(cè)量曲線的最高峰為基礎(chǔ)作為調(diào)節(jié)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及到調(diào)節(jié)高溫－汽相－過程的方法如CVD或者CVI借助于紅外－光譜學(xué)為基礎(chǔ)求出測(cè)量曲線,這至少有一個(gè)對(duì)于調(diào)節(jié)過程有特征的與測(cè)量曲線背景有偏差的光譜區(qū)。為了將高溫－汽相－過程本身隨著過程的溫度變化也可以最佳和很快地進(jìn)行調(diào)節(jié),建議直接從以有特征的光譜區(qū)的開始值和終點(diǎn)值為基礎(chǔ)的測(cè)量曲線中計(jì)算出一條直線和通過在直線上面的光譜區(qū)的積分或者通過確定在直線上面的光譜區(qū)的最高點(diǎn)或者以直線的光譜區(qū)的其他有特征的量為基礎(chǔ)進(jìn)行過程調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)F23G7/06GK1346453SQ00806116
公開日2002年4月24日 申請(qǐng)日期2000年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月10日
發(fā)明者S·施尼維斯 申請(qǐng)人:申克碳化技術(shù)股份有限公司