Генератор аерозолю хімічних розчинів для піролізу тонких плівок

Генератор аерозолю хімічних розчинів для піролізу тонких плівок, що містить робочу камеру із 3 31056 пористих фільтрів; - невизначена стійкість до агресивних хімічних середовищ конструкції генератора аерозолю; - велика кількість конструктивних елементів генератора аерозолю. В основу запропонованого технічного рішення була поставлена задача підвищити стабільність хімічного складу аерозолю і динаміки руху розпилених частинок на їх шляху від місця розпилення до осадження за рахунок забезпечення умов для протікання цього процесу в одному фізичному об'ємі, а також оптимізувати конструкцію генератора і зменшити кількість конструктивних елементів. Поставлена задача вирішена тим, що в генераторі аерозолю, який містить робочу камеру із пульверизатором, під'єднаним до систем подачі газу-носія і розпилюваної рідини, та піролітичний реактор, згідно запропонованого рішення, пульверизатор виконаний у вигляді дво х взаємно перпендикулярних сопел, встановлених із можливістю регулювання їх положення по горизонталі і вертикалі, причому вертикальне сопло під'єднане до системи подачі газу-носія під тиском, горизонтальне сопло під'єднане до системи подачі розпилюваної рідини, а піролітичний реактор виконаний у вигляді нагрівача із плоскою робочою поверхнею, розташованого на дні робочої камери. Технічний результат полягає у забезпеченні стабільності хімічного складу аерозолю та підтриманні сталої динаміки руху частинок розпиленого аерозолю для піролізу, можливості регулювання дисперсності аерозольних частинок та швидкості їх потоку. Це досягається тим, що гідродинамічне розпорошування хімічних розчинів і процес піролізу відбувається у одному фізичному об'ємі, а регулювання і контроль дисперсності аерозольних частинок забезпечується за допомогою змінного взаємного розташування сопел подавання газу-носія і хімічного розчину. Схематична будова запропонованого генератора приведена на Фіг.1 та Фіг.2. Конструкція генератора аерозолю включає робочу камеру, яка складається із скляного ковпака 1, герметично розміщеного на металічній основі 2. У робочій камері розташований пульверизатор 3, що виконаний у вигляді двох взаємно перпендикулярних сопел 4, 5, встановлених із можливістю регулювання їх положення по горизонталі та вертикалі. Сопла 4, 5 закріплені на основі 6, яка за допомогою гвинтового з'єднання 7 сполучена з утримувачем 8. Основа 6 виконана у вигляді фторопластового диску. Горизонтальне скляне сопло 4 для подавання розпилюваної рідини закріплене за допомогою гвинта 9 на додатковому фторопластовому утримувачі 10, який, у свою чергу, кріпиться до основи 6 за допомогою різьбового з'єднання. Система подачі розпилюваної рідини виконана у вигляді фторопластової трубки 11, з'єднаної із соплом 4 фторопластового муфтою 12. Трубка 11 кріпиться на утримувачі 10 за допомогою того ж різьбового з'єднання. Така конструкція дозволяє плавно 4 регулювати розміщення сопла 4 з метою вибору його оптимального положення. Вертикальне сопло 5 для подавання газу-носія виготовлене із скла і закріплене на основі 6 фторопластовим гвинтом 13. Така конструкція кріплення сопел 4, 5 дозволяє проводити чітке регулювання їх взаємного розміщення. Сопло 5 з'єднане із системою подачі газу-носія, яка виконана у ви гляді фторопластової трубки 14, під'єднаної до сопла 5 за допомогою муфти 15 та увімкненої у газову магістраль 16. Утримувач 8 має зубцеподібний профіль, через який він входить у зчеплення із шестернею 17. Шкала 18 для контролю висоти розміщення пульверизатора над робочою поверхнею укріплена зверху над ковпаком 1 робочої камери. Піролітичний реактор розташований на основі 2 робочої камери і виконаний у вигляді електронагрівача 19 із плоскою робочою поверхнею 20. На основі 2 передбачено необхідні виступи для фіксації ковпака 1 та отвори для датчиків температури 21 робочої поверхні 20 електронагрівача 19, а також отвір 22 для введення інертних газів. Трубка 11 сполучена із магістраллю 23 із розчином хімічної речовини, яка в пульверизаторі 3 розпилюється в аерозоль. Робота запропонованої установки полягає в наступному. Розчин для розпилення із магістралі 23 через трубку 11 подається в горизонтальне сопло 4 пульверизатора 3. До вертикального сопла 5 по трубці 14 із газової магістралі 16 подається під тиском балонний газ-носій (азот, аргон) або за допомогою компресора повітря. Подавання робочого хімічного розчину і газу-носія у робочу камеру здійснюється за допомогою гнучких фторопластових трубок 11 та 14 відповідно. Необхідний тиск газу регулюється балонним редуктором за показами манометра або пристроями компресора. На виході із сопла 5 газносій створює розрідження атмосфери, завдяки чому в сопло 4 втягується попередньо приготовлений розчин. Попадаючи в потік газу розчин розпорошується і направляється в зону протікання піролітичної реакції - на нагріту нагрівачем 19 до відповідної температури робочу поверхню 20, на якій кріпиться підкладка для росту плівки. Робоча поверхня електропечі 20 виготовлена з кремнієвого диску, що забезпечує достатню хімічну стійкість і стабільність температури при проведенні піролізу. Розмір розпорошених пульверизатором 3 краплинок розчину та якість їх розпилення можна регулювати конфігурацією взаємного налаштування сопел 4, 5 та їх висотою над підкладкою. Крок розташування зубців шестерні 17 і зубцеподібного профілю на утримувачі пульверизатора 8 дозволяє вибирати позицію пульверизатора 3 аерозолю у робочій камері з точністю 1мм. Відлік висоти проводиться за шкалою 18. Виконання із скла і фторопласту складових частин генератора аерозолю хімічних розчинів для піролізу забезпечує їх стійкість до хімічних речовин і уникнення забруднень технологічного процесу. Розпорошені пульверизатором 3 краплини розчину, потрапивши на нагріту поверхню підкладки під впливом температури зазнають 5 31056 піролізу. В результаті цього процесу вивільнені атоми розчину вступають в хімічну реакцію між собою і утворюють тонку плівку напівпровідникового матеріалу. Якщо в хімічній реакції в якості газу-носія беруть участь атоми повітря, тоді на поверхні підкладки формуються оксидні плівки. Джерелом атомів сульфідних сполук є відповідні солі металів і тіомочевина (NН2)2CS у розчині. При експериментальних випробуваннях розробленого генератора з використанням в якості газу-носія фільтрованого повітря методом розпилення розчинів на нагріту підкладку були отримані тонкі плівки оксидів металів SnO2, леговані домішками Sb, F, Mn, Co, Ni, для застосування у пристроях спінтроніки. Генератор аерозолю апробований також для вирощування тонких плівок In2О3, ZnO, CdO, Fe 2O3 , які мають широке застосування у конструкціях фотоелектричних перетворювачів енергії та газових сенсорах. Відзначається висока структурна досконалість плівок оксидів металів, отриманих за допомогою запропонованого генератора аерозолю. Запропонований генератор аерозолю дозволяє отримувати плівки таких сполук, як CdS, In2S3, CuInS2, при різних те хнологічних режимах із застосуванням газу-носія - азоту. Зміною молярного складу розчину і температури підкладинок отримують плівкові сполуки різної товщини. Була створена структура, яка досить перспективна для сонячних перетворювачів. Захист від дії зовнішнього середовища робочого об'єму камери, де відбувається пульверизація і піроліз, дозволяє уникнути додаткових фазових включень, які мають місце при захопленні даними сполуками кисню з повітря, що значно впливає на їх ви хідні характеристики. Аналіз проведених випробувань засвідчив переваги запропонованого генератора аерозолю в порівнянні з відомими: - гідродинамічне розпорошування хімічних розчинів і процес пролізу відбувається у одному фізичному об'ємі; - можливість виготовлення різних за хімічним складом тонких плівок напівпровідників і діелектриків в одному технологічному процесі при створенні структур; зручність регулювання і контролю дисперсності аерозольних частинок за допомогою розташування сопел подавання газу і хімічного розчину; - можливість контролю швидкості потоку аерозольних частинок і віддалі генератора аерозолю до робочої поверхні, на якій відбувається піроліз; - стійкість до агресивних хімічних середовищ конструкції генератора; - захист від дії зовнішнього середовища робочого об'єму камери, де відбувається пульверизація і піроліз; - нескладна відтворюваність конструкції генератора аерозолю і можливість адаптації до промислового використання; зручність очищення конструктивних 6 складових генератора аерозолю від залишків хімічних речовин. Крім того, запропонований генератор аерозолю, при відносно простій конструкції з невеликою кількістю конструктивних елементів дозволяє при малих енерговитратах з використанням недорогих хімічних розчинів солей, ефективно отримувати стр уктурно досконалі плівки сульфідів та оксидів металів із напівпровідниковими властивостями. Робота виконана при частковій підтримці проекту УНТЦ №3098. 7 31056 8