用于确定气体组分的多室声学传感器制造技术

声速传感器由用于包含流动气体和气体混合物的密封多室外壳限定。所包含流动气体被声学方式激励，并在外壳的第一发送端与接收端之间的固定距离内测量声能。通过比较在不同的频率下通过流动气体传输的能量来确定气体的声音的速度，从而精确地确定流动通过外壳的气体的谐振频率。根据本设计，外壳的室包括在其之间的用于优化声能通过流动气体的传输并且还增强在较高有用频率下的一个或多个附加谐振模式的内部过渡形状。与该传感器相关联使用的过渡形状可以是实质上抛物线、双曲线、直线和指数曲线中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定气体组分的多室声学传感器相关申请的交叉引用本申请根据美国法典第35条第119款的相关小节要求2011年11月22日提交的美国专利申请序号61/562,661的优先权，并且该申请整体地通过引用被并入。在本文中还对美国专利号6,482,649和5,768,937进行参考，其中，每者的全部内容通过引用被并入到本文。
本申请总体上涉及基板处理领域，并且更具体地涉及多室声学换能器或被用于确定并控制相对于各种化学汽相沉积（CVD）工艺的气体组分的单元。
技术介绍
和
技术实现思路
化学汽相沉积（CVD）工艺被广泛地用来生长金属、半导体、电介质等的各种厚度的层。典型CVD工艺通常要求期望的生长材料被附着于配位体或挥发性加合物，其允许将汽相中的期望物种运输到（多个）基板位于其中的反应器中的反应区。此复杂分子通常被称为前体。不同的材料拥有不同的前体结构。一旦在反应区中，挥发性前体化合物的一部分被分解，使挥发性前体化合物与非挥发性部分分离并将期望的固体沉积物遗留到（多个）基板上。通常，分解反应是热驱动的；即，基板被加热至足够高的温度，以致当挥发性化合物接触基板时，使得足够的能量可用于中断挥发性配位体或加合物与期望原子之间的现有连接。期望的原子仍沉积在基板上，而前体气体的挥发性部分然后通过出口端口从反应器被排出。虽然热能是用于驱动CVD反应的一个手段，但存在能够用于散布适当沉积的其它工艺机制。如在题为：Acousticsensorforin-linecontinuousmonitoringofgasses的美国专利号6,482,649中所描述的，申请人已先前确定了用于控制诸如MOCVD（金属有机化学汽相沉积）反应器之类的CVD反应器中的前体输送并确定二元气体混合物的组分以便确定反应器的效率的气体控制器中的至少一个声学单元的供应。此类反应器被用于例如出于光纤通信的目的而制造化合物半导体器件的目的。计算流动通过器件的气体的声音的速度，其中器件在谐振模式中操作。根据测量的谐振频率和声音的速度确定，能够确定进口和出口（排出）气体组分。利用在'649专利中描述的原理，申请人此后已使以商品名ComposerGasController被提及的系统商业化。目前，存在对MOCVD反应器的兴趣的复苏，例如用于高亮度LED制造工艺。虽然当前设计的Composer器件已由于其测量的分辨力和可重复性而在它的时代非常卓越，但目前存在当前器件未被具体地设计成要应对的新挑战。例如，由氢载气输送的TMIn前体在过去是典型的。然而，目前，使用氮作为载气的Cp2Mg的输送是最大的挑战。图1以图形方式描绘了前述示例中的每个。同样（inregardtosame），前体与载气的分子量比是确定器件的理论分辨力方面的最重要因素，如通过引用被整体地并入本文中的上面'649专利中所描述的。因此并且在具体地从氢载气到氮载气的过渡中，此关键因素被减小至十四分之一。然而，已经确定能够通过对声学谐振器的各种修改来显著地克服此缺点，如本文所述，现在其使得声学谐振器能够在较高频率下操作而不会大大地改变其总体尺寸。商售声学换能器和用于引入声能的扩音器的约束以及隔离膜片的限制规定器件为了实用性起见应在约500Hz至约5000Hz的频率范围内操作。在包括不同大小的多个腔的复合谐振器中（诸如在本申请人的在先美国专利号6,482,649中所述的那些），可允许谐振频率并不是调和地相关的。例如，在新设计的声学谐振器（下面将详细阐述）中，理论谐振频率在室温下的氮气中为1208Hz、3948Hz、6827Hz、10161Hz等。虽然谐振频率在不同的气体中是不同的，然而，频率比仍是相同的，并且由复合谐振器的几何形状决定。因此，在本文中提供了一种声速传感器，该传感器包括用于包含流动气体和气体混合物的密封多室外壳、用于在声学上激励所包含流动气体的装置和用于测量在所述外壳的第一发送端与其接收端之间的固定距离内传输的声能的装置。通过比较在各种频率下通过流动气体传输的能量来确定气体的声音的速度，从而精确地确定流动通过外壳的气体的谐振频率。根据本设计，外壳的室包括在其之间的用于优化声能通过流动气体的传输并用于增强较高有用频率下的一个或多个附加谐振模式的内部过渡形状。结合本文所述的声速传感器所使用的过渡形状可以是实质上抛物线、双曲线、直线和指数曲线中的至少一个或其它适当连续形状，以便于声能的传输并使传感器的分室外壳中的声学阻抗损耗最小化。由目前所述传感器可实现的附加谐振模式在其中可以产生容易得到的发送、接收换能器和隔离膜片且该器件未能具有有意义的自谐振模式的范围内。根据一个优选型式，基波谐振频率和附加谐振频率位于约400Hz与约6000Hz之间。优选地将传感器壳体和通过其流动的气体的温度控制为任意的精确水平。所确定谐振频率能够被用于例如导出在诸如利用MOCVD工艺的反应器之类的反应器中使用的二元气体混合物的组分。有利地，上文所讨论的传感器改进增强了谐振频率确定的稳定性和灵敏性以及所得到的获得的声音计算的速度。根据应结合附图来阅读的以下详细描述，这些及其它特征和优点将是显而易见的。附图说明图1是与频移对比二元气体组分相关的图形表示，其涉及使用各种载气组合的特定前体；图2是使用根据一个实施例制作的声学谐振器针对特定气体组合创建的谐振峰值的图形表示；图3是根据其一个实施例的声学谐振器的稳定性的表示；图4是现有技术声学谐振器的部分截面正视图；图5是根据示例性实施例的声学谐振器的部分截面正视图；以及图6图示出根据示例性实施例的两个谐振模式中的由于氢和氮载气中的特定前体气体而引起的比较性频移，其中通过在第二谐振模式中操作而使灵敏度成为四倍。具体实施方式以下描述涉及供在化学汽相沉积（CVD）或其它形式的处理反应器中使用的示例性声学谐振器（自始至终也被称为“声学单元”或“声学（声速）传感器”）。将显而易见的是在本领域普通技术人员的水平内其它适当的修改和变型是可能的。另外，遍及本描述通过对美国专利号6,482,649和5,768,937的参考来参考关于CVD反应器系统的多个背景特征，该专利每个被整体地通过引用并入。本文中首先对图4进行参考，描绘了与CVD或其它类似工艺反应器（未示出）相结合地使用的现有技术复合声学谐振器30，如在美国专利号6,482,649中也被描述。应理解的是整体反应器系统包括多个部件，其包括各种传感器、反应器本身、气泡器室等。在本文中就关于这些部件中的每个的方面对'649专利进行参考，其中，本讨论的焦点是对与其一起使用的谐振器或声学单元进行的。所利用的声学谐振器30由壳体34限定，其优选地由金属材料制成并包括组合而形成谐振器室48的多个相邻声学腔38、40、44。在谐振器30的一个发送端52处提供了诸如驱动扩音器（未示出）之类的驱动装置以通过流动通过声学腔38、40、44的气体来发送声信号，引起气体经由适当的进口和出口端口（未示出）流动通过谐振器室48，并且其中，声能被设置在谐振器30的相对接收端56处的接收扩音器（未示出）接收。在先前并入的'649专利中提供了关于驱动和接收装置/扩音器、气体进口和出口端口以及相关特征的细节。在此现有技术复合谐振器30中，声学腔38、40、44每个由不同的剖面限定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声速传感器，包括：密封外壳，用于包含流动气体和气体混合物，所述外壳包括多个互连的室；用于以声学方式激励所包含流动气体的装置；以及用于测量在所述外壳的第一发送端与接收端之间的固定距离内传输的声能的装置，其中通过比较在不同频率下通过流动气体传输的能量来确定气体的声音的速度，从而精确地确定流动通过所述外壳的气体的谐振频率，并且其中，所述外壳的室包括用于优化声能通过流动气体的传输并增强在较高有用频率下的至少一个附加谐振模式的相邻室之间的内部过渡形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.22 US 61/5626611.一种用于确定流动的气体混合物的气体组分的声速传感器，所述传感器包括：密封外壳，其包括具有一对由在其轴向长度内内径恒定的区域分开的声学腔并且限定谐振器室的内部；其中气体混合物流动通过谐振器室，气体混合物包括作为载气的氮；在外壳的第一发送端处的驱动装置，用于发送声信号通过流动通过外壳的气体混合物；在外壳的第二接收端处的接收装置，其用于接收声信号；用于测量在所述外壳的第一发送端与接收端之间的固定距离内传输的声能的装置，其中通过比较在不同频率下通过流动气体传输的能量来确定气体的声音的速度，从而确定流动通过所述外壳的气体的谐振频率，其中所述外壳的第一声学腔由从第一发送端延伸的向内渐变锥形的形状限定，并且相对的第二声学腔由延伸到第二接收端的向外渐变锥形的形状限定，其中狭窄的在其轴向长度内内径恒定的区域被限定在第一和第二声学腔之间，以用于优化声能通过流动气体的传输并增强在较高有用频率下的至少一个附加谐振模式。2.如权利要求1中所述的传感器，其中，第一声学腔和第二声学腔的向内和向外渐变锥形形状由被配置成便于声能的传输并使所述传感器中的声学阻抗损耗最小化的连续形状限定。3.如权利要求1中所述的传感器，其中，第一和第二声学腔的向内和向外渐变锥形形状是双曲线的。4.如权利要求1中所述的传感器，其中，第一和第二声学腔的向内和向外渐变锥形形状是指数曲线的。5.如权利要求1中所述的传感器，其中，第一和第二声学腔的向内和向外渐变锥形形状是直线的。6.如权利要求1中所述的传感器，包括用于将壳体和流动气体的温度控制至任意的精确水平的装置。7.如权利要求1中所述的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：A瓦杰德，
申请(专利权)人：英飞康公司，
类型：发明
国别省市：美国;US