Brevet FR2554131A1 — publié le 19850503

"Procédé pour enrichir un gaz véhicule de la vapeur d'une substance peu volatile". L'invention concerne un dispositif pour enrichir un gaz véhicule ou un mé6'age de gaz véhicules avec de la vapeur ou des vapeurs d'une substance ou d'un mélange de substances peu volatiles se présentant sous forme de petites particules solides, à l'aide d'un récipient présentant un espace intérieur à chauffer pour la réception de la substance ou du mélange de substances, qui est muni d'une canalisation d'amenée pour le gaz véhicule et une canalisation d'évacuation pour le gaz véhicule enrichi, les canalisations débou- chant dans l'espace intérieur de façon que le gaz véhicule traverse la substance ou le mélange de substances lors du fonctionnement du dispositif. Un tel dispositif est connu de DE-OS 31 36 895. Ie dispo- sitif connu est constitué par un récipient évaporateur comportant un couvercle. Le recipient évaporateur contient un tamis sur lequel se trouve une substance de départ pulvérulente, lors du fonctionnement du dispositif. Au-dessous du tamis, respectivement dans sa portée est prévu un élément chauffant dans le récipient évaporateur. A par- tir d'un réservoir de gaz véhicule, une conduite d'amenée s'étend au récipient évaporateur, dans lequel la conduite d'amenée débouche audessous du tamis. A partir de l'espace intérieur du récipient évaporateur ou au-dessus du tamis, unre conduite d'évacuation de va- peur s'étend à un réacteur, dans lequel se produit un dépôt réactif à partir de la phase gazeuse, dans lequel s'effectue également un procédé CVD. Les examens ayant conduit à la présente invention concer- naient l'enrichissement de gaz véhicules pour le dépôt réactif, notamment de métaux des terres rares (métaux III B) respectivement des composés métalliques des terres rares (composés III B) notamment du thorium et des composés de thorium à partir de la phase gazeuse. Du fait que, d'une façon générale, les composés de départ correspon- dants pour le processus CVD se présentent comme des composés organo- -2-o 255413 1 métalliques à la température ambiante normale à 1' état pulvérulent - ce ne sont que ceux qui sont légèrement volatiles lorsqu'ils sont faiblement chauffés - le composé de départ est transporté avec un gaz véhicule vers une surface de substrat sur laquelle seront dépo- sées les couches. Le gaz véhicule, de préférence un gaz précieux, notamment de l'argon, traverse un saturateur rempli d'un composé de départ pulvérulent et chauffé à une température appropriée. Le dispositif connu de DE-OS 31 36 895 présente le désa- vantage de ne présenter qu'un court trajet de circulation du gaz à travers le matériau formateur de gaz. Le rendement en gaz de reac- tion pour le procédé CVD respectivement sa concentration dans le courant de gaz sont conformément faibles. L'invention est basée sur l'idée de fournir un dispositif du genre mentionné dans le préambule, notamment un saturateur, pré- sentant un long trajet de circulation. Conformément à l'invention, ce but est atteint du fait que le récipient contient un corps métallique s'adaptant exactement et pouvant être sorti, qu'au moins une rainure est ménagée dans au moins une paroi extérieure du corps métallique et que cette paroi extérieure est en contact avec la paroi intérieure du récipient de façon que la rainure forme ledit espace intérieur. Afin d'obtenir un trajet de circulation aussi long que possible, la rainure doit être aussi longue que possible. A cet ef- fet, il est efficace que la rainure soit spiralée, en zigzag ou en forme de méandre. La paroi extérieure du corps métallique, dans laquelle est ménagée la rainure, est de préférence en contact avec le fond du récipient. De ce fait, il résulte que la rainure est de préférence ménagée dans la face inférieure du corps métallique. Toutefois, il est également possible de ménager la nervure dans les parois latéra- les du corps métallique. Afin d'empêcher que des particules de la substance ou de mélange de substances ne soient entrainées par le gaz véhicule, il est efficace de prévoir un corps perméable au gaz entre la canalisa- tion d'évacuation de gaz et l'espace intérieur. 3- 2 255 4 1 3 1 Le dispositif conforme à l'invention offre l'avantage de se laisser remplir d'une façon simple de la substance ou mélange de substances finement divisées formatrices de vapeur, par exemple âne poudre. A titre d'exemple, pour remplir un saturateur conforme à l'invention, une cuve ou poêle en acier spécial remplie d'une façon tout juste suffisante de la poudre est pressée jusqu'au fond dans la face inférieure d'une rainure ménagée dans un bloc en cuivre. Les rainures ainsi remplies furent traversées par le gaz véhicule pen- dant le fonctionnement. Une réalisation spiralée de la rainure offre l'avantage additionnel d'atteindre un remplissage dense de la rainure avec la poudre par rotation dans la direction extérieure de la spirale et simultanément un contact de fond convenable de la face d'applica- tion. Un autre avantage du dispositif conforme à l'invention réside dans le fait qu'après l'enlèvement du corps métallique, ces pièces peuvent facilement être nettoyées. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en coupe un saturateur, La figure 2 montre un corps métallique pouvant être sorti (pièce insérée métallique) présentant une rainure spiralée et La figure 3 un corps métallique pouvant être sorti (pièce insérée métallique) présentant une rainure en forme de méandre. L'ordre de succession temporelle de mise en marche du sa- turateur selon la figure 1 se déroule de la façon suivante: En premier lieu, une poêle 1 en acier spécial est remplie de poudre fine formatrice de gaz. Puis, un bloc en cuivre à ajuste- ment étroit 2 présentant une rainure spiralée 3 ménagée dans la face inférieure du bloc en cuivre est pressé énergiquement sur la poudre, notamment par une rotation à l'encontre de la direction de circula- tion ultérieure et ancré avec ajustement par rapport à l'admission de gaz véhicule 4 à l'aide d'une cheville (non représentée sur le -4- _4_ 2554131 dessin). La sortie de gaz 5 se situe au centre du bloc en cuivre et contient une grille à mailles et de la laine de A1203 bourrée devant cette grille. Ce tamis combiné empêche la sortie de la poudre. Sur le bloc en cuivre 2 peut être appliquée une autre pièce rapportée en cuivre, par exemple un cylindre creux présentant une fermeture et une ouverture de sortie (non représentée sur le dessin) et fixée par serrage à l'aide d'une fermeture à balonette sous une pression fixe sur le bloc du saturateur. L'espace compris entre la pièce rapportée en cuivre et le bloc du satureur constitue ainsi une chambre de mélange pour d'autres gaz de sortie CVD. Sur la buse de sortie de cette chambre peut alors être appliqué le substrat à rev,- tir dans un réacteur (non représenté sur le dessin). La figure 2 représente un corps métallique 2 présentant une rainure en forme de spirale 3 et la figure 3 représente un corps mé- *15 tallique 2 présentant une rainure en forme de méandre 3, l'admission de gaz véhicule étant désignée par 4 et la sortie de gaz étant dési- gnée par 5. Les parois extérieures du saturateur et du réacteur sont constituées par de l'acier spécial du genre V2A et sont réalisées à vide élevé. Elles se trouvent dans un four à chauffage séparé pour le saturateur et pour le réacteur et la chambre de mélange. Lors du fonctionnement, ces derniers sont à une température plus élevée que le saturateur afin d'éviter le dépôt du composé de sortie III B sur la paroi. Après une série d'opérations de revêtement, un nettoyage du saturateur et un remplissage renouvelé du composé de sortie sont en général nécessaires, du fait que beaucoup de composés de sortie orga- no-métalliques pulvérulents utilisés commencent à dissocier dans la proximité du point de fusion, mais présentent précisément là égale- ment la pression de valeur la plus élevée à réaliser à la longue. De plus, une décomposition successive par contact avec les composés agressifs (par exemple WP6 et Hi) se formant au cours du processus CVD peut se produire. Tous les dispositifs peuvent être démontés par peu de mani- pulations pour des buts de nettoyage et être nettoyés à l'aide d'une brosse dans des solutions diluées, et ensuite rinçage avec de l'eau et de l'éthanol. -5- 2 2554 1 3 1 Lors de l'utilisation du saturateur, on utilise cotroe com- posé de départ pulvérulent de l'ac6tylacétonate de thorium (Th(AA)4) respectivement le trifluoroacétylac6tonate de thorium (TH(3FAA)4) et comme gaz véhicule de l'argon. Lors du remplissage avec du Th(AA)4, la température du saturateur était de 160 C 5 C respecti- vement 100 à 120 C dans le cas de remplissage de 'T"h(3FAA)4; la tem- pérature du réacteur était supérieure de 20 C à celle du saturateur. Comme vitesses de dépôt pour les couches contenant du thorium, on atteignit environ 0,1 à 0,4/um min, vitesses qui, dans le cas de Th(AA)4, diminuèrent fortement au cours du troisième revêtement et qui, dans le cas de Th(3FAA)4, purent être maintenues pendant envi- ron 6 revêtements, la durée d'un revêtement étant d'au maximum 4 heu- res. Z55 41 1 -6- REVUDICATIONS: 1. Dispositif pour enrichir un gaz véhicule ou un mélange de gaz véhicules avec la vapeur ou des vapeurs d'une substance ou mé- lange de substances peu volatiles se présentant sous forme de peti- tes particules solides, à l'aide d'un récipient présentant un espace intérieur à chauffer pour la réception de la substance ou du mélange de substances, comportant une canalisation d'amenée pour le gaz vé- hicule et une canalisation d'évacuation pour le gaz véhicule enri- chi, les canalisations débouchant dans l'espace intérieur de façon que le gaz véhicule traverse la substance ou le mélange de substan- ces, lors du fonctionnement du dispositif, caractérisé en ce que le récipient (1) contient un corps métallique (2) s'adaptant exactement et pouvant être sorti, qu'au moins une rainure (3) est ménagée dans au moins une paroi extérieure du corps métallique et que cette paroi extérieure est en contact avec la paroi intérieure du récipient de façon que la rainure forme ledit espace intérieur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure 3 est spiralée en zigzag ou en forme de méandre. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi extérieure du corps métallique 2 dans laquelle est réalisée la rainure (3) est en contact avec le fond du récipient. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'entre la canalisation d'évacuation de gaz (5) et l'espace intérieur (3) est prévu un corps perméable au gaz.