專利名稱：一種制備Ⅳ-Ⅵ族半導(dǎo)體單晶薄膜的生長(zhǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在超高真空環(huán)境下于不同襯
底材料上生長(zhǎng)高質(zhì)量IV—VI族窄帶隙半導(dǎo)體單晶薄膜及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)裝置。
背景技術(shù)：
IV—VI族半導(dǎo)體材料包括二元系的PbSe， PbTe, SnSe, SnTe和三元系的PbSrSe, PbSrTe, PbSnSe， PbSnTe， PbEuSe， PbMnTe及其它們的異質(zhì)結(jié)構(gòu)等的制備設(shè)備技術(shù)是獲得高質(zhì)量材料 的關(guān)鍵，傳統(tǒng)上講，它們有幾種生長(zhǎng)方法和裝置，如熱蒸發(fā)技術(shù)，液相外延技術(shù)、熱壁外延 技術(shù)等，上海技術(shù)物理研究所使用光學(xué)薄膜鍍膜機(jī)，包括有生長(zhǎng)設(shè)備，抽真空系統(tǒng)，加熱系 統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。用熱蒸發(fā)方法在2.6X10—Spa的環(huán)境下在硅襯底 上生長(zhǎng)了 PbTe薄膜[文獻(xiàn)1:李斌等，紅外與毫米波學(xué)報(bào)，2005， Vol.24, No. 1, p.23-26]。生長(zhǎng) 設(shè)備只用一個(gè)真空室沉積，每生長(zhǎng)一個(gè)樣品需要將真空室暴露于空氣中，真空度低。傳統(tǒng)的 熱蒸發(fā)的方法還不能生長(zhǎng)量子阱和超晶格等問(wèn)題，使得IV — VI族半導(dǎo)體晶體薄膜的應(yīng)用受到 很大的限制。熱壁外延技術(shù)則是熱蒸發(fā)方法的改進(jìn)，雖然晶體質(zhì)量可以有較大改進(jìn)，但是樣 品尺寸小。液相外延方法則是熱平衡生長(zhǎng)方法，雖然能長(zhǎng)出小尺寸(lxlcm—2)單晶薄膜，但 是不能生長(zhǎng)大尺寸(例如2英寸、3英寸)，而且不能生長(zhǎng)量子阱、超晶格等低維結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng) 的分子外延生長(zhǎng)方法雖然能生長(zhǎng)IV—VI族半導(dǎo)體單晶薄膜及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)[文獻(xiàn)2:H.Z.Wu等, J. Vac. Sci. Technol. B, 1999, 17(3), p.1263-1266 ]，但是均采用在液氮冷卻的低溫環(huán)境，需要專 門(mén)的設(shè)備維持低溫，使制造的成本非常昂貴。
現(xiàn)有半導(dǎo)體單晶薄膜的生長(zhǎng)裝置往往只有一個(gè)真空室沉積， 一個(gè)束源爐,無(wú)法得到高質(zhì)量 的IV — VI族半導(dǎo)體單晶薄膜，只能得到多晶或非晶薄膜，表面不平整，而且由于成核生長(zhǎng)過(guò) 程中容易在表面出現(xiàn)裂痕，只能用于紅外濾光片，不能應(yīng)用于高端產(chǎn)品的研制，例如中紅外 激光器和探測(cè)器等。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有的IV—VI族半導(dǎo)體晶體薄膜裝置或不適合制備大尺寸、成本高等 缺點(diǎn)，提供一種為IV—VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置。
本發(fā)明的制備IV—VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，包括有生長(zhǎng)設(shè)備，抽真空系統(tǒng)，加熱
系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，電源控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是所述的生長(zhǎng)設(shè)備由進(jìn)樣室， 生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，生長(zhǎng)室三個(gè)真空室依次連接構(gòu)成，進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間及生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生 長(zhǎng)室之間由閘板閥隔離，進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室有樣品傳送桿傳送襯底，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室 有樣品傳送桿傳送襯底，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室和生長(zhǎng)室有可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架，生長(zhǎng)室樣品架下邊 有2-8只束源爐，由擋板隔離樣品架與束源爐。
本發(fā)明生長(zhǎng)設(shè)備的進(jìn)樣室，包括有由機(jī)械泵和復(fù)合分子泵組成的抽真空系統(tǒng)；放置襯 底的樣品架，襯底通過(guò)層流凈化工作臺(tái)中裝入樣品架托上；測(cè)量真空度離子規(guī)；對(duì)襯底加熱 除氣用的碘鎢燈；進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間相連，由真空閘板閥隔離；進(jìn)樣室樣品傳送桿， 除氣后襯底通過(guò)進(jìn)樣室樣品傳輸桿傳入生長(zhǎng)準(zhǔn)備室。
本發(fā)明生長(zhǎng)設(shè)備的生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，包括有可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架，樣品架上有多個(gè)樣品 托，可存儲(chǔ)、處理多個(gè)樣品；石墨加熱爐；濺射離子泵；開(kāi)有一觀察窗；生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng) 室相連，由真空閘板閥隔離；生長(zhǎng)準(zhǔn)備室樣品傳送桿，襯底通過(guò)生長(zhǎng)準(zhǔn)備室樣品傳送桿由生 長(zhǎng)準(zhǔn)備室傳入生長(zhǎng)室。
本發(fā)明生長(zhǎng)設(shè)備的生長(zhǎng)室，包括有由濺射離子泵和鈦升華泵組成生長(zhǎng)室的抽真空系統(tǒng)； 測(cè)量真空度的離子規(guī)；開(kāi)有一生長(zhǎng)室觀察窗；有可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架與步進(jìn)電機(jī)連接，步 進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)連接，控制樣品架的旋轉(zhuǎn)速率；襯底鉭片加熱器；生長(zhǎng)室樣品架下邊有多只 束源爐；有測(cè)量束流大小束流規(guī)；在束源爐周圍采用工藝?yán)渌畽C(jī)構(gòu)成冷卻系統(tǒng)。
本發(fā)明每一束源爐口處有一快門(mén)，用擋板隔離襯底與束源爐，束源爐為2-8只，溫控精 度為i0.5'C，室溫到120(TC連續(xù)可調(diào)可控，束源爐的冷卻用循環(huán)水冷。
本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)，在樣品生長(zhǎng)時(shí)的可控可調(diào)的旋轉(zhuǎn)速率為0 30轉(zhuǎn)/分無(wú)級(jí)調(diào)速。
本發(fā)明所述加熱系統(tǒng)，進(jìn)樣室加熱爐為碘鎢燈，在室溫 20(TC可控可調(diào)；預(yù)處理室加熱 爐為石墨加熱，在室溫 35(TC可控可調(diào)；生長(zhǎng)室加熱爐為鉭片加熱，在室溫 80(TC可控可
調(diào)，溫度波動(dòng)在士rc內(nèi)。
本發(fā)明所述的冷卻系統(tǒng)，束源爐和生長(zhǎng)室的冷卻系統(tǒng)是由工藝?yán)渌畽C(jī)提供循環(huán)冷卻水， 其中供水溫度5'C 2(TC可調(diào)可控，生長(zhǎng)室也可以用液氮冷卻。
本發(fā)明所述的生長(zhǎng)室還可以安裝原位檢測(cè)裝置，例如反射高能電子衍射儀用于觀察生長(zhǎng) 表面的狀況、四極質(zhì)譜儀用于檢測(cè)生長(zhǎng)室內(nèi)的氣體成份。
本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)由供電電源，溫度控制電源，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)控制電源，數(shù)顯真 空計(jì)，直聯(lián)旋片式機(jī)械泵，復(fù)合分子泵電源，濺射離子泵電源，升華泵電源組成，由計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)精確調(diào)控。
本發(fā)明的制備IV — VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置的工作過(guò)程是-將裝入進(jìn)樣室樣品架上，用機(jī)械泵、復(fù)合分子泵抽真空，加熱使襯底除氣； 除氣后將襯底在用磁力傳輸桿傳入到生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架上，關(guān)閉進(jìn)樣
室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間的閘板閥，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中抽超高真空，將襯底加熱除氣；
將裝有不同高純的源材料各不同束源爐升溫除氣，用離子規(guī)測(cè)量分子束流，在除氣及生
長(zhǎng)過(guò)程中一直都用循環(huán)水對(duì)束源爐和生長(zhǎng)室外壁冷卻；
將生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中的襯底在室溫下用磁力傳輸桿傳入到生長(zhǎng)室中可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架
上，用閘板閥隔離生長(zhǎng)室和生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，并用離子泵和升華泵抽生長(zhǎng)室真空至超高真空度，
用鉭片對(duì)襯底加熱，用擋板隔離襯底和束源爐；
將襯底溫度調(diào)節(jié)到生長(zhǎng)溫度，保持襯底溫度波動(dòng)在士rc內(nèi)，打開(kāi)步進(jìn)電機(jī)，控制轉(zhuǎn)速，
根據(jù)需要同時(shí)打開(kāi)2-8個(gè)束源爐擋板，打開(kāi)樣品架擋板，開(kāi)始生長(zhǎng)；
當(dāng)單晶薄膜生長(zhǎng)完成，關(guān)閉束源爐，結(jié)束生長(zhǎng)，并將襯底溫度降至室溫，通過(guò)磁力傳送 系統(tǒng)將生長(zhǎng)好的樣品傳出生長(zhǎng)室至生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中，再有生長(zhǎng)準(zhǔn)備室傳到進(jìn)樣室，對(duì)進(jìn)樣室充 高純氮?dú)庵羖大氣壓，打開(kāi)進(jìn)樣室的裝樣門(mén)，取出樣品。
單晶薄膜生長(zhǎng)由計(jì)算機(jī)控制，包括束源爐溫度，快門(mén)開(kāi)/關(guān)狀態(tài)，樣品旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 速控制，襯底溫度的控制等都有計(jì)算機(jī)軟件控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是為W—VI族半導(dǎo)體晶體薄膜的制備以及中紅外激光器、 中紅外探測(cè)器等光電子器件結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)提供了超高真空的生長(zhǎng)設(shè)備，結(jié)合機(jī)械泵，分子泵， 離子泵，升華泵設(shè)備的依次工作，使進(jìn)樣室，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室和生長(zhǎng)室這三個(gè)相連的真空室達(dá)到 高真空和超高真空狀態(tài)，三個(gè)真空室前后級(jí)之間用真空閘板閥互相隔離而保證其中任何一個(gè) 真空室的真空度的變化對(duì)其它兩室都不會(huì)造成影響，從而達(dá)到了為制備外延材料所需的超高 真空度提供了有力的保障，樣品在進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間的交接、生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室之
間的交接由磁力傳送桿完成，這樣樣品的交接和操作均在超高真空中完成。使得iv-vi族樣
品的生長(zhǎng)能夠在超高真空中完成。該設(shè)備的生長(zhǎng)室在不采用液氮冷卻的條件下，而是采用冷 卻水的循環(huán)來(lái)進(jìn)行設(shè)備的冷卻，這大大降低了設(shè)備運(yùn)行的成本；本發(fā)明裝量有多只束源爐， 同時(shí)打開(kāi)2只束源爐擋板可生長(zhǎng)PbSe、 PbTe等二元系IV-VI半導(dǎo)體；同時(shí)打開(kāi)3只束源爐擋 板可生長(zhǎng)PbSrSe、PbMnTe等三元系IV-VI半導(dǎo)體；同時(shí)打開(kāi)4只束源爐擋板可生長(zhǎng)PbMnSeTe， PbSrTeSe四元系IV-VI半導(dǎo)體，分別在BaF2 (111)單晶、Si (111)單晶上覆蓋CaF2、 BaF2 緩沖層，CdTe單晶和MgO單晶襯底上成功制得了高質(zhì)量的IV — VI族窄帶隙半導(dǎo)體單晶薄膜， 樣品尺寸大小是2英寸或3英寸，而且均勻性好。
附圖l:是本發(fā)明裝置中進(jìn)樣室的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖2:是本發(fā)明裝置中生長(zhǎng)準(zhǔn)備室的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖3:是本發(fā)明裝置中生長(zhǎng)室的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi)-進(jìn)樣室，2-進(jìn)樣室樣品架，3-進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間閘板閥，4-進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備 室之間的連接通道，5-進(jìn)樣室襯底加熱爐，6-復(fù)合分子泵，7-機(jī)械泵，8-磁力傳輸桿，9-離 子規(guī)，10-樣品轉(zhuǎn)動(dòng)架操作手柄，11-生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，12-樣品轉(zhuǎn)動(dòng)架，13-生長(zhǎng)準(zhǔn)備室觀察窗， 14-生長(zhǎng)準(zhǔn)備室襯底加熱器，15-生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室之間的閘板闊，16-生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室 之間的連接通道，17-濺射離子泵，18-樣品轉(zhuǎn)動(dòng)架操作手柄，19-步進(jìn)電機(jī)，20-生長(zhǎng)室，21-計(jì)算機(jī)，22 —生長(zhǎng)室觀察窗，23-隔離襯底與束源爐擋板，24-束源爐口快門(mén)，25-束源爐，26-循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，27-生長(zhǎng)室襯底加熱爐，28-離子規(guī)，29-鈦升華泵，30-濺射離子泵。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明制備IV — VI族半導(dǎo)體單晶薄膜的生長(zhǎng)裝置進(jìn)行樣細(xì)描述 實(shí)施例l
一種制備IV—VI族半導(dǎo)體單晶薄膜的生長(zhǎng)裝置，包括有生長(zhǎng)設(shè)備，抽真空系統(tǒng)，加熱系
統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，所述的生長(zhǎng)設(shè)備的進(jìn)樣室，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，生長(zhǎng)
室的結(jié)構(gòu)如下
參見(jiàn)附圖l，進(jìn)樣室l包括有進(jìn)樣室樣品傳送桿8釆用有磁力傳送桿，采用直聯(lián)旋片 式機(jī)械泵7和復(fù)合分子泵6組成進(jìn)樣室的抽真空系統(tǒng)，進(jìn)樣室樣品架2放置襯底；進(jìn)樣室真
空測(cè)量由離子規(guī)9測(cè)量，進(jìn)樣室襯底加熱用碘鎢燈5，進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間通過(guò)連接通 道4相連，由進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間閘板閥3隔離，除氣后襯底通過(guò)磁力傳輸桿8傳入生 長(zhǎng)準(zhǔn)備室11。進(jìn)樣室1的主要功能是將襯底從大氣中裝入具有高真空和超高真空的系統(tǒng)中， 真空^5xl(^Pa，通過(guò)碘鉤燈加熱將吸附在襯底上的氣體排除，溫度從室溫 20(TC可調(diào)控。
參見(jiàn)附圖2，生長(zhǎng)設(shè)備的生長(zhǎng)準(zhǔn)備室11包括有樣品轉(zhuǎn)動(dòng)架操作手柄10與樣品轉(zhuǎn)動(dòng)架 12連接構(gòu)成可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的生長(zhǎng)準(zhǔn)備室樣品架，樣品架12上有三個(gè)樣品托，可存儲(chǔ)、處理 三個(gè)樣品，轉(zhuǎn)動(dòng)樣品架12可便于生長(zhǎng)準(zhǔn)備室的樣品與進(jìn)樣室或生長(zhǎng)室的樣品交接；生長(zhǎng)準(zhǔn)備 室襯底加熱爐14采用石墨，對(duì)襯底加熱溫度室溫 80(TC可控可調(diào)；濺射離子泵17與生長(zhǎng)準(zhǔn) 備室11連接，保持生長(zhǎng)準(zhǔn)備室的超高真空；生長(zhǎng)準(zhǔn)備室觀察窗13，便于樣品的傳送操作；
生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與進(jìn)樣室之間通過(guò)連接通道4相連，由生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與進(jìn)樣室之間閘板閥3隔離； 生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室之間通過(guò)連接通道16相連，由生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室之間閘板閥15隔離； 樣品襯底通過(guò)磁力傳送桿8由生長(zhǎng)準(zhǔn)備室11傳入生長(zhǎng)室20。生長(zhǎng)準(zhǔn)備室的主要功能是具 備非常干凈的超高真空環(huán)境，可達(dá)6.6X10—8Pa; 2)對(duì)襯底吸附的氣體進(jìn)一步除氣，最高除氣 溫度可達(dá)800 。C。
參見(jiàn)附圖3，生長(zhǎng)設(shè)備的生長(zhǎng)室20包括有由樣品轉(zhuǎn)動(dòng)架升降手柄17與樣品轉(zhuǎn)動(dòng)架22 構(gòu)成可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的生長(zhǎng)準(zhǔn)備室樣品架，樣品轉(zhuǎn)動(dòng)架升降手柄18由步進(jìn)電機(jī)連接19驅(qū)動(dòng)， 步進(jìn)電機(jī)19與計(jì)算機(jī)21連接，控制樣品架的旋轉(zhuǎn)速率；采用濺射離子泵30和鈦升華泵29 組成生長(zhǎng)室的抽真空系統(tǒng)；離子規(guī)28測(cè)量真空度；生長(zhǎng)室觀察窗22察生長(zhǎng)室內(nèi)的狀況；生 長(zhǎng)室樣品架和襯底加熱爐為27，室溫 80(TC可控可調(diào)，溫度波動(dòng)在土rC內(nèi)；樣品架27下邊 有束源爐25(束源爐共8只)，每一只束源爐裝有不同高純的源材料，用主擋板23隔離襯底 與束源爐，每一束源爐口處有一快門(mén)24，用以控制束流的關(guān)閉與噴出；束流大小決定生長(zhǎng)的 快慢，有離子規(guī)28來(lái)測(cè)量束流大小。本發(fā)明所述的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)采用工藝?yán)渌畽C(jī)26對(duì)束 源爐周圍進(jìn)行循環(huán)冷卻。生長(zhǎng)室的功能主要是完成高質(zhì)量的iv-vi族半導(dǎo)體晶體薄膜及其異 質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，樣品的大小可以是2英寸或3英寸或更大。 實(shí)施例2:
運(yùn)用發(fā)明實(shí)施例1的制備IV — VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，在BaF2(lll)襯底上生長(zhǎng) PbTe單晶薄膜的操作過(guò)程如下
將BaF2襯底放在垂直層流凈化工作臺(tái)中，沿(111)面解理，用高純氮?dú)獯祪簦?br>
*將BaF2襯底裝入進(jìn)樣室樣品架4上，用機(jī)械泵3抽10分鐘后，再用復(fù)合分子泵8抽半
個(gè)小時(shí)，抽真空至S5xlO—Spa，進(jìn)樣室加熱爐7用碘鎢燈加熱襯底，在150-200'C除氣30
分鐘；
*除氣后將進(jìn)樣室樣品架2上的BaF2襯底，在室溫下通過(guò)磁力傳輸桿8傳入生長(zhǎng)準(zhǔn)備室11 中的轉(zhuǎn)動(dòng)樣品架12基片升降臺(tái)上三個(gè)樣品托中，并關(guān)閉進(jìn)樣室1與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室11之間 的鬧板閥3，用濺射離子泵17保證生長(zhǎng)準(zhǔn)備室11中超高真空，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室襯底加熱器 14用石墨將襯底加熱到600 °C除氣30分鐘；
*對(duì)生長(zhǎng)室20中裝有PbTe源材料的束源爐25除氣，將PbTe束源爐25升溫至70(TC左右， 并在高于生長(zhǎng)束流溫度15'C對(duì)束源爐除氣10分鐘；對(duì)Te源束源爐25除氣，將Te束源 爐25升溫至350 'C左右，除氣10分鐘，用離子規(guī)28測(cè)量分子束流，束流大小決定生長(zhǎng) 速率，通過(guò)調(diào)節(jié)束源爐溫度控制分子束束流大小，在除氣及生長(zhǎng)過(guò)程中一直都用循環(huán)水
26對(duì)束源爐、生長(zhǎng)室外壁制冷，超高真空的保持由離子泵30實(shí)現(xiàn)； *將生長(zhǎng)準(zhǔn)備室11中的BaF2襯底，在室溫下通過(guò)磁力傳輸桿8傳入到生長(zhǎng)室21中的轉(zhuǎn)動(dòng)
樣品架27上，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室之間的閘板閥15隔離生長(zhǎng)室和生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，并用濺
射離子泵30和鈦升華泵29抽生長(zhǎng)室真空至S5xlO—Spa的超高真空度； *用襯底鉭片加熱器來(lái)加熱襯底，使其溫度為47(TC除氣10分鐘，其間用擋板23隔離樣品
架27上的襯底和束源爐25; *將襯底溫度調(diào)節(jié)到45(TC，保持襯底溫度波動(dòng)在士rC內(nèi)，打開(kāi)步進(jìn)電機(jī)19，控制轉(zhuǎn)速在
每分鐘3轉(zhuǎn)。同時(shí)打開(kāi)PbTe和Te束源爐快門(mén)24，打開(kāi)樣品架擋板23，開(kāi)始生長(zhǎng)； 當(dāng)PbTe單晶薄膜生長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到1小時(shí)，關(guān)閉束源爐，結(jié)束生長(zhǎng)，并將襯底溫度降至室溫。 *通過(guò)磁力傳送系統(tǒng)將生長(zhǎng)好的樣品傳出生長(zhǎng)室至生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中，再有生長(zhǎng)準(zhǔn)備室傳到進(jìn)
樣室，對(duì)進(jìn)樣室充高純氮?dú)庵?大氣壓，打開(kāi)進(jìn)樣室的裝樣門(mén)，取出樣品。
權(quán)利要求
1、一種制備IV-VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，包括有生長(zhǎng)設(shè)備，抽真空系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，其特征是所述的生長(zhǎng)設(shè)備由進(jìn)樣室，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，生長(zhǎng)室三個(gè)真空室依次連接構(gòu)成，進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間及生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室之間由閘板閥隔離，進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室有樣品傳送桿傳送襯底，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室有樣品傳送桿傳送襯底，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室和生長(zhǎng)室有可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架，生長(zhǎng)室樣品架下邊有2-8只束源爐，由擋板隔離樣品架與束源爐。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備IV — VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，其特征是所述生長(zhǎng)設(shè)備的進(jìn)樣室，包括有由機(jī)械泵和復(fù)合分子泵組成的抽真空系統(tǒng)；放置襯底的樣品架，襯底通 過(guò)層流凈化工作臺(tái)中裝入樣品架托上；測(cè)量真空度離子規(guī)；進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間相連， 由真空閘板閥隔離；樣品傳送桿。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備IV — VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，其特征是所述生長(zhǎng)設(shè)備的 生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，包括有可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架，樣品架上有多個(gè)樣品托；加熱爐；濺射離 子泵；開(kāi)有一觀察窗；生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室相連，由真空閘板閥隔離；生長(zhǎng)準(zhǔn)備室樣品傳 送桿。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備IV—VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，其特征是所述生長(zhǎng)設(shè)備的 生長(zhǎng)室，包括有由濺射離子泵和鈦升華泵組成生長(zhǎng)室的抽真空系統(tǒng)；測(cè)量真空度的離子 規(guī)；開(kāi)有一生長(zhǎng)室觀察窗；有可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī) 連接，控制樣品架的旋轉(zhuǎn)速率；襯底鉅片加熱爐；生長(zhǎng)室樣品架下邊有多只束源爐；有測(cè) 量束流大小束流規(guī)；在束源爐周圍采用工藝?yán)渌畽C(jī)構(gòu)成冷卻系統(tǒng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備IV — VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，其特征是所述束源爐，每 一束源爐口處有一快門(mén)，用擋板隔離襯底與束源爐，束源爐為2-8只，溫控精度為士0.5'C， 在室溫 1200'C連續(xù)可調(diào)可控。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備IV—VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，其特征是所述的步進(jìn)電機(jī) 在樣品生長(zhǎng)時(shí)的可控可調(diào)的旋轉(zhuǎn)速率為0 30轉(zhuǎn)/分無(wú)級(jí)調(diào)速。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備IV—VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，其特征是所述加熱系統(tǒng)， 進(jìn)樣室加熱爐為碘鎢燈，在室溫 20(TC可控可調(diào)；預(yù)處理室加熱爐為石墨加熱，在室溫 35(TC可控可調(diào)；生長(zhǎng)室加熱爐為鉭片加熱，在室溫 800'C可控可調(diào)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備IV—VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，其特征是所述控制系統(tǒng)， 由供電電源，溫度控制電源，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)控制電源，數(shù)顯真空計(jì)，直聯(lián)旋片式機(jī)械 泵，復(fù)合分子泵電源，濺射離子泵電源，升華泵電源組成，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)精確調(diào)控。 9、權(quán)利要求1所述制備IV — VI族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置的工作過(guò)程，其步驟是 將襯底裝入進(jìn)樣室樣品架上，用機(jī)械泵、復(fù)合分子泵抽真空，加熱使襯底除氣；*除氣后將襯底在用磁力傳輸桿傳入到生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架上，關(guān)閉進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間的閘板閥，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中抽超高真空，將襯底加熱除氣； *將裝有不同高純的源材料各不同束源爐升溫除氣，用離子規(guī)測(cè)量分子束流，在除氣及生長(zhǎng)過(guò)程中一直都用循環(huán)水對(duì)束源爐和生長(zhǎng)室外壁冷卻； *將生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中的襯底在室溫下用磁力傳輸桿傳入到生長(zhǎng)室中可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品 架上，用閘板閥隔離生長(zhǎng)室和生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，并用離子泵和升華泵抽生長(zhǎng)室真空至超 高真空度，用鉭片對(duì)襯底加熱，用擋板隔離襯底和束源爐；*將襯底溫度調(diào)節(jié)到生長(zhǎng)溫度，保持襯底溫度波動(dòng)在士rc內(nèi)，開(kāi)步進(jìn)電機(jī)，控制轉(zhuǎn)速，根據(jù)需要同時(shí)打開(kāi)2-8個(gè)束源爐擋板，打開(kāi)樣品架擋板，開(kāi)始生長(zhǎng)； *當(dāng)單晶薄膜生長(zhǎng)完成，關(guān)閉束源爐，結(jié)束生長(zhǎng)，并將襯底溫度降至室溫，通過(guò)磁力 傳送系統(tǒng)將生長(zhǎng)好的樣品傳出生長(zhǎng)室至生長(zhǎng)準(zhǔn)備室中，再有生長(zhǎng)準(zhǔn)備室傳到進(jìn)樣室， 對(duì)進(jìn)樣室充高純氮?dú)庵羖大氣壓，打開(kāi)進(jìn)樣室的裝樣門(mén)，取出樣品。
全文摘要
一種制備Ⅳ-Ⅵ族半導(dǎo)體晶體薄膜生長(zhǎng)裝置，包括有生長(zhǎng)設(shè)備，抽真空系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，其特征是所述的生長(zhǎng)設(shè)備由進(jìn)樣室，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室，生長(zhǎng)室三個(gè)真空室依次連接構(gòu)成，進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室之間及生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室之間由閘板閥隔離，進(jìn)樣室與生長(zhǎng)準(zhǔn)備室有樣品傳送桿傳送襯底，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室與生長(zhǎng)室有樣品傳送桿傳送襯底，生長(zhǎng)準(zhǔn)備室和生長(zhǎng)室有可升降和轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品架，生長(zhǎng)室樣品架下邊有2-8只束源爐，由擋板隔離樣品架與束源爐，生長(zhǎng)室可根據(jù)需要選擇用水冷或液氮冷卻，制造成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高，樣品尺寸可達(dá)3英寸，均勻性好。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101100763SQ20071006886
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者吳惠楨, 夏明龍, 徐天寧, 斯劍霄 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)