[發明專利]近空間升華法制備大面積化合物半導體源

無效

• 申請號: 200810045790.X
• 申請日: 2008-08-12
• 公開（公告）號: CN101649442A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 馮良桓;黎兵;蔡偉;蔡亞萍
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C23C14/22
• 分類號: C23C14/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明屬于半導體薄膜源材料的制備設備，當然也可作為制備薄膜的設備。

二、背景技術

化合物半導體薄膜與器件的制造中，常常使用近空間升華技術、濺射技術或真空蒸發技術。在這些技術中，如果要沉積大面積樣品，都需要用同種材料制成大面積的靶或源。

由于靶或源是化合物，因此制備方法和金屬靶或金屬源十分不同。目前制作化合物靶(或源)可分為三種方式：用有機粘合劑與化合物半導體粉攪拌均勻，制成板狀；用真空蒸發，將化合物半導體沉積在襯底表面；用近空間升華，將化合物半導體沉積在襯底表面；或者，采用化學浴方法，將化合物半導體沉積在襯底表面。這些技術各有特點，而實施這些技術的設備都未見詳細的報道，因為都是各個研究室自行設計，靶(或源)的面積不大，使用的次數不多，沒有考慮規模化生產的需要。

根據我們的實際經驗，對上述制靶(或源)技術進行了分析。它們的優點和不足之處如下：

有機粘合劑靶(或源)可以做得比較厚，使用時間長，但材料難以滿足高純度的要求。

真空蒸發沉積的靶(或源)純度高，沉積速率低，難以取得較厚的靶(或源)。制造過程中材料消耗大。

化學浴沉積制備靶(或源)，沉積速率低，由于溶液本身的限制，厚度較薄，材料的純度不會很高。

相比之下，用近空間升華沉積能獲得高純度、大面積、較厚的靶(或源)，制作過程的損耗也很小。

本發明正是實施這一技術的專門設備，并針對上述要求以及膜厚的均勻性作了一系列特別的設計。

本設備是采用蒸發的源料氣體分子在高真空中近似呈直線運動的原理，在基片架上的基片淀積成所需的化合物半導體源，這種化合物源板結成致密大塊，完全不同于初始的源料；這種源可以用做多種用處，如加熱的源或靶材等。

對于實驗室里所用的類似設備，其基本裝置的剖面如圖1所示。

A為上加熱石墨；B為石英片，用作源片；C為石英墊條；D為化合物源料；E為下加熱石墨；F為加熱管；G為石英玻璃罩；H為熱偶；I為出氣閥，接機械泵；J為充氣閥，接氣瓶。

半導體薄膜在某些應用中，如制作太陽電池，是作為大面積顯示器、發光器的功能層，這就要求發展出能沉積大面積化合物薄膜的近空間升華技術，進而要求有適用的大面積化合物半導體源。面對這樣的要求，上述裝置有如下不足：

1)石英玻璃罩將增大很多倍。而因玻璃容器易碎，熱導率低等缺點，用來作真空罩已不再適宜。

2)由于要制備的源的面積增大，同時棄用玻璃罩，故圖1中的燈管外加熱方式將不再適宜。

3)由于面積增大，使用石英片作源片已不再適宜。

4)由于石墨塊受熱不均勻，易導致所制備的化合物半導體源不均勻、厚度不一致。應設法彌補。

5)在近空間升華技術中，B、D之間的間距是很重要的參數，通常是用石英墊條來調節。但是，由于源的面積增大，使得該方式不再適宜。

6)在實驗室的研究中，制備過程中的廢氣排放很簡單，但對大面積的真空罩設備應有特別的設計。

這樣，為了解決大面積規模化制造中出現的問題，特提出本發明。

三、發明內容

本發明的設備結構如圖2所示。其具體要點如下：

1、用金屬材料，如不銹鋼，作真空罩。完全克服了石英玻璃罩易破碎、熱導率低等缺點。

2、加熱管放入真空罩中，改用內置加熱。

3、大面積石英片難以解決扭曲變形問題，故經過很多次實驗研究，我們直接采用石墨塊作源片載體。當然，也可以用其它高溫下不易變形的材料作源片載體，如不銹鋼板材。

4、面積增大后，石墨塊受熱不均勻的問題更加突出，并直接導致所制備的化合物半導體源不均勻、厚度不一致。我們采取在上石墨的上面和下石墨的下面，分別放置拋光的不銹鋼反光板，使得邊緣與中心的石墨溫度盡量一致。長方體真空罩的內壁拋光處理，水平的四面內壁上又加掛了四片不銹鋼反光板。另外，我們在石墨上加鉆了邊緣熱偶測溫點，便于檢測溫場分布。

5、由于源的面積增大，故設計了升降裝置，可以在真空罩外面實現間距的連續調節。

6、加裝了冷阱，能有效進行尾氣處理。

7、真空罩開有觀察窗。

與現有技術相比，本發明有如下優點：

1)能制備大面積的化合物半導體源，應用該類源可制備出0.1~0.2m²面積的化合物半導體薄膜。

2)能連續調節源料與制備源片之間的間距，可以制備出不同質構的化合物半導體源片。