[發明專利]一種全自動控制的液相外延設備及控制方法

無效

• 申請號: 201210142791.2
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN102677162A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 邱鋒;胡淑紅;王奇偉;孫常鴻;呂英飛;郭建華;鄧惠勇;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: C30B19/06
• 分類號: C30B19/06;C30B19/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及半導體材料制造工藝技術，具體涉及一種生長Ⅲ-Ⅴ或Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體外延薄膜或者低維結構材料的液相外延設備及控制方法。

背景技術

液相外延技術（LPE?technique）是一種成熟的Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ材料生長技術，近平衡態生長提高外延層材料的純度，生長的材料具有高的遷移率和熒光效率；沿外延襯底定向生長提供了高質量外延層，材料致密，應力能小，構建的光電器件暗電流小；摻雜劑可選的范圍廣，材料沉積效率高，外延生長費用低，這些優點伴隨著開發不同的材料結構和新型器件已經有40年了。事實上，目前液相外延技術材料生長重復性差，在大面積襯底上材料均勻生長困難，高的沉積速率（0.1~1um/min）不利低維材料生長和新型器件多層結構制作，操作過程自動化程度低。

液相外延系統主要有水平滑舟型（horizontal?slideboat）、傾翻型（tipping）和垂直浸漬型（vertical?dipping）三種類型。因為水平滑舟型液相外延系統具有操作簡單、生長母液少、組分容易控制和適合多層外延層生長等優點而被廣泛應用于半導體光電材料和器件的研究。本發明的目的就是鑒于當前設備水平和研究需要，搭建一套自動化程度高，材料生長重復性好，便于低維材料器件研制的全自動控制液相外延水平滑舟型液相外延設備。

發明內容

基于目前科研要求和設備現狀存在的缺陷，本發明的目的是提供一種全自動控制的液相外延設備，解決手動控制設備存在的繁雜性和控制生長過程的不重復性。

本發明包括排空系統、進氣系統、溫度控制系統、電機控制系統和程序控制系統。

所述的排空系統包括：石英管4（內徑40mm，外徑45mm），密封不銹鋼底座，球閥10（日楊科技，通經KF25），皮拉尼真空計11(玉川真空PG500)，防爆電磁閥12（通經KF25），干泵13（愛德華EDXS5），用不銹鋼1/4英寸的不銹鋼通氣管連接。工作時，先關閉進氣閥27和排氣閥25口，再打開干泵，然后打開電磁閥，再擰開球閥，對石英管腔體抽真空，當真空度可達到7Par左右，可進行下一步。

所述的進氣系統包括：高壓減壓閥32，純化器31，低壓減壓閥30，質量流量計29（MKS），換向閥28，進氣閥27，排氣閥25，單向閥26。高壓減壓閥32對鋼氣瓶出來的氣體進行第一次減壓，然后用氣體純化器31純化氣體，然后用低壓減壓閥30對氣體二次減壓，并供氣到質量流量計29（MKS?1479A），通過串口RS2321×8擴展卡和多個繼電器2來精確控制所留過的氣體流量，然后打開換向閥28，選擇其中一路氣體通入石英管中。實驗需要先對生長腔體進行保壓處理，觀察氣體是否漏氣，并保證腔體的氣體純度，然后正常通氣。工作時，先關閉排氣閥，打開進氣閥，擰開換向閥28到H2氣體中保持通路，然后開啟質量流量計，調節所需流量300sccm直到流量計的示數顯示為零，表明已經沒有氣體流量了。然后打開排氣閥，設置流量200sccm。

所述的溫度控制系統包括：溫度表14（群特center305），熱電偶15（omega），溫度控制器16（eurotherm?2416），黃金爐17（TVU?America），制冷機20，冷卻機3。啟動溫度控制器16對三溫區黃金爐（單溫區的也可以）的電阻絲加熱；加熱爐采用黃金爐，雖然它的熱質（thermal?mass）小，抑制溫區溫度波動的效果較差，但在生長時可以看到外延層的生長情況，三溫區黃金爐對比單溫區的優點是具有較長的平坦穩溫區；溫度控制器采用有多段編程功能的歐陸表對黃金爐控溫，制冷機20維持黃金爐局部恒溫。置于襯底正下方連接溫度表14的熱電偶15可以檢測石英管內部不同地方的溫度，同時也可以作為溫度控制器的反饋熱電偶，從石英管底部插入的熱電偶檢測石英管內部溫度。工作時，溫度控制器依據指定程序給石英管加熱，制冷機20維持黃金爐局部恒溫，同時熱電偶檢測石英管內部溫度。