[發明專利]一種三狀態分子束外延用束源爐快門

有效

• 申請號: 202011453051.1
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112746318B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 杜鵬;龔欣;付宏偉;魏唯;陳峰武;王慧勇;肖慧;寧澍;陳長平
• 申請（專利權）人: 湖南爍科晶磊半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B23/02
• 分類號: C30B23/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 徐好

本發明公開了一種三狀態分子束外延用束源爐快門，在具備束流開啟與束流關斷兩種狀態的基礎上，新增第三種束源爐保護狀態，處于束源爐保護狀態的快門可以有效阻擋冷屏內壁上吸附的材料碎片掉落入束源爐中，具有可以保護束源爐內源料不受材料碎片污染、優化外延薄膜質量、同時有效提升蒸發束流的穩定性和重復性、降低設備維護時間、提高設備生產效率等優點。

技術領域

本發明涉及半導體設備，尤其涉及一種三狀態分子束外延用束源爐快門。

背景技術

分子束外延(MBE)是在超高真空環境下，把構成晶體各組分和摻雜的原子或分子，以一定的熱運動速度、按一定的成分比例從束源爐中噴射到襯底表面上進行外延生長來制備單晶薄膜的一種方法。

其中束源爐和束源爐快門是分子束外延設備的重要組成部分，束源爐通過加熱坩堝中的源料來獲得穩定可控的蒸發束流，每一個束源爐配備有獨立的束源爐快門，束源爐快門通過放行或遮擋來實現對蒸發束流的開關控制。現有技術中的束源爐快門主要分為兩種形式：線性運動快門與旋轉運動快門，都只具備束流開啟和束流關斷兩種狀態。

冷屏也是分子束外延設備的重要組成部分之一，冷屏一般采用液氮來冷卻，工作溫度在77K左右：一是用于吸附未參與外延生長的多余的原子或分子，提高腔內真空度；二是用于吸收來自束源爐加熱器和樣品架加熱器的多余的熱量輻射，減少腔內熱負荷。然而，分子束外延設備在長時間工藝運行后，冷屏內壁上吸附的材料不斷累積、逐漸變厚，最終形成極易脫落的材料碎片，這些材料碎片一旦掉落入下方束源爐中，將交叉污染束源爐內源料，影響外延薄膜質量，也導致蒸發束流不可控，影響后續工藝的穩定性和重復性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可以保護束源爐內源料不受材料碎片污染、優化外延薄膜質量、同時有效提升蒸發束流的穩定性和重復性的三狀態分子束外延用束源爐快門。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種三狀態分子束外延用束源爐快門，具備三種狀態——束流開啟狀態、束流關斷狀態、束源爐保護狀態；快門處于束流開啟狀態時，快門葉片完全避開束流蒸發路徑；快門處于束流關斷狀態時，快門葉片完全擋住束流蒸發路徑；快門處于束源爐保護狀態時，快門葉片位于束源爐的爐口上方，阻擋冷屏內壁上吸附的材料碎片掉落入束源爐中。

作為上述技術方案的進一步改進：所述快門包括位于真空腔室內的快門葉片、用于帶動快門葉片上下擺動和線性伸縮的快門桿、以及用于安裝快門桿的快門法蘭。

作為上述技術方案的進一步改進：所述快門桿一端位于真空腔室內，快門桿另一端位于真空腔室外并連接有驅動裝置。

作為上述技術方案的進一步改進：所述驅動裝置通過波紋管實現真空動密封。

作為上述技術方案的進一步改進：所述快門葉片采用耐高溫金屬材料或陶瓷材料制成，所述快門桿采用耐高溫金屬材料或陶瓷材料制成。

作為上述技術方案的進一步改進：所述快門葉片與所述快門桿固定連接，所述快門葉片與所述快門桿之間的夾角為60°至150°。

與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明公開的三狀態分子束外延用束源爐快門，在具備束流開啟與束流關斷兩種狀態的基礎上，新增第三種束源爐保護狀態，處于束源爐保護狀態的快門可以有效阻擋冷屏內壁上吸附的材料碎片掉落入束源爐中，以解決現有技術中束源爐內源料易污染、外延薄膜質量差、蒸發束流的穩定性和重復性差等問題，降低設備維護時間，提高設備生產效率。

附圖說明

圖1是本發明三狀態分子束外延用束源爐快門的側視結構示意圖。

圖2是本發明三狀態分子束外延用束源爐快門處于束流關斷狀態時的俯視結構示意圖。