[發明專利]一種汞源爐及其補充汞液的方法

有效

• 申請號: 202211137323.6
• 申請日: 2022-09-19
• 公開（公告）號: CN115386960B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 龔欣;陳峰武;魏唯;陳長平;肖慧;寧澍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: C30B29/48
• 分類號: C30B29/48;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

本發明公開了一種汞源爐，包括位于真空腔室外部的料罐、閥控組件、輸送管道、以及位于真空腔室內部的噴射管，所述料罐、所述輸送管道和所述噴射管依次連通，所述料罐上設有真空閥、注液閥和排液閥，所述閥控組件設于所述輸送管道上，閥控組件包括并聯的截止閥和計量閥，所述截止閥的流導大于所述計量閥的流導。本發明用較小流導的計量閥來控制汞流量，減小閥門開關對料罐內汞蒸氣壓力的影響，束流穩定性好，控制精度高，響應速度快；用較大流導的截止閥來快速抽真空，借助真空腔室的泵組來獲得高真空狀態，不需要配置額外的汞液補充裝置，結構簡單，有效，可以在不破壞生長腔室真空環境的情況下實現快速汞液補充。

技術領域

本發明涉及半導體設備及其使用方法，尤其涉及一種汞源爐及其補充汞液的方法。

背景技術

碲鎘汞材料在紅外探測器技術領域一直處于主流地位，碲鎘汞材料制備的探測器能夠覆蓋整個紅外波段，從短波到甚長波，各個波段的探測器都展現出了極佳的性能。主流的碲鎘汞材料分子束外延技術已從3英寸成功轉換到4英寸生長，達到工程應用對碲鎘汞材料所需的各項指標要求。

碲鎘汞材料分子束外延設備中汞源爐的設計極為關鍵，這是由于汞的特殊性決定的：汞在常溫下呈液態，汞蒸氣壓力對溫度的變化極為敏感，遠高于其他固態源料，且汞的粘附系數只有碲、鎘的百分之一至千分之一的水平，在碲鎘汞材料外延生長過程中汞的消耗量較大，汞的裝載量往往制約著可連續生長材料的片數，因此要求汞源爐可在不破壞生長腔室真空環境的情況下實現快速汞液補充。

氣體流過狹小孔隙，當上下游壓力差足夠大時會產生阻塞流現象，氣體流量主要取決于上游高壓側的氣壓，下游流量Q_down與上游壓力P_up呈線性關系Q_down＝C(T,γ,M,r)·P_up，式中C是節流孔處的流導，與氣體的溫度T、熱容比γ、分子量M和孔隙半徑r相關。汞源爐工作在工藝溫度時，上游料罐內壓力在幾Torr量級，下游真空腔室內壓力在10^-7～10^-6Torr水平，閥門相當于節流孔，兩側壓力差極大，滿足阻塞流產生條件。

現有汞源爐在料罐與真空腔室之間僅配置一個閥門用于流量控制，同時配置額外的汞液補充裝置，汞液補充裝置包括補充料罐、隔離閥、注/排液管道、充氣閥、抽氣閥、液位監測裝置等。裝卸料時，先關閉汞源爐料罐和補充料罐之間的隔離閥，完成對補充料罐的汞液加注操作，再打開隔離閥，通過對補充料罐進行充氮氣操作來將補充料罐中的汞液壓入至汞源爐料罐中，或通過對補充料罐進行抽真空操作來將汞源爐料罐中汞液排空至補充料罐中，操作較為復雜。

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，提供一種結構簡單、操作方便，可以在不破壞生長腔室真空環境的情況下實現快速汞液補充的汞源爐。

本發明進一步提供一種上述汞液爐補充汞液的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種汞源爐，包括位于真空腔室外部的料罐、閥控組件、輸送管道、以及位于真空腔室內部的噴射管，所述料罐、所述輸送管道和所述噴射管依次連通，所述料罐上設有真空閥、注液閥和排液閥，所述閥控組件設于所述輸送管道上，閥控組件包括并聯的截止閥和計量閥，所述截止閥的流導大于所述計量閥的流導。

作為上述技術方案的進一步改進：所述料罐、所述閥控組件、所述輸送管道和所述噴射管沿汞蒸氣輸送方向溫度逐漸升高。

作為上述技術方案的進一步改進：所述料罐的溫度為180℃至190℃，所述閥控組件的溫度為190℃至200℃，所述輸送管道的溫度為200℃至210℃，所述噴射管的溫度為350℃至400℃。

作為上述技術方案的進一步改進：所述料罐配設有料罐加熱器，所述閥控組件配設有閥門加熱器或與所述料罐共用加熱器，所述噴射管配設有噴射管加熱器。