[實(shí)用新型]真空系統(tǒng)用石英活性氣體發(fā)生裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 96229301.6
• 申請(qǐng)日: 1996-02-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN2273314Y
• 公開(kāi)（公告）日: 1998-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王善忠;許頤璐;楊建榮;俞錦陛;姬榮斌;巫艷;郭世平;何力
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C30B35/00
• 分類(lèi)號(hào): C30B35/00
• 代理公司: 上海華東專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 高毓秋

本實(shí)用新型涉及等離子體技術(shù)和晶體生長(zhǎng)技術(shù)，特別是一種真空系統(tǒng)用石英活性氣體發(fā)生裝置。

在超高真空環(huán)境下工作的處于激發(fā)狀態(tài)(活性)的原子、分子的集合體(或等離子體)發(fā)生裝置在半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)以及半導(dǎo)體表面處理等領(lǐng)域有廣泛的用途。如在III-V族半導(dǎo)體GaN系材料的分子束外延生長(zhǎng)以及II-VI族半導(dǎo)體ZnSe系材料的P型摻雜中都使用氮(N)活性原子、分子作為材料主元素的束流源和摻雜劑源。在Si、GaAs等半導(dǎo)體表面處理工藝中，利用活性氫原子清洗可以有效地清除表面氧化物，實(shí)現(xiàn)材料表面的低溫清潔。

英國(guó)現(xiàn)有的在超高真空環(huán)境下工作的活性原子、分子發(fā)生裝置是使用不銹鋼材料作為主要支撐和真空密封結(jié)構(gòu)，等離子體發(fā)生腔用氮化硼材料制成，且氮化硼反應(yīng)爐和不銹鋼外殼部分連接較為復(fù)雜，導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格十分昂貴，使許多使用單位難以承受。并且由于該裝置與真空系統(tǒng)的接口規(guī)格在制造時(shí)必須確定，事后用戶(hù)難以根據(jù)自己的真空系統(tǒng)接口靈活變更。

本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低廉的真空系統(tǒng)用石英氣態(tài)活性原子、分子發(fā)生裝置。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案完成：本活性氣體發(fā)生裝置包括等離子體發(fā)生部分、接口、氣路與閥門(mén)。由減壓閥一端連接氣源，另一端通過(guò)氣路順序連接角閥和真空漏閥；真空漏閥通過(guò)波紋管連接石英的管狀反應(yīng)腔，石英管狀反應(yīng)腔的另一端的端面燒結(jié)有凹形瀉流孔；石英管狀反應(yīng)腔通過(guò)接口與超高真空系統(tǒng)相連接。由不銹鋼套與法蘭螺紋齒合壓縮氟橡膠環(huán)形成密封面。即接口密封由氟橡膠圈被不銹鋼套與劈狀擠壓塊及石英反應(yīng)腔側(cè)面三者擠壓后密封。在石英管狀反應(yīng)腔兩端分別與不銹鋼氣路及超高真空系統(tǒng)的連接處設(shè)有水冷套，水冷套與石英管狀反應(yīng)腔的間隙中填有金屬銦。在石英管狀反應(yīng)腔的外部耦合有射頻輻射線(xiàn)圈。射頻輻射線(xiàn)圈用空心銅質(zhì)材料做成，線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)用水冷卻。射頻輻射線(xiàn)圈用氟塑料支柱支撐于機(jī)架上，保持與石英管狀反應(yīng)腔之間無(wú)接觸。

本實(shí)用新型具有如下有益效果：

1.本實(shí)用新型的活性原子、分子發(fā)生裝置的主體部分使用較為廉價(jià)的高純石英材料，石英結(jié)構(gòu)同時(shí)起到等離子體反應(yīng)腔、真空密封、氣路以及支撐的作用，大大簡(jiǎn)化了等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和制備成本，使之成為一種廉價(jià)的常用設(shè)備。本實(shí)用新型的裝置已經(jīng)在分子束外延超高真空系統(tǒng)上試用。利用本裝置產(chǎn)生的氮等離子體已經(jīng)成功地獲得了ZnSe、ZnTe等II-VI族半導(dǎo)體料的P型重?fù)诫s。

2.本實(shí)用新型的石英管狀反應(yīng)腔的直徑尺寸可根據(jù)不同真空系統(tǒng)的要求以及使用目的而定。

3.本實(shí)用新型的石英管狀反應(yīng)腔與超高真空系統(tǒng)的接口具有拆卸方便、易于與各類(lèi)不同真空系統(tǒng)連接的優(yōu)點(diǎn)。

4.本實(shí)用新型在水冷套與石英管反應(yīng)腔之間用銦填隙，增強(qiáng)了熱的有效傳導(dǎo)。

5.本實(shí)用新型可通過(guò)控制凹形瀉流孔大小及漏閥開(kāi)啟大小來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)活性粒子束流和背景真空的要求。

本實(shí)用新型附圖說(shuō)明如下：

圖1為本實(shí)用新型的等離子體發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的石英管狀反應(yīng)腔端面的瀉流孔剖面圖，圖2為圖1中標(biāo)記12的局部放大剖視圖。

圖3為本實(shí)用新型的石英管狀反應(yīng)腔到超高真空系統(tǒng)的接口的剖視圖。

圖4為本實(shí)用新型的氣體源氣路到石英管狀反應(yīng)腔的接口的剖視圖。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述：

本實(shí)用新型的離子體發(fā)生裝置請(qǐng)參閱圖1。氣源1提供的氣體首先經(jīng)減壓閥2減壓至0.1～0.2MPa，然后再通過(guò)氣路3并順序通過(guò)角閥7、真空漏閥8將體氣微量地泄漏至石英管狀反應(yīng)腔4。在石英管狀反應(yīng)腔內(nèi)的氣體經(jīng)射頻輻射線(xiàn)圈的耦合激勵(lì)，在適當(dāng)?shù)臍怏w壓強(qiáng)下形成處于各種激發(fā)狀態(tài)的氣體原子及分子的混合體。反應(yīng)氣體經(jīng)石英管狀反應(yīng)腔前端面上的瀉流孔12泄入超高真空室13。

根據(jù)氣體的放電條件，石英管狀反應(yīng)腔體內(nèi)的氣體放電壓強(qiáng)應(yīng)為1.3～1.3×10^-2Pa量級(jí)。該氣體壓強(qiáng)由真空漏閥8的氣體漏率、石英管狀反應(yīng)腔前端面上的瀉流孔12的尺寸以及真空室內(nèi)排氣泵的排氣量協(xié)調(diào)控制達(dá)到。在使用時(shí)，石英管狀反應(yīng)腔前端面上的瀉流孔12的尺寸以及真空室內(nèi)排氣泵組的排氣量是已經(jīng)確定的量，可由真空漏閥8調(diào)整至合適的氣體放電壓強(qiáng)。

石英管狀反應(yīng)腔前端面上的瀉流孔12的尺寸的大小可調(diào)節(jié)不同的氣體通量和作用范圍，可根據(jù)不同的使用目的確定。但由于該瀉流孔的石英管狀反應(yīng)腔內(nèi)氣體壓強(qiáng)的決定，故直徑一般在0.1～0.4mm之間選擇。