CN101525742A - 化学气相淀积材料生长设备的装样、取样和样品转移的方法 - Google Patents
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Abstract
化学气相淀积材料生长设备的装样、取样和样品转移的方法，在化学气相淀积材料生长设备的反应腔体与外界大气之间设置一个只含单纯氮气或其它保护性气体的转移腔及进、取样和转移样品的相应的机械装置，衬底材料不论进、出反应腔体或在不同反应腔之间的转移时，都要先通过这个转移腔；只含单纯氮气或其它保护性气体的转移腔，转移腔结构是与外界相对封闭，只在转移腔腔口与工作台面的底面之间、底部供支撑杠升降的通孔与支撑杠之间留有间隙，既保证在操作过程中转移腔中的气压大于外界大气压、也保留氮气或其它保护性气体的外泄途径；升降丝杆和平移导轨装置位于转移腔的下方，升降丝杠所驱动的升降平台上安装支撑杠、接口法兰及样品架。
Description
技术领域
本发明涉及制备薄膜材料的CVD材料生长设备的衬底材料装样、取样、转移方法的优化设计，通过全程对衬底材料采用氮气等气氛保护的方法实现衬底材料在进、出CVD材料生长设备的腔体或衬底材料在不同反应腔体之间转移的过程中免受大气环境可能造成的沾污。
技术背景
用于薄膜材料的外延生长方法包括：化学气相淀积(CVD)、电子回旋共振等离子化学气相淀积(ECR-MPCVD)、液相外延生长(LPE)、气相外延生长(VPE)、分子束外延生长(MBE)等。其中CVD生长技术属最为常用的方法之一，其特点是设备成本较低、生产批量大、薄膜均匀性好、易控制薄膜组分和掺杂等。
用CVD设备进行薄膜材料的生长之前，所用的衬底材料需经过一系列化学、物理的方法处理后方可被装进反应腔体，这一系列的处理都必须确保衬底材料的表面清洁。在用CVD设备进行材料生长的过程中，各类反应气源进入反应腔，在衬底表面附近，混合的反应气体分子在生长温度下分解、再经化学反应实现原子的重新结合，从而在衬底上淀积出所需的薄膜材料。然而，某些反应气源在生长设备的气源管道和反应腔中具有明显的记忆效应，即生长过程中利用过此类气源的生长装置，不论经过怎样的常规去除杂质的处理方式，其气路和反应腔中始终会有该气源的物质残留。因此，为了避免残留气源物质对后续生长的污染，该类气源往往需要使用独立的气源气路和反应腔体，这就需要在一个完整的材料生长过程中使衬底材料在不同反应腔之间的转移，只有避免在衬底材料的转移过程中引入污染才能保证所制备的薄膜材料具有较高的质量。
实现衬底材料转移的通常方法包括：手套箱、真空环境下的磁力推杆等。手套箱具有结构简单、成本低、操作空间大等优点，缺点是操作要通过厚实的橡胶手套完成，这就不可避免地限制了操作的灵活性，而维持大空间的保护气氛也相应地增加了所占空间和日常使用时的准备时间及使用成本。磁力推杆装置具有操作可靠、使用成本低的优点，其不足在于装置及相关连接的结构复杂、成本高、功能单一、所占空间大。
发明内容
本发明的目的是提出一种材料生长所用衬底的装样、取样和样品转移的方法及装置，确保在一个清洁的环境中，实现衬底材料的装样、取样、转移，确保材料不受外界环境的沾污。
本发明的技术方案是：材料生长所用衬底的装样、取样和样品转移的方法，在化学气相淀积材料生长设备的反应腔体与外界大气之间设置一个只含单纯氮气或其它保护性气氛的转移腔及转移样品的相应的机械装置，衬底材料不论进、出反应腔体或在不同反应腔之间的转移时，都要先通过这个转移腔；只含单纯氮气或其它保护性气体的转移腔，其结构是与外界相对封闭，只留供样品架支撑杠升降的通孔和衬底装样、取样的出入口，且在操作过程中，转移腔及准备腔中的气压始终大于外界大气压。所述的用于进样、取样和转移的机械装置，是由动力装置、丝杠、导轨及齿轮等构成的牵引、传动装置，能够完成转移腔升降、平移、法兰对接等动作的机械体系。反应腔其实是由反应腔及相连的准备腔二腔组成；反应腔、转移腔、准备腔三腔中，转移腔在工作台面的下部且为独立结构。
反应腔、准备腔均位于工作台面之上，其底座法兰则固定于工作台面，底座法兰上供样品架进出的出入口由位于转移腔内的支撑杠所牵引的接口法兰通过升降密封，准备腔供衬底装样、取样的出入口设有关闭装置。转移腔位于工作台面之下、由支撑件固定于牵引平台，转移腔腔口与工作台面的底面之间、底部供支撑杠升降的通孔与支撑杠之间留有间隙。升降丝杆和平移导轨等装置位于转移腔的下方，升降丝杠所驱动的升降平台上安装支撑杠、接口法兰及样品架。
衬底材料不论进、出反应腔体，都要先通过这个转移腔。
这样就避免了大气环境对衬底材料可能产生的污染。同时，在不同的反应腔体之间，通过机械装置，实现衬底材料在转移腔与不同反应腔之间的转移。
本发明方案的优点是：
1.减小所占空间，为衬底材料的进样、取样、转移过程提供保护气氛，
2.应用必要的传动装置提高设备的自动化程度，提高装、取样品的操作灵活性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
反应腔1、移动腔2、接口法兰3、底座法兰4、准备腔2-1、样品架5、升降丝杆6、平移装置7、工作台面8、支撑杠升降的通孔9、支撑件10
具体实施方式
1.装样：工作台面上方，位置为反应腔，工作台面下方为移动腔(转移腔)。
保持转移腔、准备腔、反应腔中氮气压强对大气压强处于正压。样品架由反应腔进入转移腔。平移至准备腔装样，后再回到反应腔：
样品架由反应腔进入转移腔；转移腔接口法兰与反应腔底座法兰分离，通过升降和平移装置完成转移腔至用于装样、取样的准备腔的移动；转移腔接口法兰与准备腔底座法兰对接，样品架进入准备腔；开启准备腔的样品进出口，衬底材料由样品进出口进入准备腔后置于样品架，关闭准备腔进出口；衬底材料及样品架由准备腔进入转移腔；转移腔接口法兰与准备腔底座法兰分离，通过升降和平移装置完成转移腔至反应腔的移动；转移腔接口法兰与反应腔底座法兰对接，衬底材料及样品架进入反应腔。
2.取样：保持转移腔、准备腔、反应腔中氮气压强对大气压强处于正压，其后过程与装样过程的操作步骤相反。
衬底材料及样品架由反应腔进入转移腔；转移腔接口法兰与反应腔底座法兰分离，通过升降和平移装置完成转移腔至准备腔的移动；转移腔接口法兰与准备腔底座法兰对接，衬底材料及样品架进入准备腔；开启准备腔进出口，衬底材料由样品进出口取出，关闭准备腔进出口；转移腔接口法兰与准备腔底座法兰分离，通过升降和平移装置完成转移腔至反应腔的移动；转移腔接口法兰与反应腔底座法兰对接。
3.不同反应腔之间的转移(多只反应腔时)：保持转移腔、准备腔、反应腔中氮气压强对大气压强处于正压，其后过程为取样、装样过程的操作步骤相结合。
衬底材料及样品架由反应腔进入转移腔；转移腔接口法兰与反应腔底座法兰分离，通过升降和平移装置完成转移腔至准备腔的移动；转移腔接口法兰与准备腔底座法兰对接，衬底材料及样品架进入准备腔；开启准备腔进出口，衬底材料由样品架移动至准备腔的样品暂存位置，关闭准备腔进出口；转移腔通过升降和平移装置完成转移腔至另一反应腔的移动。
转移腔接口法兰与反应腔底座法兰分离，通过升降和平移装置完成转移腔至准备腔的移动；转移腔接口法兰与准备腔底座法兰对接；开启准备腔进出口，衬底材料由准备腔的样品暂存位置移动至样品架，关闭准备腔进出口；衬底材料及样品架自准备腔进入转移腔；转移腔接口法兰与准备腔底座法兰分离，通过升降装置和平移装置完成转移腔至反应腔的移动；转移腔接口法兰与反应腔底座法兰对接，衬底材料及样品架进入反应腔。
Claims (3)
1、化学气相淀积材料生长设备的装样、取样和样品转移的方法，其特征是在化学气相淀积材料生长设备的反应腔体与外界大气之间设置一个只含单纯氮气或其它保护性气体的转移腔及进、取样和转移样品的相应的机械装置，衬底材料不论进、出反应腔体或在不同反应腔之间的转移时，都要先通过这个转移腔；只含单纯氮气或其它保护性气体的转移腔，转移腔结构是与外界相对封闭，只在转移腔腔口与工作台面的底面之间、底部供支撑杠升降的通孔与支撑杠之间留有间隙，既保证在操作过程中转移腔中的气压大于外界大气压、也保留氮气或其它保护性气体的外泄途径；所述的进、取样和转移机械装置是由升降丝杠的动力装置、齿轮、导轨构成的牵引、传动装置组成的，能够完成转移腔升降、平移、法兰对接等动作的机械体系。反应腔、转移腔、准备腔三腔中，反应腔和与之相连的准备腔在反应工作台面上部，转移腔在工作台面的下部且为独立结构；升降丝杆和平移导轨装置位于转移腔的下方，升降丝杠所驱动的升降平台上安装支撑杠、接口法兰及样品架。
2、权利要求1所述的材料生长所用衬底的装样、取样和转移方法，其特征是反应腔、准备腔均位于工作台面之上，其底座法兰则固定于工作台面，底座法兰上供样品架进出的出入口由位于转移腔内的支撑杠所牵引的接口法兰通过升降密封，准备腔供衬底装样、取样的出入口设有关闭装置。转移腔位于工作台面之下、由支撑件固定于牵引平台，转移腔腔口与工作台面的底面之间、底部供支撑杠升降的通孔与支撑杠之间留有间隙。升降丝杆和平移导轨等装置位于转移腔的下方，升降丝杠所驱动的升降平台上安装支撑杠、接口法兰及样品架。
3、权利要求1所述的材料生长所用衬底的装样、取样和转移方法，其特征是反应腔、转移腔、准备腔三腔中，反应腔和准备腔在反应工作台面上部，转移腔在工作台面的下部且为独立结构。
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