CN103668126A

CN103668126A - 激光化学气相沉积装置

Info

Publication number: CN103668126A
Application number: CN201310619782.2A
Authority: CN
Inventors: 涂溶; 後藤孝; 章嵩; 张联盟
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种激光化学气相沉积装置，包括沉积腔以及设于沉积腔内的基板座，基板座上设有基板，基板座上方设有喷头，喷头通过管道分别输入载流气和原料气，沉积腔下部设有泵，所述的沉积腔上部设有第一光学窗口，第一光学窗口外设有用于调整激光光斑能量分布与光斑大小的光学扩束系统，光学扩束系统通过光纤连接连续激光器；本发明将连续激光引入CVD的沉积腔体，直接照射基板表面，以加快材料生长速度，连续激光由激光器射出后，经光学扩束系统整形成具有能量超高斯分布的光斑，直接以激光用材料的生长提供能量，材料的生长速度高于传统CVD技术1－4个数量级，设备结构较之于传统CVD简单，能够生产直径大于100毫米的材料。

Description

激光化学气相沉积装置

技术领域

本发明属于化学气相沉积技术领域，涉及一种激光化学气相沉积装置。

背景技术

化学气相沉积（CVD）是一种常见的薄、厚膜制备技术，该技术一直存在两大不足：1、沉积速度慢，通常沉积速度仅为几个微米每小时；2、由于常规CVD均采用焦耳传热为基板与原料供热，使得靠近热源的区域沉积速度高，远离热源的区域沉积速度低，薄膜厚度不均匀。

CVD技术通常采用焦耳传热来为基板与原料供热，造成靠近热源的区域沉积速度高，远离热源的区域沉积速度低，薄膜厚度不均匀；另一方面，焦耳热对原料的分解、反应以及成膜促进作用有限，CVD沉积速度通常仅为几个微米每小时。

多种激励装置也曾被用于提高CVD的沉积速度，如等离子辅助CVD、热丝CVD等，但效果均不明显；脉冲激光也曾被引入到CVD技术中（《JP2001 - 035806 MANUFACTURE OF SEMICONDUCTOR THIN FILM》、《JP2005-229013 METHOD FOR FORMING NITRIDE SEMICONDUCTOR》、《JP2003-060237 METHOD OF GROWING SEMICONDUCTOR CRYSTAL FILM》），虽然可在一定程度提高材料的沉积速度，但这类脉冲激光CVD技术仅限于个别材料、20微米左右的微区加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用连续激光直接参与化学气相沉积工艺，进行非晶、多晶以及单晶材料的制备的化学气相沉积装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种激光化学气相沉积装置，包括沉积腔以及设于沉积腔内的基板座，基板座上设有基板，基板座上方设有喷头，喷头通过管道输入载流气和原料气，沉积腔下部设有泵，所述的沉积腔上部设有第一光学窗口，第一光学窗口外设有用于调整激光光斑能量分布与光斑大小的光学扩束系统，光学扩束系统通过光纤连接连续激光器。

其沉积腔上部还设有第二光学窗口，第二光学窗口外设有光学测温系统。

接上述技术方案，本发明所述的一种激光化学气相沉积装置，所述的管道包括载流管和原料管，原料管上依次连接有第一阀门和第一气体流量计，第一阀门和第一气体流量计之间连接有盛装液、固原料的原料罐。

接上述技术方案，本发明所述的一种激光化学气相沉积装置，所述的载流管上依次连接有第二阀门和第二气体流量计。

本发明的有益效果是：将连续激光引入CVD的沉积腔体，直接照射基板表面，以加快材料生长速度，连续激光由激光器射出后，经光学扩束系统整形成具有能量超高斯分布的光斑，不再采用焦耳传热，直接以激光用材料的生长提供能量，材料（薄、厚膜以及晶体）的生长速度高于传统CVD技术1－4个数量级，设备结构较之于传统CVD简单，调整连续激光光斑即可获得相应尺寸的均温区，能够生产直径大于100毫米的材料。

附图说明

图1是本发明实施例激光化学气相沉积装置的结构示意图；

图2是本发明实施例连续激光基板表面温度分布图。

各附图标记为：21—载流气，22—原料气，31—第二气体流量计，32—第一气体流量计，41—第二阀门，42—第一阀门，5—原料罐，6—光学测温系统，71—第二光学窗口，72—第一光学窗口，8—基板，9—基板座，10—泵，11—沉积腔，12—光学扩束系统，13—喷头，14—连续激光。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1、图2所示，本发明公开了一种激光化学气相沉积装置，包括沉积腔11以及设于沉积腔11内的基板座9，基板座9上设有基板8，基板座9上方设有喷头13，喷头13通过管道分别输入载流气21和原料气22，或者同时输入载流气21和原料气22。沉积腔11下部设有泵10，沉积腔11上部设有第一光学窗口72，第一光学窗口72外设有用于调整激光光斑能量分布与光斑大小的光学扩束系统12，光学扩束系统12通过光纤连接连续激光器，连续激光器射出的连续激光14经光纤导入光学扩束系统12，所述的沉积腔11上部还设有第二光学窗口71，第二光学窗口71外设有光学测温系统6，光学测温系统6通过接收基板8表面发出的红外线进行温度测量，其中基板表面温度是重要的工艺参数。管道包括载流管和原料管，原料管上依次连接有第一阀门42和第一气体流量计32，第一阀门42和第一气体流量计32之间连接有盛装液、固原料的原料罐5，所述的载流管上依次连接有第二阀门41和第二气体流量计31，第一气体流量计32和第二气体流量计31用于控制沉积腔11内各气体的浓度。

本装置将连续激光引入到化学气相沉积技术中，连续激光器射出的激光，通过光学扩束系统12使激光光斑可在Φ1－120mm的范围内调整，调整至需要的尺寸后直接照射到基板8的表面，连续激光不仅能够为材料的生长提供热源，而且激光的光效应也促进了原料的分解与材料的生长，大大优于传统焦耳热，材料的生长速度较传统CVD技术提高了1－4个数量级，此外，相较脉冲激光只能以超高斯分布形式传递，连续激光能够通过光学扩束系统12将光斑的能量分布调整至超高斯分布，激光光斑区域内为均温区。

本发明装置的材料制备技术属于宏观材料的非晶、多晶以及单晶的制备技术，适用于所有无机材料，突破了传统CVD技术中的焦耳热加热模式，将连续激光引入到CVD技术中，较之其它CVD技术，大大促进了原料的分解、反应速率与材料的生长速率，降低了生产、运行成本；通过将连续激光约束成超高斯分布，获得了较大的均温区，传统CVD如果需要获得大于直径20毫米的均温区需要非常复杂的结构，而本装置很容易得到直径100毫米的均温区，较大的均温区将能够制备较大尺寸的材料；传统CVD需要将整个设备加热至沉积高温，但该技术只需要以连续激光照射基板表面，这使得生产能耗大大降低，设备结构也较之传统CVD简单。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种激光化学气相沉积装置，包括沉积腔（11）以及设于沉积腔（11）内的基板座（9），基板座（9）上设有基板（8），基板座（9）上方设有喷头（13），喷头（13）通过管道输入载流气和原料气（21，22），沉积腔（11）下部设有泵（10），其特征在于：所述的沉积腔（11）上部设有第一光学窗口（72），第一光学窗口（72）外设有用于调整激光光斑能量分布与光斑大小的光学扩束系统（12），光学扩束系统（12）通过光纤连接连续激光器；

所述的沉积腔（11）上部还设有第二光学窗口（71），第二光学窗口（71）外设有光学测温系统（6）。

2.根据权利要求1所述的一种激光化学气相沉积装置，其特征在于，所述的管道包括载流管和原料管，原料管上依次连接有第一阀门（42）和第一气体流量计（32），第一阀门（42）和第一气体流量计（32）之间连接有盛装液、固原料的原料罐（5）。

3.根据权利要求2所述的一种激光化学气相沉积装置，其特征在于，所述的载流管上依次连接有第二阀门（41）和第二气体流量计（31）。