CN111793822A

CN111793822A - 一种行星式mocvd旋转装置

Info

Publication number: CN111793822A
Application number: CN202010751492.3A
Authority: CN
Inventors: 黄星星; 胡强; 胡琅; 何斌; 黎天韵
Original assignee: Ji Hua Laboratory
Current assignee: Ji Hua Laboratory
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2020-10-20

Abstract

本发明公开了一种行星式MOCVD旋转装置，通过驱动第一旋转齿轮带动外延片载板旋转，运用齿轮式机械运动代替气流摩擦驱动外延片载板，因第一旋转齿轮本身具有一定的重量，所以驱动气流需要达到一定量时才能驱动第一旋转齿轮实现转动，而设备反应室内气流场和热场的变化对驱动气流的气流量的影响相对于驱动第一旋转齿轮转动的气流量来说较少，可以忽略，从而解决气浮传动因气流不稳定进而影响外延片载板的旋转不稳定的问题，保证提高外延片载板的旋转稳定性；第一旋转齿轮的结构相对于复杂的气流导向槽结构简单易加工，极大地降低了设备的加工成本；通过稳定的行星托盘旋转和外延载板自旋转，外延片的温度均匀性能得到更好的保证。

Description

一种行星式MOCVD旋转装置

技术领域

本发明涉及一种行星式MOCVD旋转装置。

背景技术

MOCVD 技术是利用金属有机化合物进行金属元素输运的一种气相外延新技术，通过将带有外延层元素的气态化合物输运至衬底上，在衬底上进行物理化学反应而获得单晶，这常被用于制备化合物半导体。其中，能够进行大批量生产是 MOCVD 设备突出的优点，以气相状态输送金属元素这种方式可以达到很高的输运效率，这使得大面积、均匀的外延晶体生长成为了可能。

外延片上各区域的温度均匀性对外延片的生长效果起决定作用，偏差一般需在1℃以内。由于旋转基板上不同区域的加热温度偏差较大，外延片的自转动是保证温度均匀的有效方式。目前常用的行星运动方式是气浮传动，即利用吹入气流的摩擦力带动外延片载板旋转，所以载盘底部需要加工复杂的气流导向槽。但是，此技术方案有两点不足，一是反应室内气流场和热场不断变化，会影响到吹入气流的稳定性，进而影响外延片载板的旋转不稳定；二是载盘上的气流导向槽结构为纺锤形，加工复杂，成本也较高。

因此，现有的技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种行星式MOCVD旋转装置，采用简易气动旋转结构，以解决现有驱动气流不稳定进而影响外延片载板的旋转不稳定的问题。

本发明的技术方案如下：一种行星式MOCVD旋转装置，其中，包括：

行星托盘旋转轴，在行星托盘旋转轴内设置有主气道，主气道输入端外接驱动气流；

行星托盘，设置在行星托盘旋转轴的顶端并随行星托盘旋转轴一起转动；在行星托盘内设置有分支气道，所述分支气道的输入端与主气道的输出端连通；

外延片载板，设置在行星托盘上的安装槽内，外延片载板上装载有外延片；

在行星托盘内设置有可绕其自身轴线旋转的载板旋转轴，在载板旋转轴上安装有随载板旋转轴一起旋转的第一旋转齿轮，第一旋转齿轮置于行星托盘上的第一旋转齿轮安装槽内，第一旋转齿轮安装槽与分支气道的输出端连通，外延片载板安装在载板旋转轴的顶部随载板旋转轴一起转动：驱动气流沿主气道、分支气道进入第一旋转齿轮安装槽内驱动第一旋转齿轮转动，带动载板旋转轴转动，从而使外延片载板带动外延片实现转动。

本技术方案中，通过驱动第一旋转齿轮带动外延片载板旋转，运用齿轮式机械运动代替气流摩擦驱动外延片载板，因第一旋转齿轮本身具有一定的重量，所以驱动气流需要达到一定量时才能驱动第一旋转齿轮实现转动，而设备反应室内气流场和热场的变化对驱动气流的气流量的影响相对于驱动第一旋转齿轮转动的气流量来说较少，可以忽略，从而解决气浮传动因气流不稳定进而影响外延片载板的旋转不稳定的问题，保证提高外延片载板的旋转稳定性。

所述的行星式MOCVD旋转装置，其中，所述第一旋转齿轮包括外圆环、中心圆环、沿第一旋转齿轮的周向方向设置在外圆环和中心圆环之间的多个叶片，所述中心圆环套在外圆环内，叶片一侧端与外圆环连接，叶片另一侧端与中心圆环连接；所述第一旋转齿轮的上侧面和下侧面封闭，外圆环的侧面被多个叶片的一侧端分隔成多个气流连通口，相邻两个叶片、外圆环和中心圆环共同形成容纳驱动气流的空间，气流连通口与驱动气流容纳空间一一对应连通。

本技术方案中，采用叶轮式的第一旋转齿轮，两个相邻叶片之间形成容纳气流的空间，通过驱动气流流入气流容纳空间内，驱动第一旋转齿轮转动。第一旋转齿轮的结构相对于复杂的气流导向槽结构简单易加工，极大地降低了设备的加工成本。

所述的行星式MOCVD旋转装置，其中，所述叶片设置成弧形。

本技术方案中，弧形的叶片有利于增加叶片与气流的接触面积，保证第一旋转齿轮转动的驱动力和稳定性。

所述的行星式MOCVD旋转装置，其中，多个叶片沿第一旋转齿轮的周向方向均匀设置在外圆环和中心圆环之间。

本技术方案中，沿第一旋转齿轮的周向方向均匀设置，可以保证第一旋转齿轮受到的气流驱动力的均匀和稳定性。

所述的行星式MOCVD旋转装置，其中，还包括固定基座，在固定基座上设置有贯穿固定基座的轴向安装孔，所述行星托盘旋转轴穿过轴向安装孔安装在固定基座上，行星托盘旋转轴在驱动力作用下可绕自身轴线旋转。

本技术方案中，通过设置固定基座，便于行星托盘旋转轴的安装。

所述的行星式MOCVD旋转装置，其中，还包括第二旋转齿轮和第三旋转齿轮，所述第二旋转齿轮设置在行星托盘旋转轴的底端，第二旋转齿轮和第三旋转齿轮之间传动连接。

本技术方案中，通过采用不同齿数比的第二旋转齿轮和第三旋转齿轮，可以调节行星托盘的转速。

所述的行星式MOCVD旋转装置，其中，所述第二旋转齿轮和第三旋转齿轮之间通过同步皮带传动连接。

所述的行星式MOCVD旋转装置，其中，所述第三旋转齿轮通过驱动电机驱动转动，所述第三旋转齿轮安装在驱动电机的电机轴上。

所述的行星式MOCVD旋转装置，其中，所述外延片载板、载板旋转轴和第一旋转齿轮均设置多个且一一对应；在行星托盘上设置有多个安装槽，每个安装槽内安装一个外延片载板，在每个外延片载板上装载一个外延片，每个外延片载板通过一个载板旋转轴和第一旋转齿轮配合驱动

本发明的有益效果：本发明通过提供一种行星式MOCVD旋转装置，通过稳定的行星托盘旋转和外延载板自旋转，外延片的温度均匀性能得到更好的保证。

附图说明

图1是本发明中行星式MOCVD旋转装置的结构示意图。

图2是本发明图1中的A部放大图的结构示意图。

图3是本发明中第一旋转齿轮的结构示意图。

图4是本发明中行星托盘的结构示意图。

图5是本发明中外延片载板的结构示意图。

图6是本发明中载板旋转轴的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1和图2所示，一种行星式MOCVD旋转装置，包括：

行星托盘旋转轴1，在行星托盘旋转轴1内设置有主气道11，主气道11输入端外接驱动气流；

行星托盘2（如图4所示），设置在行星托盘旋转轴1的顶端并随行星托盘旋转轴1一起转动；在行星托盘2内设置有分支气道21，所述分支气道21的输入端与主气道11的输出端连通；

外延片载板3（如图5所示），设置在行星托盘2上的安装槽内，外延片载板3上装载有外延片；

在行星托盘2内设置有可绕其自身轴线旋转的载板旋转轴4（如图6所示），在载板旋转轴4上安装有随载板旋转轴4一起旋转的第一旋转齿轮5，第一旋转齿轮5置于行星托盘2上的第一旋转齿轮安装槽内，第一旋转齿轮安装槽与分支气道21的输出端连通，外延片载板3安装在载板旋转轴4的顶部随载板旋转轴4一起转动：驱动气流沿主气道11、分支气道21进入第一旋转齿轮安装槽内驱动第一旋转齿轮5转动，带动载板旋转轴4转动，从而使外延片载板3带动外延片实现转动。

在某些具体实施例中，如图3所示，所述第一旋转齿轮5包括外圆环51、中心圆环52、沿第一旋转齿轮5的周向方向设置在外圆环51和中心圆环52之间的多个叶片53，所述中心圆环52套在外圆环51内，叶片53一侧端与外圆环51连接，叶片53另一侧端与中心圆环52连接；所述第一旋转齿轮5的上侧面和下侧面（由外圆环51上端、中心圆环52上端和叶片53上端围成的为第一旋转齿轮5的上侧面，反之，由由外圆环51下端、中心圆环52下端和叶片53下端围成的为第一旋转齿轮5的下侧面）封闭，外圆环51的侧面被多个叶片53的一侧端分隔成多个气流连通口，相邻两个叶片53、外圆环51和中心圆环52共同形成容纳驱动气流的空间，气流连通口与驱动气流容纳空间一一对应连通：驱动气流沿主气道11、分支气道21进入第一旋转齿轮安装槽内，再通过气流连通口进入驱动气流容纳空间内，驱动第一旋转齿轮5转动，带动载板旋转轴4转动，从而使载板旋转轴4带动外延片实现转动。

在某些具体实施例中，所述叶片53设置成弧形。

在某些具体实施例中，多个叶片53沿第一旋转齿轮5的周向方向均匀设置在外圆环51和中心圆环52之间。

在某些具体实施例中，按照实际需要在行星托盘2上设置有多个安装槽，每个安装槽内安装一个外延片载板3，在每个外延片载板3上装载一个外延片。

在某些具体实施例中，所述行星式MOCVD旋转装置还包括固定基座6，在固定基座6上设置有贯穿固定基座6的轴向安装孔，所述行星托盘旋转轴1穿过轴向安装孔安装在固定基座6上，行星托盘旋转轴1在驱动力作用下可绕自身轴线旋转。

在某些具体实施例中，所述行星式MOCVD旋转装置还包括第二旋转齿轮7和第三旋转齿轮8，所述第二旋转齿轮7设置在行星托盘旋转轴1的底端，第二旋转齿轮7和第三旋转齿轮8之间传动连接：通过外部驱动力驱动第三旋转齿轮8转动，从而带动第二旋转齿轮7转动，行星托盘旋转轴1随之转动，使行星托盘2转动。

本实施例中，所述第二旋转齿轮7和第三旋转齿轮8之间通过同步皮带9传动连接。

在某些具体实施例中，所述第三旋转齿轮8通过驱动电机10驱动转动，所述第三旋转齿轮8安装在驱动电机10的电机轴上。

本行星式MOCVD旋转装置的运转过程如下：

启动驱动电机10，驱动电机10转动带动第三旋转齿轮8转动，第三旋转齿轮8带动与其耦合的同步皮带9转动，同步皮带9带动与其耦合的第二旋转齿轮7转动，第二旋转齿轮7带动与其耦合的行星托盘旋转轴1转动，行星托盘旋转轴1带动其上的行星托盘2旋转。

从行星托盘旋转轴1的底部通入驱动气流，气流沿行星托盘旋转轴1流到其顶部，再通过分支气道21进入第一旋转齿轮安装槽内驱动第一旋转齿轮5转动，第一旋转齿轮5带动与其耦合的载板旋转轴4转动，载板旋转轴4带动其上的外延片载板3进行自旋转，外延片载板3再带动其上的外延片同步旋转。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

附图标号：

行星托盘旋转轴1；行星托盘2；外延片载板3；载板旋转轴4；第一旋转齿轮5；外圆环51；中心圆环52；叶片53；固定基座6；第二旋转齿轮7；第三旋转齿轮8；同步皮带9；驱动电机10。

Claims

1.一种行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，包括：

行星托盘旋转轴（1），在行星托盘旋转轴（1）内设置有主气道（11），主气道（11）输入端外接驱动气流；

行星托盘（2），设置在行星托盘旋转轴（1）的顶端并随行星托盘旋转轴（1）一起转动；在行星托盘（2）内设置有分支气道（21），所述分支气道（21）的输入端与主气道（11）的输出端连通；

外延片载板（3），设置在行星托盘（2）上的安装槽内，外延片载板（3）上装载有外延片；

在行星托盘（2）内设置有可绕其自身轴线旋转的载板旋转轴（4），在载板旋转轴（4）上安装有随载板旋转轴（4）一起旋转的第一旋转齿轮（5），第一旋转齿轮（5）置于行星托盘（2）上的第一旋转齿轮安装槽内，第一旋转齿轮安装槽与分支气道（21）的输出端连通，外延片载板（3）安装在载板旋转轴（4）的顶部随载板旋转轴（4）一起转动：驱动气流沿主气道（11）、分支气道（21）进入第一旋转齿轮安装槽内驱动第一旋转齿轮（5）转动，带动载板旋转轴（4）转动，从而使外延片载板（3）带动外延片实现转动。

2.根据权利要求1所述的行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，所述第一旋转齿轮（5）包括外圆环（51）、中心圆环（52）、沿第一旋转齿轮（5）的周向方向设置在外圆环（51）和中心圆环（52）之间的多个叶片（53），所述中心圆环（52）套在外圆环（51）内，叶片（53）一侧端与外圆环（51）连接，叶片（53）另一侧端与中心圆环（52）连接；所述第一旋转齿轮（5）的上侧面和下侧面封闭，外圆环（51）的侧面被多个叶片（53）的一侧端分隔成多个气流连通口，相邻两个叶片（53）、外圆环（51）和中心圆环（52）共同形成容纳驱动气流的空间，气流连通口与驱动气流容纳空间一一对应连通。

3.根据权利要求2所述的行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，所述叶片（53）设置成弧形。

4.根据权利要求2或3任一所述的行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，多个叶片（53）沿第一旋转齿轮（5）的周向方向均匀设置在外圆环（51）和中心圆环（52）之间。

5.根据权利要求1所述的行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，还包括固定基座（6），在固定基座（6）上设置有贯穿固定基座（6）的轴向安装孔，所述行星托盘旋转轴（1）穿过轴向安装孔安装在固定基座（6）上，行星托盘旋转轴（1）在驱动力作用下可绕自身轴线旋转。

6.根据权利要求1所述的行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，还包括第二旋转齿轮（7）和第三旋转齿轮（8），所述第二旋转齿轮（7）设置在行星托盘旋转轴（1）的底端，第二旋转齿轮（7）和第三旋转齿轮（8）之间传动连接。

7.根据权利要求6所述的行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，所述第二旋转齿轮（7）和第三旋转齿轮（8）之间通过同步皮带（9）传动连接。

8.根据权利要求6或7任一所述的行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，所述第三旋转齿轮（8）通过驱动电机（10）驱动转动。

9.根据权利要求1所述的行星式MOCVD旋转装置，其特征在于，所述外延片载板（3）、载板旋转轴（4）和第一旋转齿轮（5）均设置多个且一一对应；在行星托盘（2）上设置有多个安装槽，每个安装槽内安装一个外延片载板（3），在每个外延片载板（3）上装载一个外延片，每个外延片载板（3）通过一个载板旋转轴（4）和第一旋转齿轮（5）配合驱动。