CN111876825A - 一种用于液相外延工艺的可调式石墨舟 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于液相外延工艺的可调式石墨舟，本发明是在液相外延工艺中，利用带有可调节尺寸的石墨框的母液槽和衬底槽的一套石墨舟实现多种尺寸的薄膜材料的制备，该设计使得外延工艺没有尺寸上的限制，有效避免了由于石墨舟更换、工艺参数改变造成的外延材料质量不一致性和外延工艺的不稳定性。同时，利用以上设计可形成不同尺寸材料外延的标准工艺。同时本发明还可有效提高石墨舟的利用率和外延工艺的一致性，降低由于外延材料尺寸变化带来的石墨舟更换和外延工艺参数的变化，提升外延出不同尺寸材料的效率。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜生长技术领域，特别是涉及一种用于液相外延工艺的可调式石墨舟。
背景技术
液相外延技术生长单晶薄膜的方法实际上是将一定组分比例的生长溶液在高温下完全熔化，通过调整温度改变固液二相的平衡状态的方式，再通过控制降温速率使其缓慢降温，在浸入溶液中的衬底表面结晶生长薄膜。整个液相外延生长过程中，生长溶液和衬底都是装载在石墨舟中，通过石墨舟的相对移动实现外延薄膜的生长。
外延生长的单晶薄膜的尺寸是由石墨舟结构中的衬底槽和母液槽尺寸决定的，一般情况下一套石墨舟外延出的薄膜材料的尺寸是固定的。如果要实现多种尺寸的薄膜材料外延，则需要多套石墨舟或者多种尺寸的母液槽和衬底槽，这样不仅石墨舟加工成本增加，而且为实现尺寸不同但质量稳定的薄膜材料制备，需要对更换的石墨舟或者石墨舟内的母液槽和衬底槽重新进行工艺开发和工艺验证。
发明内容
本发明提供了一种用于液相外延工艺的可调式石墨舟，以解决现有不同外延尺寸的薄膜材料需要对应一套石墨舟的问题。
本发明提供了一种用于液相外延工艺的可调式石墨舟，依次包括上盖、母液槽、衬底槽和底托；
所述衬底槽内设有第一石墨框，所述母液槽内设有第二石墨框，且所述第一石墨框内设有预设石墨垫块；
通过所述第一石墨框调节所述衬底槽的大小，并通过所述第二石墨框调节所述母液槽的大小；
所述预设石墨垫块的高度为根据液相外延薄膜材料的高度进行调整，以使所述石墨舟获得不同大小和高度的液相外延薄膜材料；
其中，所述石墨框的大小为根据所述液相外延薄膜材料的尺寸进行设置。
可选地，所述预设石墨垫块的形状为正方体或者长方体。
可选地，所述第一石墨框的外形为与所述衬底槽的内部形状相配合。
可选地，所述第二石墨框的外形与所述母液槽的内部形状相配合。
可选地，所述第一石墨框的外形尺寸大于或等于所述第二石墨框的外形尺寸。
本发明有益效果如下：
本发明是在液相外延工艺中，利用带有可调节尺寸的石墨框的母液槽和衬底槽的一套石墨舟实现多种尺寸的薄膜材料的制备，该设计使得外延工艺没有尺寸上的限制，有效避免了由于石墨舟更换、工艺参数改变造成的外延材料质量不一致性和外延工艺的不稳定性。同时，利用以上设计可形成不同尺寸材料外延的标准工艺。同时本发明还可有效提高石墨舟的利用率和外延工艺的一致性，降低由于外延材料尺寸变化带来的石墨舟更换和外延工艺参数的变化，提升外延出不同尺寸材料的效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明第一实施例提供的石墨舟的整体结构示意图；
图2是本发明第一实施例提供石墨垫块的结构示意图；
图3是本发明第一实施例提供石墨框的结构示意图。
具体实施方式
在液相外延生长过程中生长溶液始终处于高温状态，溶液中的元素会在高温状态下会不断挥发，在石墨舟中形成相应气流，并且随着降温生长过程不断发生变化，生长质量稳定、批次一致性好的单晶薄膜，需要根据石墨舟特性(密封性、气流流动性等)调整工艺参数、生长溶液配方经过长时间实验来实现。因此在实际的生长过程中，石墨舟是影响薄膜质量的关键因素之一。现有的液相外延工艺中需要通过更换石墨舟或者石墨舟中的衬底槽和母液槽来实现薄膜尺寸改变的需求，但更换石墨舟或石墨舟中的衬底槽和母液槽会更改石墨舟的特性，进而影响薄膜质量，需要重新调整相应参数来实现相同质量、尺寸不同的外延薄膜制备。不仅造成工艺调整成本和石墨舟加工成本增加，而且无法保证薄膜质量和外延工艺的一致性。
因此，本发明主要用于解决多种尺寸液相外延工艺中，解决该工艺中材料尺寸、质量受石墨舟尺寸限制的问题，降低石墨舟加工和工艺调整的成本，针对一类(厚度、组分、表面形貌等)薄膜材料形成标准工艺，提升外延工艺一致性。
基于上述问题，本发明实施例是以可调节尺寸的母液槽和衬底槽代替原有石墨舟固定尺寸的母液槽和衬底槽，包括底托、上盖、可调节尺寸的母液槽和衬底槽，形成一套完整的可实现多个尺寸的液相外延工艺得石墨舟。
具体地，如图1所示，本发明实施例的石墨舟依次包括上盖、母液槽、衬底槽和底托；所述衬底槽内设有第一石墨框，所述母液槽内设有第二石墨框，且所述第一石墨框内设有预设石墨垫块；通过所述第一石墨框调节所述衬底槽的大小，并通过所述第二石墨框调节所述母液槽的大小；所述预设石墨垫块的高度为根据液相外延薄膜材料的高度进行调整，以使所述石墨舟获得不同大小和高度的液相外延薄膜材料；其中，所述石墨框的大小为根据所述液相外延薄膜材料的尺寸进行设置。
具体地，如图2所示，本发明实施例中所述预设石墨垫块的形状为正方体或者长方体，如图3所示，本发明实施例中所述第一石墨框的外形为与所述衬底槽的内部形状相配合，且所述第二石墨框的外形与所述母液槽的内部形状相配合。
需要说明的是，本发明实施例中石墨垫块、第一石墨框以及第二石墨框的尺寸均可以根据实际需要进行调整，也就是说，本领域技术人员可以根据其实际需要来设置任意尺寸，本发明实施例对此不作具体限定。
另外，在具体实施时，本发明实施例中所述第一石墨框的外形尺寸大于或等于所述第二石墨框的外形尺寸。
即，在具体实施时，为了达到工艺要求，可通过设置使得本发明实施例中母液槽中的石墨框内的空间尺寸可以略小于衬底槽内的石墨框内的空间尺寸。
具体来说，本发明实施例的石墨舟分为底托、上盖和可调节尺寸的母液槽、衬底槽两大部分，后面一部分放置于前面一部分。本设计通过在母液槽和衬底槽上加入可调节尺寸的石墨框从而灵活调节液相外延薄膜材料的尺寸。这种方式由于石墨舟主体结构没有发生改变，因此可在母液配方、工艺参数等均不发生改变的情况下实现材料尺寸改变的目的，降低工艺改变的成本，同时保证不同尺寸间薄膜材料的质量一致性。
本发明不需要在改变材料尺寸时更换石墨舟，可有效节省石墨舟加工的成本和工艺改变时调整工艺参数的时间，进而保证液相外延工艺的一致性和不同尺寸薄膜材料的质量稳定性。
通过该石墨舟结构可外延出的不同尺寸的薄膜材料，且相同工艺参数下的外延出的不同尺寸的薄膜材料的厚度、波长、表面形貌相近，相较于常规的石墨舟结构，可实现多种尺寸的薄膜材料的液相外延工艺，提升了液相外延工艺的效率。
下面将结合图1、图2和图3，通过一个具体的例子对本发明所述的石墨舟进行更详细的说明：
本发明实施例中的石墨舟包括：
将衬底槽2放置在底托1上；
根据薄膜尺寸需求及衬底尺寸大小选择合适尺寸的石墨框放置于衬底槽2中；
将相应尺寸的石墨垫块放置于的衬底槽2中；
将衬底放置于衬底槽2中的石墨垫块上；
在衬底槽2上放置母液槽3，并在母液槽3中放入与衬底槽2中相应尺寸的石墨框及工艺需要的生长溶液、补充源等；
盖上上盖4，组成完整液相外延工艺用石墨舟；
将石墨舟放置于液相外延设备中进行外延工艺；
当外延程序结束后，将石墨舟从设备中取出，依次取下上盖4、母液槽3，然后将衬底槽2中的单晶薄膜取出；
衬底尺寸发生变化时，如由40mm×50mm变为50mm×60mm，则重复第一步骤，并将第二步骤中的石墨框进行更换为适用于50mm×60mm尺寸，放置于衬底槽中；然后重复步骤三以后的所有步骤，进行50mm×60mm尺寸的衬底外延工艺。
总体来说，依照本发明可以制备不同尺寸薄膜材料，可有效提升石墨舟的利用效率和液相外延工艺的工艺效率和一致性。实验结果表明，采用一套石墨舟制备的不同尺寸的薄膜材料的厚度、波长、表面形貌相近，所以本发明可以大大提高薄膜生长的效率，从而最终大大提升用户体验。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
Claims (5)
1.一种用于液相外延工艺的可调式石墨舟，其特征在于，依次包括上盖、母液槽、衬底槽和底托；
所述衬底槽内设有第一石墨框，所述母液槽内设有第二石墨框，且所述第一石墨框内设有预设石墨垫块；
通过所述第一石墨框调节所述衬底槽的大小，并通过所述第二石墨框调节所述母液槽的大小；
所述预设石墨垫块的高度为根据液相外延薄膜材料的高度进行调整，以使所述石墨舟获得不同大小和高度的液相外延薄膜材料；
其中，所述石墨框的大小为根据所述液相外延薄膜材料的尺寸进行设置。
2.根据权利要求1所述的可调式石墨舟，其特征在于，
所述预设石墨垫块的形状为正方体或者长方体。
3.根据权利要求1所述的可调式石墨舟，其特征在于，
所述第一石墨框的外形为与所述衬底槽的内部形状相配合。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的可调式石墨舟，其特征在于，
所述第二石墨框的外形与所述母液槽的内部形状相配合。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的可调式石墨舟，其特征在于，
所述第一石墨框的外形尺寸大于或等于所述第二石墨框的外形尺寸。
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2020
- 2020-07-28 CN CN202010740752.7A patent/CN111876825A/zh active Pending
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