CN111979514A - 一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，属于真空溅射领域技术领域。该用于快速制备氮化镓薄膜的装置包括供气组件、制备组件、溅射电解组件以及冷却组件。所述隔板连接在所述第一罐体的内部，所述氩气收集腔的一侧与所述氮气收集腔的底端设置有出气口，所述第一管道和所述第二管道的一端与所述出气口连通，所述第一吸气泵的输入端与所述第一管道和所述第二管道连接。所述电机固定在所述第二罐体的上端，所述转轴设置在所述第二罐体的内部，所述转轴的一端与所述电机的输出端转动连接，所述固定板与所述转轴的另一端固定连接，有利于控制氮气和氩气注入量，稳固了镓的形态，提高了氮化镓薄膜制备的质量。
Description
技术领域
本发明涉及真空溅射领域，具体而言，涉及一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置。
背景技术
氮化镓，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的半导体，此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，可以用在高功率、高速的光电元件中。
目前在制备氮化镓薄膜的过程中采用了磁控溅射技术，但这种方法存在沉积速率低和附着力弱的缺点，影响了氮化镓薄膜制备的效率。为了提高氮化镓薄膜制备的效率目前采用了离子源与中频磁控溅射相结合的装置来改善这种现状，而离子源与中频磁控溅射相结合的装置在制备氮化镓薄膜时其质量存在差异性，这是由于镓的熔点较低，其形态容易发生改变以及在注入氮气和氩气时不能很好的控制氮气和氩气的注入量，这些会影响到氮化镓薄膜的制备，如何发明一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置来改善这些问题，成为了当前需要解决的问题。
发明内容
为了弥补以上不足，本发明提供了一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，旨在改善氮气和氩气注入量不能控制以及镓的熔点较低，其形态容易发生改变，影响了氮化镓薄膜制备质量的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置包括供气组件、制备组件、溅射电解组件以及冷却组件。
所述供气组件包括第一罐体、隔板、第一管道、第二管道以及第一吸气泵，所述隔板连接在所述第一罐体的内部，所述隔板将所述第一罐体分割为氩气收集腔和氮气收集腔，所述氩气收集腔和所述氮气收集腔的一侧设置有进气口，所述氩气收集腔的一侧与所述氮气收集腔的底端设置有出气口，所述第一管道和所述第二管道的一端与所述出气口连通，所述第一吸气泵的输入端与所述第一管道和所述第二管道连接。
所述制备组件包括第二罐体、进气管道、离子管道、第三管道、电机、转轴、固定板以及基片，所述第二罐体设置在所述吸气泵的一侧，所述进气管道连接在所述第二罐体的一侧，所述离子管道连接在所述第二罐体的另一侧，所述第三管道的一端与所述进气管道连通，所述第三管道的另一端与所述第一吸气泵的输出端连接，所述电机固定在所述第二罐体的上端，所述转轴设置在所述第二罐体的内部，所述转轴的一端与所述电机的输出端转动连接，所述固定板与所述转轴的另一端固定连接，所述基片固定在所述固定板的下方。
所述溅射电解组件包括中频磁控溅射器、通管以及电解器，所述中频磁控溅射器、所述通管以及所述电解器设置在所述第二罐体的内部底端，所述中频磁控溅射器的内部开设有冷却通道，所述中频磁控溅射器的一侧开设有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口与所述冷却通道连通，所述通管连通于所述中频磁控溅射器与所述中频磁控溅射器之间，所述电解器设置在所述中频磁控溅射器与所述中频磁控溅射器之间。
所述冷却组件包括冷却箱体、抽液泵、抽液管、进液管道以及出液管道，所述冷却箱体设置在所述第二罐体的下方，所述抽液泵固定在所述冷却箱体的上方，所述抽液管的一端与所述抽液泵的输入端连接，所述抽液管的另一端延伸至所述箱体的内部，所述进液管道的一端与所述抽液泵的输出端连接，所述进液管道的另一端与所述进液口连通，所述出液管道的一端与所述出液口连通，所述出液管道的另一端与所述箱体连接。
在本发明的一种实施例中，所述第一罐体的底端固定连接有固定架，所述固定架的底端连接有滚轮，设置固定架有利于对第一罐体进行支撑，有利于第一罐体的稳定，设置滚轮方便了对第一罐体进行移动。
在本发明的一种实施例中，所述氩气收集腔和所述氮气收集腔的一侧设置有第一压力表，设置第一压力表有助于了解到所述氩气收集腔和所述氮气收集腔内氩气和氮气的含量。
在本发明的一种实施例中，所述第一管道和所述第二管道上设置有管道闸阀，设置管道闸阀方便第一吸气泵对氩气和氮气进行单独的吸出，有利于精确控制吸入到第二罐体内氩气和氮气的含量。
在本发明的一种实施例中，所述第二罐体的下方连接有地脚，所述地脚固定在所述第二罐体的下方两侧，设置地脚有利于对第二罐体进行支撑，有利于第二罐体的稳定。
在本发明的一种实施例中，所述第二罐体的两侧设置有温度计和第二压力表，设置温度计方便了解到第二罐体的内部温度，设置第二压力表方便了解到第二罐体内的压强。
在本发明的一种实施例中，所述第二罐体的一侧连接有第二吸气泵，所述第二吸气泵固定在所述第二压力表的下方，所述第二吸气泵的底端连接有固定块，所述固定块的一侧与所述第二罐体连接，设置第二吸气泵有利于保持第二罐体内的真空度。
在本发明的一种实施例中，所述中频磁控溅射器内设置有镓池，所述冷却通道开设在所述中频磁控溅射器与所述镓池之间，镓池用于存放镓，设置冷却通道方便对镓进行冷却。
在本发明的一种实施例中，所述冷却箱体的上方设置有盖板，所述盖板的上方连接有把手，所述冷却箱体内填充有冷却液，设置盖板有利于对冷却箱体进行密封，设置盖把手有利于对盖板进行移动，冷却液通过冷却通道对镓进行冷却。
在本发明的一种实施例中，所述冷却箱体的底端固定有移动轮，所述箱体的底端一侧连接有进水管，所述箱体的底端另一侧连接有回液管道，设置移动轮方便了对冷却箱体进行移动，进水管方便对冷却箱体内加入冷却液，设置回液管道方便冷却液流回到冷却箱体内。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，使用时，通过第一罐体内设置有氩气收集腔和氮气收集腔，以及设置的第一压力表有助于了解到氩气收集腔和氮气收集腔内氩气和氮气的含量。再通过第一吸气泵对氩气和氮气进行单独的吸出，并将氩气和氮气通过第三管道吸入到第二罐体内，当第二罐体内的压强稳定到一定的数值时，通过离子管道向第二罐体内注入离子源，启动电解器，以氮氩混合气体作为工作气体，以镓作为原材料，中频磁控溅射器做为驱动，使镓产生溅射，溅射出来的原子与氮气分解产生的氮粒子在基片上反应生成氮化镓薄膜。进液口和出液口与冷却通道连通，通过设置抽液泵、抽液管以及进液管道，使得冷却液在冷却通道内循环流动并对镓池内的镓进行降温，使得镓的温度低于其熔点使其保持在固体状态，有利于控制氮气和氩气注入量，稳固了镓的形态，提高了氮化镓薄膜制备的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的用于快速制备氮化镓薄膜的装置结构示意图；
图2为本发明实施方式提供的供气组件结构示意图；
图3为本发明实施方式提供的制备组件和溅射电解组件连接结构示意图；
图4为本发明实施方式提供的冷却组件结构示意图。
图中：100-供气组件；110-第一罐体；112-固定架；114-滚轮；116-第一压力表；120-隔板；130-氩气收集腔；140-氮气收集腔；150-进气口；160-出气口；170-第一管道；180-第二管道；182-管道闸阀；190-第一吸气泵；200-制备组件；210-第二罐体；211-地脚；212-温度计；213-第二压力表；220-进气管道；230-离子管道；240-第三管道；250-电机；260-转轴；270-固定板；280-基片；290-第二吸气泵；292-固定块；300-溅射电解组件；310-中频磁控溅射器；312-镓池；320-冷却通道；330-通管；340-电解器；400-冷却组件；410-冷却箱体；412-盖板；414-把手；416-移动轮；418-进水管；420-冷却液；430-抽液泵；440-抽液管；450-进液管道；460-进液口；470-出液口；480-出液管道；490-回液管道。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置包括供气组件100、制备组件200、溅射电解组件300以及冷却组件400。
请参阅图1-4，供气组件100包括第一罐体110、隔板120、第一管道170、第二管道180以及第一吸气泵190，隔板120连接在第一罐体110的内部，隔板120将第一罐体110分割为氩气收集腔130和氮气收集腔140，氩气收集腔130和氮气收集腔140的一侧设置有进气口150，氩气收集腔130的一侧与氮气收集腔140的底端设置有出气口160，氩气收集腔130和氮气收集腔140的一侧设置有第一压力表116，设置第一压力表116有助于了解到氩气收集腔130和氮气收集腔140内氩气和氮气的含量。第一管道170和第二管道180的一端与出气口160连通，第一吸气泵190的输入端与第一管道170和第二管道180连接。第一管道170和第二管道180上设置有管道闸阀182，设置管道闸阀182方便第一吸气泵190对氩气和氮气进行单独的吸出。
请参阅图1-4，制备组件200包括第二罐体210、进气管道220、离子管道230、第三管道240、电机250、转轴260、固定板270以及基片280，第二罐体210设置在吸气泵190的一侧，第二罐体210的两侧设置有温度计212和第二压力表213，设置温度计212方便了解到第二罐体210的内部温度，设置第二压力表213方便了解到第二罐体210内的压强。进气管道220连接在第二罐体210的一侧，离子管道230连接在第二罐体210的另一侧，第三管道240的一端与进气管道220连通，第三管道240的另一端与第一吸气泵190的输出端连接，电机250固定在第二罐体210的上端，转轴260设置在第二罐体210的内部，转轴260的一端与电机250的输出端转动连接，固定板270与转轴260的另一端固定连接，基片280固定在固定板270的下方。
请参阅图1-4，溅射电解组件300包括中频磁控溅射器310、通管330以及电解器340，中频磁控溅射器310、通管330以及电解器340设置在第二罐体210的内部底端，中频磁控溅射器310的内部开设有冷却通道320，中频磁控溅射器310的一侧开设有进液口460和出液口470，进液口460和出液口470与冷却通道320连通，通管330连通于中频磁控溅射器310与中频磁控溅射器310之间，电解器340设置在中频磁控溅射器310与中频磁控溅射器310之间。
请参阅图1-4，冷却组件400包括冷却箱体410、抽液泵430、抽液管440、进液管道450以及出液管道480，冷却箱体410设置在第二罐体210的下方，冷却箱体410内填充有冷却液420，设冷却液420通过冷却通道320对镓进行冷却。抽液泵430固定在冷却箱体410的上方，抽液管440的一端与抽液泵430的输入端连接，抽液管440的另一端延伸至冷却箱体410的内部，进液管道450的一端与抽液泵430的输出端连接，进液管道450的另一端与进液口460连通，出液管道480的一端与出液口470连通，出液管道480的另一端与冷却箱体410连接。
实施例2
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置包括供气组件100、制备组件200、溅射电解组件300以及冷却组件400。
请参阅图1-4，供气组件100包括第一罐体110、隔板120、第一管道170、第二管道180以及第一吸气泵190，第一罐体110的底端固定连接有固定架112，固定架112的底端连接有滚轮114，设置固定架112有利于对第一罐体110进行支撑，有利于第一罐体110的稳定，设置滚轮114方便了对第一罐体110进行移动。隔板120连接在第一罐体110的内部，隔板120将第一罐体110分割为氩气收集腔130和氮气收集腔140，氩气收集腔130和氮气收集腔140的一侧设置有进气口150，氩气收集腔130的一侧与氮气收集腔140的底端设置有出气口160，氩气收集腔130和氮气收集腔140的一侧设置有第一压力表116，设置第一压力表116有助于了解到氩气收集腔130和氮气收集腔140内氩气和氮气的含量。第一管道170和第二管道180的一端与出气口160连通，第一吸气泵190的输入端与第一管道170和第二管道180连接。第一管道170和第二管道180上设置有管道闸阀182，设置管道闸阀182方便第一吸气泵190对氩气和氮气进行单独的吸出。
请参阅图1-4，制备组件200包括第二罐体210、进气管道220、离子管道230、第三管道240、电机250、转轴260、固定板270以及基片280，第二罐体210设置在吸气泵190的一侧，第二罐体210的下方连接有地脚211，地脚211固定在第二罐体210的下方两侧，设置地脚211有利于对第二罐体210进行支撑，有利于第二罐体210的稳定。第二罐体210的两侧设置有温度计212和第二压力表213，设置温度计212方便了解到第二罐体210的内部温度，设置第二压力表213方便了解到第二罐体210内的压强。进气管道220连接在第二罐体210的一侧，离子管道230连接在第二罐体210的另一侧，第三管道240的一端与进气管道220连通，第三管道240的另一端与第一吸气泵190的输出端连接，电机250固定在第二罐体210的上端，转轴260设置在第二罐体210的内部，转轴260的一端与电机250的输出端转动连接，固定板270与转轴260的另一端固定连接，基片280固定在固定板270的下方。第二罐体210的一侧连接有第二吸气泵290，第二吸气泵290固定在第二压力表213的下方，第二吸气泵290的底端连接有固定块292，固定块292的一侧与第二罐体210连接，设置第二吸气泵290有利于保持第二罐体210内的真空度。
请参阅图1-4，溅射电解组件300包括中频磁控溅射器310、通管330以及电解器340，中频磁控溅射器310、通管330以及电解器340设置在第二罐体210的内部底端，中频磁控溅射器310的内部开设有冷却通道320，中频磁控溅射器310的一侧开设有进液口460和出液口470，中频磁控溅射器310内设置有镓池312，冷却通道320开设在中频磁控溅射器310与镓池312之间，镓池312用于存放镓，设置冷却通道320方便对镓进行冷却。通管330连通于中频磁控溅射器310与中频磁控溅射器310之间，电解器340设置在中频磁控溅射器310与中频磁控溅射器310之间。
请参阅图1-4，冷却组件400包括冷却箱体410、抽液泵430、抽液管440、进液管道450以及出液管道480，冷却箱体410设置在第二罐体210的下方，冷却箱体410的上方设置有盖板412，盖板412的上方连接有把手414，冷却箱体410内填充有冷却液420，设置盖板412有利于对冷却箱体410进行密封，设置盖把手414有利于对盖板412进行移动，冷却液420通过冷却通道320对镓进行冷却。抽液泵430固定在冷却箱体410的上方，抽液管440的一端与抽液泵430的输入端连接，抽液管440的另一端延伸至冷却箱体410的内部，进液管道450的一端与抽液泵430的输出端连接，进液管道450的另一端与进液口460连通，出液管道480的一端与出液口470连通，出液管道480的另一端与冷却箱体410连接。冷却箱体410的底端固定有移动轮416，冷却箱体410的底端一侧连接有进水管418，冷却箱体410的底端另一侧连接有回液管道490，设置移动轮416方便了对冷却箱体410进行移动，进水管418方便对冷却箱体410内加入冷却液420，设置回液管道490方便冷却液420流回到冷却箱体410内。
该用于快速制备氮化镓薄膜的装置的工作原理：使用时，通过第一罐体110内设置有氩气收集腔130和氮气收集腔140，以及设置的第一压力表116有助于了解到氩气收集腔130和氮气收集腔140内氩气和氮气的含量。再通过第一吸气泵190对氩气和氮气进行单独的吸出，并将氩气和氮气通过第三管道240吸入到第二罐体210内，当第二罐体210内的压强稳定到一定的数值时，通过离子管道230向第二罐体210内注入离子源，启动电解器340，以氮氩混合气体作为工作气体，以镓作为原材料，中频磁控溅射器310做为驱动，使镓产生溅射，溅射出来的原子与氮气分解产生的氮粒子在基片280上反应生成氮化镓薄膜。进液口460和出液口470与冷却通道320连通，通过设置抽液泵430、抽液管440以及进液管道450，使得冷却液420在冷却通道320内循环流动并对镓池312内的镓进行降温，使得镓的温度低于其熔点使其保持在固体状态，改善了氮气和氩气注入量不能控制以及镓的熔点较低，其形态容易发生改变，影响了氮化镓薄膜制备质量的问题。
需要说明的是，第一吸气泵190、电机250、第二吸气泵290、中频磁控溅射器310、电解器340以及抽液泵430，具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
第一吸气泵190、电机250、第二吸气泵290、中频磁控溅射器310、电解器340以及抽液泵430，的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，其特征在于，包括
供气组件(100)，所述供气组件(100)包括第一罐体(110)、隔板(120)、第一管道(170)、第二管道(180)以及第一吸气泵(190)，所述隔板(120)连接在所述第一罐体(110)的内部，所述隔板(120)将所述第一罐体(110)分割为氩气收集腔(130)和氮气收集腔(140)，所述氩气收集腔(130)和所述氮气收集腔(140)的一侧设置有进气口(150)，所述氩气收集腔(130)的一侧与所述氮气收集腔(140)的底端设置有出气口(160)，所述第一管道(170)和所述第二管道(180)的一端与所述出气口(160)连通，所述第一吸气泵(190)的输入端与所述第一管道(170)和所述第二管道(180)连接；
制备组件(200)，所述制备组件(200)包括第二罐体(210)、进气管道(220)、离子管道(230)、第三管道(240)、电机(250)、转轴(260)、固定板(270)以及基片(280)，所述第二罐体(210)设置在所述第一吸气泵(190)的一侧，所述进气管道(220)连接在所述第二罐体(210)的一侧，所述离子管道(230)连接在所述第二罐体(210)的另一侧，所述第三管道(240)的一端与所述进气管道(220)连通，所述第三管道(240)的另一端与所述第一吸气泵(190)的输出端连接，所述电机(250)固定在所述第二罐体(210)的上端，所述转轴(260)设置在所述第二罐体(210)的内部，所述转轴(260)的一端与所述电机(250)的输出端转动连接，所述固定板(270)与所述转轴(260)的另一端固定连接，所述基片(280)固定在所述固定板(270)的下方；
溅射电解组件(300)，所述溅射电解组件(300)包括中频磁控溅射器(310)、通管(330)以及电解器(340)，所述中频磁控溅射器(310)、所述通管(330)以及所述电解器(340)设置在所述第二罐体(210)的内部底端，所述中频磁控溅射器(310)的内部开设有冷却通道(320)，所述中频磁控溅射器(310)的一侧开设有进液口(460)和出液口(470)，所述进液口(460)和所述出液口(470)与所述冷却通道(320)连通，所述通管(330)连通于所述中频磁控溅射器(310)与所述中频磁控溅射器(310)之间，所述电解器(340)设置在所述中频磁控溅射器(310)与所述中频磁控溅射器(310)之间；
冷却组件(400)，所述冷却组件(400)包括冷却箱体(410)、抽液泵(430)、抽液管(440)、进液管道(450)以及出液管道(480)，所述冷却箱体(410)设置在所述第二罐体(210)的下方，所述抽液泵(430)固定在所述冷却箱体(410)的上方，所述抽液管(440)的一端与所述抽液泵(430)的输入端连接，所述抽液管(440)的另一端延伸至所述冷却箱体(410)的内部，所述进液管道(450)的一端与所述抽液泵(430)的输出端连接，所述进液管道(450)的另一端与所述进液口(460)连通，所述出液管道(480)的一端与所述出液口(470)连通，所述出液管道(480)的另一端与所述冷却箱体(410)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，其特征在于，所述第一罐体(110)的底端固定连接有固定架(112)，所述固定架(112)的底端连接有滚轮(114)。
3.根据权利要求1所述的一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，其特征在于，所述氩气收集腔(130)和所述氮气收集腔(140)的一侧设置有第一压力表(116)。
4.根据权利要求1所述的一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，其特征在于，所述第一管道(170)和所述第二管道(180)上设置有管道闸阀(182)。
5.根据权利要求1所述的一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，其特征在于，所述第二罐体(210)的下方连接有地脚(211)，所述地脚(211)固定在所述第二罐体(210)的下方两侧。
6.根据权利要求1所述的一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，其特征在于，所述第二罐体(210)的两侧设置有温度计(212)和第二压力表(213)。
7.根据权利要求6所述的一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，其特征在于，所述第二罐体(210)的一侧连接有第二吸气泵(290)，所述第二吸气泵(290)固定在所述第二压力表(213)的下方，所述第二吸气泵(290)的底端连接有固定块(292)，所述固定块(292)的一侧与所述第二罐体(210)连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置，其特征在于，所述中频磁控溅射器(310)内设置有镓池(312)，所述冷却通道(320)开设在所述中频磁控溅射器(310)与所述镓池(312)之间。
9.根据权利要求1所述的一种用于快速制备氮化镓薄膜的方法，其特征在于，使用时，通过第一罐体110内设置有氩气收集腔130和氮气收集腔140，以及设置的第一压力表116有助于了解到氩气收集腔130和氮气收集腔140内氩气和氮气的含量。再通过第一吸气泵190对氩气和氮气进行单独的吸出，并将氩气和氮气通过第三管道240吸入到第二罐体210内，当第二罐体210内的压强稳定到一定的数值时，通过离子管道230向第二罐体210内注入离子源，启动电解器340，以氮氩混合气体作为工作气体，以镓作为原材料，中频磁控溅射器310做为驱动，使镓产生溅射，溅射出来的原子与氮气分解产生的氮粒子在基片280上反应生成氮化镓薄膜。进液口460和出液口470与冷却通道320连通，通过设置抽液泵430、抽液管440以及进液管道450，使得冷却液420在冷却通道320内循环流动并对镓池312内的镓进行降温，使得镓的温度低于其熔点使其保持在固体状态。
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|---|---|---|---|---|
| CN112626464A (zh) * | 2020-12-06 | 2021-04-09 | 无锡英诺赛思科技有限公司 | 一种氮化镓薄膜的制备装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201169619Y (zh) * | 2008-01-30 | 2008-12-24 | 武汉新铬涂层设备有限公司 | 一种用于快速制备氮化镓薄膜的装置 |
| JP2012174796A (ja) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Ulvac Japan Ltd | 窒化ガリウム膜の形成方法、及び窒化ガリウム膜の形成装置 |
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2020
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