CN113277883A - 一种石墨盘及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨盘及其制备方法和应用，涉及低压MOCVD(石墨盘)外延生长领域，尤其涉及一种减少预反应的新方法。本发明所述石墨盘的表层有一层改性薄膜，所述改性薄膜热辐射系数低于0.2W/(kg·K)。本发明通过对石墨盘进行改性，降低了预反应区所在区域的气体温度，从而达到减缓预反应发生的效果。

Description

一种石墨盘及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及低压MOCVD(石墨盘)外延生长领域，尤其涉及一种减少预反应的新方法。
背景技术
在各种涉及MOCVD外延生长的量产过程中，都受到反应物预反应问题的困扰，预反应的发生不仅降低了原材料的利用率，同时预反应产物附着在匀气网上，并在后续生长过程中受到气流扰动，从而掉落在外延片上，是造成外延表观掉点的重要因素之一。
为了解决预反应问题，人们提出了各种不同的方法：
对于化学反应，反应的发生需要两个条件，一是原材料相遇，二是达到反应条件。
在现有的解决方案中，通常是采取阻止反应物相遇的方法，解决途径有隔离反应物或避免原材料在同一时间出现在预反应发生区域，然而前者实现起来并不容易，同时也需要对反应室进行较大幅度的改进，对旧机台适用性较差，改造成本巨大，后者则大大增加了生长时间，对效率和产量的伤害极大，同时适用范围也很有限。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：一种能够降低预反应区所在区域的气体温度，从而达到减缓预反应发生的改性石墨盘。
本发明所要解决的第二个技术问题是：上述改性石墨盘的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：上述改性石墨盘的应用。
为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：所述石墨盘的表层有一层改性薄膜，所述改性薄膜的热辐射系数低于0.2W/(kg·K)。
进一步地，所述改性薄膜厚度为1至5mm。
进一步地，所述石墨盘的表面粗糙度不超过100μm。
进一步地，所述改性薄膜为金属材料，所述金属材料为铂、钯、镍、铬和钨中的至少一种。
进一步地，所述改性薄膜为非金属材料，所述非金属材料为氧化铝、氮化硼中的至少一种。
本发明的有益效果在于：本发明通过对石墨盘进行改性，降低了预反应区所在区域的气体温度，从而达到减缓预反应发生的效果。
为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：上述改性石墨盘的制备方法，包括以下步骤：
将石墨盘表面进行平滑处理，将改性材料固定在石墨盘的表面。
本发明的有益效果在于：石墨盘改性方法难度小、成本低、原材料利用率高；改性后的石墨盘不会降低产能，不会增加机时消耗。
为了解决上述第三个技术问题，本发明采用的技术方案为：上述改性石墨盘在半导体材料外延生长中的应用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例1的石墨盘俯视图。
图2为实施例1的石墨盘侧视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
A-改性薄膜，B-衬底放置坑位，C-石墨盘。
具体实施方式
石墨盘外延生长过程中，对预反应发生区域气体的温度进行模拟计算，由于实际过程中气流的复杂性，在模拟计算中对MOCVD生长过程中的气流进行了模型简化，简化基本假设如下：
1.由于反应室内气体压力很低，介质稀薄，同时气体受到大泵吸力引导，热传递的三种主要形式中热传导、热对流对热传递的贡献可以忽略，热量传递的主要方式是热辐射；
2.由于反应室内氢气流量远大于其他原料气，计算中将反应室内气体视为纯氢气；
3.低压条件下氢气适用理想气体公式；
4.反应室内气体温度达到温度平衡，原反应室内气体温度恒定，被吸收的辐射热能全部用于加热新流入气体；
5.与石墨盘裸露部分相比，衬底的热辐射基本可忽略(抛光的Ge热辐射系数远小于石墨)；
6.石墨盘辐射热能符合灰体辐射模型。
在上述假设条件下，代入工艺相关参数，计算表明，由石墨盘对外辐射的热能导致预反应区的气体温度升高450-500℃(模拟计算依上述假设进行，计算涉及工艺参数为我司运行参数)，在此温度下预反应较严重。
同样假设下，如果将石墨盘热辐射系数降至0.2W/(kg·K)及以下，则此温升幅度将低于200℃(同样工艺参数下模拟计算值)，在此温度下预反应几乎不发生，或发生速率极低。
同时，热辐射系数主要受到物体表面材料的影响，对于部分物体，为增加其对外辐射热能，以降低自身温度，可在物体表面喷涂漆类材料达到显著改变其热辐射能力的目的。
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
实施例1
应用富临的蒸镀机台进行材料蒸镀，首先将石墨盘C衬底放置区域放上硅片，使用高温胶带进行固定防止松动，以将石墨盘C固定在镀锅上，在100℃下，蒸镀铂到石墨盘表面，蒸镀时目标厚度为1mm。蒸镀完成后将产品在500℃温度下退火2h，以通过退火使金属表面释放多余应力，改善结构缺陷，所得改性石墨盘C如图1～2。
实施例2
在石墨盘C表面蒸镀一层5000nm的铬，表面用王水处理，处理后表面会比较平滑，冲水烘干。应用富临的蒸镀机台进行材料蒸镀，首先将石墨盘C衬底放置区域放上硅片，使用高温胶带进行固定防止松动，以将石墨盘C固定在镀锅上，在80℃下，蒸镀铬到石墨盘C表面，蒸镀时目标厚度为2mm。蒸镀完成后将产品在300℃温度下退火2h，以通过退火使金属表面释放多余应力，改善结构缺陷。
实施例3
应用富临的蒸镀机台进行材料蒸镀，首先将石墨盘C衬底放置区域放上硅片，使用高温胶带进行固定防止松动，以将石墨盘C固定在镀锅上，在100℃下，蒸镀氮化硼到石墨盘C表面，蒸镀时目标厚度为3mm。蒸镀完成后将产品在250℃温度下退火1.5h，以通过退火使金属表面释放多余应力，改善结构缺陷。
实施例4
应用Evatec的磁控溅射机台，准备好金属铂靶材，利用辉光放电下的氩离子轰击金属铂靶材，溅射目标厚度1mm。蒸镀完成后将产品在500℃温度下退火2h，以通过退火使金属表面释放多余应力，改善结构缺陷。
实施例5
应用Evatec的磁控溅射机台，准备好金属钯靶材，利用辉光放电下的氩离子轰击金属钯靶材，溅射目标厚度1mm。蒸镀完成后将产品在300℃温度下退火2h，以通过退火使金属表面释放多余应力，改善结构缺陷。
实施例6
应用Evatec的磁控溅射机台，准备好金属镍靶材，利用辉光放电下的氩离子轰击金属镍靶材，溅射目标厚度1mm。蒸镀完成后将产品在400℃温度下退火2h，以通过退火使金属表面释放多余应力，改善结构缺陷。
实施例7
应用Evatec的磁控溅射机台，准备好金属钨靶材，利用辉光放电下的氩离子轰击金属钨靶材，溅射目标厚度1mm。蒸镀完成后将产品在500℃温度下退火2h，以通过退火使金属表面释放多余应力，改善结构缺陷。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种改性石墨盘，其特征在于：所述石墨盘的表层有一层改性薄膜，所述改性薄膜的热辐射系数低于0.2W/(kg·K)。
2.根据权利要求1所述的一种改性石墨盘，其特征在于：所述改性薄膜厚度为1至5mm。
3.根据权利要求1所述的一种改性石墨盘，其特征在于：所述石墨盘的表面粗糙度不超过100μm。
4.根据权利要求1所述的一种改性石墨盘，其特征在于：所述改性薄膜为金属材料，所述金属材料为铂、钯、镍、铬和钨中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种改性石墨盘，其特征在于：所述改性薄膜为非金属材料，所述非金属材料为氧化铝、氮化硼中的至少一种。
6.一种制备如权利要求1至5任一项所述的一种改性石墨盘的方法，其特征在于：包括以下步骤：
将石墨盘表面进行平滑处理，将改性材料固定在石墨盘的表面。
7.如权利要求1至5任一项所述的一种改性石墨盘在半导体材料外延生长中的应用。
8.如权利要求1至5任一项所述的一种改性石墨盘在芯片中的应用。
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