CN113846374A - 一种mocvd设备的加热系统及mocvd设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MOCVD设备的加热系统及MOCVD设备，所述加热系统包括加热盘（2）、热辐射防护组件、陶瓷支撑组件、导电组件和绝缘支撑筒（6），热辐射防护组件包括基板（4）和设置在基板（4）上的反射板（3），加热盘（2）通过陶瓷支撑组件支撑在反射板（3）的上方，导电组件包括导电支撑板（5）、铜排（7）和电极（8），铜排（7）与电极（8）相连且电极（8）的上端与导电支撑板（5）相连，基板（4）通过绝缘支撑筒（6）支撑在导电支撑板（5）的上方，导电支撑板（5）通过穿过基板（4）和反射板（3）的接线柱与加热盘（2）相连。其能够满足MOCVD设备对加热系统的要求，实现其温场均匀、稳定的目标。

Description

一种MOCVD设备的加热系统及MOCVD设备

技术领域

本发明属于气相沉积设备技术领域，涉及一种MOCVD设备的加热系统及MOCVD设备。

背景技术

金属有机物化学气相沉积（MOCVD）是一种制备化合物半导体薄层单晶膜的方法。MOCVD工艺是将稀释于载气的III、II族金属化合物以及V、VI族氢化物导入腔体，在被加热的衬底表面发生热分解等一系列反应，反应的产物在衬底的表面沉积成所需的晶体薄膜。MOCVD设备是集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、热学、光学等多学科为一体，自动化程度高，技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用设备。

加热系统是MOCVD设备的核心组件，不同的反应腔对应不同的控制系统与加热系统。加热系统对发生反应的基底进行加热，提供发生反应所需要的温度。加热系统要满足加热均匀，升降温速度快，温度稳定时间短等工艺要求。同时，因为温度条件是薄膜沉积过程中的重要影响因素，因此，在整个生长过程中，要求温度波动很小。而且，基座表面热场均匀也能提高膜片厚度均匀性，因此，要求加热系统提供的热场要均匀、稳定。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种能够满足MOCVD设备的加热需求的加热系统。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种MOCVD设备的加热系统及MOCVD设备，其能良好匹配MOCVD设备，使基座表面热场均匀、温度波动小。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种MOCVD设备的加热系统，其包括加热盘，其特征在于，还包括热辐射防护组件、陶瓷支撑组件、导电组件和绝缘支撑筒，所述热辐射防护组件包括基板和设置在所述基板上的反射板，所述加热盘通过所述陶瓷支撑组件支撑在所述反射板的上方，所述导电组件包括导电支撑板、铜排和电极，所述铜排与所述电极相连且所述电极的上端与所述导电支撑板相连，所述基板通过所述绝缘支撑筒支撑在所述导电支撑板的上方，所述导电支撑板通过穿过所述基板和反射板的接线柱与所述加热盘相连。

优选地，其中，所述基板上设置有四层所述反射板。

优选地，其中，所述热辐射防护组件还包括隔热筒，所述隔热筒从所述加热盘的周围包裹住所述加热盘。

优选地，其中，所述MOCVD设备的加热系统进一步包括水冷组件，所述水冷组件用于给所述电极降温。

优选地，其中，所述水冷组件包括水嘴和水管，所述水嘴安装在所述电极的下端，所述水管与所述水嘴相连。

优选地，其中，所述陶瓷支撑组件包括陶瓷支撑丝和支撑所述陶瓷支撑丝的陶瓷支撑杆，所述陶瓷支撑杆安装在所述反射板和基板中，所述陶瓷支撑丝安装在所述陶瓷支撑杆的上端且位于所述反射板的上方。

优选地，其中，所述陶瓷支撑丝设计成n型且其两端分别与一根所述陶瓷支撑杆的上端相连。

优选地，其中，所述陶瓷支撑组件还包括陶瓷支撑板，所述陶瓷支撑板安装在两根所述陶瓷支撑杆的上端并且所述陶瓷支撑丝的两端分别连接在所述陶瓷支撑板上。

优选地，其中，所述陶瓷支撑丝、陶瓷支撑杆和陶瓷支撑板均由氮化硼制成。

优选地，其中，所述加热盘包括内加热盘和围绕所述内加热盘的外加热盘。

此外，本发明还提供一种MOCVD设备，其特征在于，包括上述任一所述的加热系统。

与现有技术相比，本发明的MOCVD设备的加热系统及MOCVD设备具有如下有益技术效果中的一者或多者：

1、其具有热辐射防护组件，可以起到保温的作用，防止热量散失，提升加热效率；而且，能够提高热辐射的反射率，提高了加热系统的热转换效率。

2、其具有水冷组件，能够使加热系统在高温的工作环境中快速降温，保证设备的安全。

3、其具有陶瓷支撑组件，能够稳定有效地支撑加热盘，可防止加热盘在高温加热过程中产生形变造成位置偏移，从而影响温场的均匀性。

4、其加热盘由内外加热盘构成，内外加热盘的分区设计能够有效调整石墨基座沿半径方向上的温度均匀性，分区加热的模式能够直接影响石墨基座沿半径方向的温度分布，而且外圈加热盘能起到保温的作用，使聚集的热量不容易散失，保持温场的稳定性。

附图说明

图1是本发明的MOCVD设备的加热系统的结构示意图。

图2是本发明的MOCVD设备的加热系统的陶瓷支撑组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

本发明涉及一种全新的MOCVD设备的加热系统及MOCVD设备，其能够满足MOCVD设备对加热系统的要求，实现其温场均匀、稳定的目标。

图1示出了本发明的mocvd设备的加热系统的结构示意图。如图1所示，本发明的MOCVD设备的加热系统包括加热盘2。

所述加热盘2一般由钨或者铼材质组成。所述加热盘2通电后可产生热辐射，通过所述热辐射对MOCVD设备的石墨基座进行加热，从而可提供薄膜生长所需要的温度。

在本发明中，所述加热盘2为内外加热盘，其包括内加热盘和围绕所述内加热盘的外加热盘。通过所述内外加热盘的分区设计，能够有效调整石墨基座沿半径方向上的温度均匀性。而且，通过内外分区加热的模式能够直接影响石墨基座沿半径方向的温度分布。并且，所述外加热盘能起到保温的作用，使聚集的热量不容易散失，保持温场的稳定性。

本发明的MOCVD设备的加热系统还包括热辐射防护组件、陶瓷支撑组件、导电组件和绝缘支撑筒。

其中，所述热辐射防护组件能够起到防止热量散失的作用，同时能够保护下层器件。

所述热辐射防护组件包括基板4和设置在所述基板4上的反射板3。所述加热盘2通过图1中未标注的多个所述陶瓷支撑组件支撑在所述反射板3的上方。

所述基板4用于支撑所述反射板3并能够起到防止热量散失的作用。

众所周知的是，所有辐射基体本身的反射率都不是很高，因此提高辐射附近空间的反射率，能够提高加热系统的热转换效率。因此，在本发明中，在所述加热盘2的下面布置有所述反射板3。所述反射板3上涂覆有热反射材料，从而能够提高热辐射的反射率。通过所述反射板3能够对所述加热盘2产生的热辐射进行反射，从而提高热辐射的反射率和热转换效率。而且，所述反射板3的布置也会起到隔热的作用，能够使所述反射板3和基板4下面的器件不易受所述加热片2产生的高温的影响。

优选地，所述基板4上设置有四层所述反射板3。这样，一方面能够提高反射的效率，另一方面能够起到更好的隔热作用，防止对所述基板4下方的器件造成影响。

更优选地，所述热辐射防护组件还包括隔热筒1。所述隔热筒1从所述加热盘2的周围包裹住所述加热盘2。所述隔热筒1起到保温的作用。通过使得所述隔热筒1包裹住所述加热盘2，可有效防止加热系统热量的散失，提升加热效率。

所述陶瓷支撑组件用于将所述加热盘2支撑在所述反射板3的上方。如图2所示，所述陶瓷支撑组件包括陶瓷支撑丝11和支撑所述陶瓷支撑丝11的陶瓷支撑杆12。所述陶瓷支撑杆12安装在所述反射板3和基板4中。例如，所述反射板3和基板4中均匀地设有多个安装孔，所述陶瓷支撑杆12可以插入到所述安装孔中。所述陶瓷支撑丝11安装在所述陶瓷支撑杆12的上端且位于所述反射板3的上方。

优选地，所述陶瓷支撑丝11设计成n型且其两端分别与一根所述陶瓷支撑杆12的上端相连。

更优选地，所述陶瓷支撑组件还包括陶瓷支撑板13。其中，所述陶瓷支撑板13安装在两根所述陶瓷支撑杆12的上端并且所述陶瓷支撑丝11的两端分别连接在所述陶瓷支撑板13上。

在使用时，所述陶瓷支撑杆12插入到所述反射板3和基板4中，起到固定所述陶瓷支撑组件的作用。所述陶瓷支撑丝11插入到所述加热盘2的空隙中并且使得所述加热盘2放置在所述陶瓷支撑板13上。这样，由于所述陶瓷支撑丝11插入到了所述加热盘2的空隙中，可防止所述加热盘2在高温加热过程中产生形变造成位置偏移，从而影响温场的均匀性。

在本发明中，可以设置多个所述陶瓷支撑组件且多个所述陶瓷支撑组件在所述反射板3上均匀设置，以便于更均匀、稳固地支撑所述加热盘2。

因为所述加热盘2能够产生较大的热量，其温度可达到1500℃～2000℃，因此，所述陶瓷支撑丝11、陶瓷支撑杆12和陶瓷支撑板13必须要能承受高温，并且在高温下能保证机械强度和高温绝缘性。由于氮化硼材料具有高耐热性、高导热系数、低热膨胀系数等一系列优良性能，因此在本发明中，使得所述陶瓷支撑丝11、陶瓷支撑杆12和陶瓷支撑板13均由氮化硼制成。

所述导电组件包括导电支撑板5、铜排7和电极8。其中，所述铜排7与所述电极8相连。所述铜排7用于与电源相连，以提供电力。

所述电极8的上端与所述导电支撑板5相连，以支撑所述导电支撑板5。优选地，共有四个所述电极8且四个所述电极8均匀地支撑所述导电支撑板5。

所述基板4通过所述绝缘支撑筒6支撑在所述导电支撑板5的上方。通过所述绝缘支撑筒6进行支撑，能够起到绝缘作用，防止对所述基板4等漏电。

优选地，所述基板4通过多个均匀布置的所述绝缘支撑筒6支撑在所述导电支撑板5的上方。这样，使得所述基板4可以被支撑的更稳固。

所述导电支撑板5通过穿过所述基板4和反射板3的接线柱与所述加热盘2相连。例如，在所述基板4和反射板3的中心形成通孔，所述接线柱穿过所述通孔，一端与所述导电支撑板5相连，另一端与所述加热盘2相连。

这样，所述铜排7与电线相连，接入电源的电流，通过所述电极8、导电支撑板5和接线柱将电流引入所述加热盘2，使得所述加热盘2产生热辐射，向石墨基座传热。

在使用MOCVD设备进行晶体生长时，其反应室内的工作温度达到1000℃～1200℃，加热系统的所述加热盘2更是达到1500℃～2000℃，出于设备安全考虑，在本发明中，要对加热系统进行水冷处理。因此，在本发明中，优选地，所述MOCVD设备的加热系统进一步包括水冷组件。所述水冷组件用于给所述电极8降温。

优选地，所述水冷组件包括水嘴9和水管10。所述水嘴9安装在所述电极8的下端。所述水管10与所述水嘴9相连。这样，所述水嘴9与水管10形成循环水路，使加热系统能够快速降温。

本发明的MOCVD设备的加热系统能够提升加热效率，提高热辐射的反射率，提高了加热系统的热转换效率。而且，能够使加热系统在高温的工作环境中快速降温，保证设备的安全。此外，其可防止加热盘在高温加热过程中产生形变造成位置偏移，从而影响温场的均匀性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员，依据本发明的思想，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (11)

1.一种MOCVD设备的加热系统，其包括加热盘（2），其特征在于，还包括热辐射防护组件、陶瓷支撑组件、导电组件和绝缘支撑筒（6），所述热辐射防护组件包括基板（4）和设置在所述基板（4）上的反射板（3），所述加热盘（2）通过所述陶瓷支撑组件支撑在所述反射板（3）的上方，所述导电组件包括导电支撑板（5）、铜排（7）和电极（8），所述铜排（7）与所述电极（8）相连且所述电极（8）的上端与所述导电支撑板（5）相连，所述基板（4）通过所述绝缘支撑筒（6）支撑在所述导电支撑板（5）的上方，所述导电支撑板（5）通过穿过所述基板（4）和反射板（3）的接线柱与所述加热盘（2）相连。

2.根据权利要求1所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，所述基板（4）上设置有四层所述反射板（3）。

3.根据权利要求1所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，所述热辐射防护组件还包括隔热筒（1），所述隔热筒（1）从所述加热盘（2）的周围包裹住所述加热盘（2）。

4.根据权利要求1所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，进一步包括水冷组件，所述水冷组件用于给所述电极（8）降温。

5.根据权利要求4所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，所述水冷组件包括水嘴（9）和水管（10），所述水嘴（9）安装在所述电极（8）的下端，所述水管（10）与所述水嘴（9）相连。

6.根据权利要求1所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，所述陶瓷支撑组件包括陶瓷支撑丝（11）和支撑所述陶瓷支撑丝（11）的陶瓷支撑杆（12），所述陶瓷支撑杆（12）安装在所述反射板（3）和基板（4）中，所述陶瓷支撑丝（11）安装在所述陶瓷支撑杆（12）的上端且位于所述反射板（3）的上方。

7.根据权利要求6所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，所述陶瓷支撑丝（11）设计成n型且其两端分别与一根所述陶瓷支撑杆（12）的上端相连。

8.根据权利要求7所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，所述陶瓷支撑组件还包括陶瓷支撑板（13），所述陶瓷支撑板（13）安装在两根所述陶瓷支撑杆（12）的上端并且所述陶瓷支撑丝（11）的两端分别连接在所述陶瓷支撑板（13）上。

9.根据权利要求8所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，所述陶瓷支撑丝（11）、陶瓷支撑杆（12）和陶瓷支撑板（13）均由氮化硼制成。

10.根据权利要求1所述的MOCVD设备的加热系统，其特征在于，所述加热盘（2）包括内加热盘和围绕所述内加热盘的外加热盘。

11.一种MOCVD设备，其特征在于，具有权利要求1-10中任一项所述的加热系统。

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