CN113913928A - 一种石墨盘 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种石墨盘，所述石墨盘的正面各区域的热辐射吸收率不完全相同，所述各区域的热辐射吸收率反比于所述各区域的受热值。本发明的石墨盘的正面可根据不同区域的受热情况设计出不同的热辐射吸收率，进而针对性地改善某一个或者某一些特定区域的温场，从而得到均匀的温场。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨盘，尤其涉及一种温场分布均匀的石墨盘。
背景技术
金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)设备中的晶圆载体通常为石墨盘，它包括石墨本体和在石墨本体表面沉积的碳化硅涂层。例如Veeco机型由加热丝黑体辐射加热石墨盘，再由石墨盘加热外延片。
而通常，如图1所示，石墨盘整体正面工艺一致，外延片受热不均现象需更改加热丝的形态或者分布。比如，加热丝间隙区域无加热，导致温场分布不均匀，而更改加热丝成本高、灵活性差。并且，现有石墨盘正面未对热辐射吸收率进行精准研究。
具体而言，图2是现有技术中运用图1中石墨盘加热制得LED外延片的波长分布示意图，如图2所示，LED外延片的波长分布存在很大的差异，例如，01点、04点、05点、10点、11点等一些颜色更深的点(其对应加热丝区域)代表其波长更短，即蓝色占比更大，而其他外围的30点、31点等一些颜色稍浅的点(其对应加热丝间隙区域或加热较少区域)代表其波长较长，即绿色，甚至黄色、红色的占比更大，如此，经由同一正面工艺设计的石墨盘温场很不均匀，进而通过其加热生长的外延片的主波长分布很不均匀。
发明内容
本发明的目的在于改善石墨盘温场不均匀的问题。
为实现上述发明目的之一，本发明提供一种石墨盘。
所述石墨盘的正面各区域的热辐射吸收率不完全相同，所述各区域的热辐射吸收率反比于所述各区域的受热值。
作为可选的技术方案，所述石墨盘的正面各区域的碳化硅涂层中掺入单晶硅的掺入比例正比于所述石墨盘的正面各区域的受热值。
作为可选的技术方案，所述石墨盘经由加热丝黑体加热后，加热LED外延片，所述加热丝所对应的所述石墨盘正面的区域为第一区域，所述加热丝间隙所对应的所述石墨盘正面的区域为第二区域，所述第一区域的热辐射吸收率小于所述第二区域的热辐射吸收率。
作为可选的技术方案，所述第一区域的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例正比于所述第一区域的受热值，所述第二区域的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例正比于所述第二区域的受热值，所述掺入物的热导率小于碳化硅的热导率。
作为可选的技术方案，所述第一区域的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例大于所述第二区域的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例，所述掺入物的热导率小于碳化硅的热导率。
作为可选的技术方案，所述掺入物为单晶硅。
作为可选的技术方案，所述第一区域为环形。
作为可选的技术方案，所述石墨盘的正面具有第一半圆区域及第二半圆区域，所述第一半圆区域的碳化硅涂层中掺入单晶硅，所述第二半圆区域的碳化硅涂层中未掺入单晶硅。
作为可选的技术方案，所述第一区域自中线向两侧具有渐变大的热辐射吸收率，所述第二区域自中线向两侧具有渐变小的热辐射吸收率。
作为可选的技术方案，所述第一区域自中线向两侧具有渐变小的单晶硅掺入比例，所述第二区域自中线向两侧具有渐变大的单晶硅掺入比例。
与现有技术相比，本发明的石墨盘的正面可根据不同区域的受热情况设计出不同的热辐射吸收率，进而针对性地改善某一个或者某一些特定区域的温场，从而得到均匀的温场。
附图说明
图1是现有技术石墨盘正面的示意图；
图2是现有技术中运用图1中石墨盘加热制得LED外延片的波长分布示意图；
图3是本发明石墨盘正面的一实施例的示意图；
图4是本发明石墨盘正面的另一实施例的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施方式及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
下面详细描述本发明的实施方式，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。
为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。
本发明中石墨盘用于外延片生长时的加热，即石墨盘经由加热丝黑体加热后，进而加热LED外延片。
因为加热丝黑体加热过程中涉及热辐射，下面具体研究该过程。
热辐射中：
Q＝Qr+Qa+Qd；
得出r+a+d＝1，其中r:反射率；a:吸收率；d:透过率。
当吸收率a＝1时，表明物体能将投射到它表面的热射线全部吸收，称为绝对黑体，简称黑体。
当反射率r＝1时，表明物体能将投射到它表面的热射线全部反射出去，称为绝对白体，简称白体。
当d＝1时，称为绝对透明体，简称透明体。
而石墨盘的透过率近似为0，所以，r+a＝1；即石墨盘的热辐射反射率跟热辐射吸收率互补。
而LED外延生长量子阱为InxGa1-xN。
其中，In组分对温度非常敏感，温度每升高1℃，In组分的相对比例相应减少，主波长WLD变短，大小约2nm，即温度越高，主波长会向短波长偏移。
理论而言，WLD(需求)＝WLD-△T/2，其中T为温度。
温度与热量具有转换关系，WLD(需求)＝WLD-△Qa*k/2；其中k为热量转换温度系数，△Qa为对应于△T的热量。
△Qa＝Qa2-Qa1，其中，a1为更改前热辐射吸收率，a2为更改后热辐射吸收率，即WLD(需求)＝WLD-(Qa2-Qa1)*k/2。
上述公式可表述为热辐射吸收率a增大，WLD变短；热辐射吸收率a减小，WLD变长。
在上述理论基础上，为保证主波长的分布均匀，如图3所示，本发明的石墨盘1的正面各区域的热辐射吸收率不完全相同，其热辐射吸收率根据其受热情况而定，即各区域的热辐射吸收率反比于各区域的受热值。
也就是说，受热越多，对应区域的热辐射吸收率越低以降低其温度，反之亦然。如此，可得到一个分布较为均匀的温场。
具体而言，加热丝所对应的石墨盘正面的区域为第一区域2，加热丝间隙所对应的石墨盘正面的区域为第二区域3，即一般情况下，第一区域2的温度会高于第二区域，但于本实施例中，第一区域2的热辐射吸收率小于第二区域3的热辐射吸收率，如此，第一区域2较小的热辐射吸收率可使得原先较高的温度下降，进而使主波长原先向短波长偏移的点转向长波方向进行修正，外延片可获得一个较为分布均匀的主波长。
而为更进一步地提高均匀性，第一区域2自中线向两侧具有渐变大的热辐射吸收率，第二区域3自中线向两侧具有渐变小的热辐射吸收率，如此，渐变梯度的热辐射吸收率的变化方式可帮助石墨盘得到一个更为均匀的温场。例如，因单晶硅的热导率为1.48W/(cm·K)，而SiC的热导率为3.6W/(cm·K)，第一区域2自中线向两侧具有渐变小的单晶硅掺入比例，第二区域3自中线向两侧具有渐变大的单晶硅掺入比例。
于本实施例中，可通过对石墨盘正面碳化硅涂层中掺入单晶硅的方式来降低热辐射吸收率a。当然，于其他实施例中，也可掺入其他掺入物来降低热辐射吸收率，只需满足掺入物的热导率小于碳化硅的热导率即可。即第一区域2的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例大于第二区域3的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例，掺入物的热导率小于碳化硅的热导率，如本实施例中，掺入物为单晶硅，也可为其他物质，例如，氮化硅等。
依据碳化硅层中掺入单晶硅比例上升，会导致石墨盘1热吸收率a下降的实验结果，如此，可根据热辐射吸收率a的需求，进行不同区域的单晶硅掺入比例的精确计算，从而将不同比例的单晶硅掺入不同区域的碳化硅涂层中。但需保证石墨盘1的正面各区域的碳化硅涂层中掺入的掺入物(如单晶硅)的掺入比例正比于石墨盘1的正面各区域的受热值，例如，第一区域2的碳化硅涂层中单晶硅的掺入比例大于第二区域3的碳化硅涂层中单晶硅的掺入比例。即，受热越多的区域，单晶硅的掺入比例越高，热辐射吸收率a越低，进而可很好的降低温度，反之亦然，从而保证一个较为均匀的温场。
在本发明中，改变石墨盘1的正面的热辐射吸收率a的方式不作限定，例如改变颜色或者平整度等，可单独使用，也可配合使用，其只需满足石墨盘1的正面各区域的热辐射吸收率不完全相同，且各区域的热辐射吸收率反比于各区域的受热值的要求即可。
于本实施例中，第一区域2可为环形，如此，可将01点、04点、05点、10点、11点等一些颜色更深的点的波长修正为外围点的波长，即主波长的分布更为均匀。而于其他实施例中，第一区域也可为半圆形，即石墨盘1’的正面具有第一半圆区域2’及第二半圆区域3’，第一半圆区域2’的碳化硅涂层中掺入单晶硅，第二半圆区域3’的碳化硅涂层中未掺入单晶硅，如此可将第一半圆区域2’的短波长向长波长修正。在这里，石墨盘1正面的第一区域的形状也不作限定，只需满足各区域的热辐射吸收率反比于各区域的受热值的要求即可。
综上所述，本发明的石墨盘的正面可根据不同区域的受热情况设计出不同的热辐射吸收率，进而针对性地改善某一个或者某一些特定区域的温场，从而得到均匀的温场。而依据碳化硅层中掺入单晶硅比例上升，石墨盘正面热辐射吸收率下降的原理，可根据热辐射吸收率的需求，进行不同区域的单晶硅掺入比例的精确计算。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨盘，其特征在于，所述石墨盘的正面各区域的热辐射吸收率不完全相同，所述各区域的热辐射吸收率反比于所述各区域的受热值。
2.如权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述石墨盘的正面各区域的碳化硅涂层中掺入单晶硅的掺入比例正比于所述石墨盘的正面各区域的受热值。
3.如权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述石墨盘经由加热丝黑体加热后，加热LED外延片，所述加热丝所对应的所述石墨盘正面的区域为第一区域，所述加热丝间隙所对应的所述石墨盘正面的区域为第二区域，所述第一区域的热辐射吸收率小于所述第二区域的热辐射吸收率。
4.如权利要求3所述的石墨盘，其特征在于，所述第一区域的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例正比于所述第一区域的受热值，所述第二区域的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例正比于所述第二区域的受热值，所述掺入物的热导率小于碳化硅的热导率。
5.如权利要求3所述的石墨盘，其特征在于，所述第一区域的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例大于所述第二区域的碳化硅涂层中掺入物的掺入比例，所述掺入物的热导率小于碳化硅的热导率。
6.如权利要求4或5所述的石墨盘，其特征在于，所述掺入物为单晶硅。
7.如权利要求3所述的石墨盘，其特征在于，所述第一区域为环形。
8.如权利要求3所述的石墨盘，其特征在于，所述石墨盘的正面具有第一半圆区域及第二半圆区域，所述第一半圆区域的碳化硅涂层中掺入单晶硅，所述第二半圆区域的碳化硅涂层中未掺入单晶硅。
9.如权利要求3所述的石墨盘，其特征在于，所述第一区域自中线向两侧具有渐变大的热辐射吸收率，所述第二区域自中线向两侧具有渐变小的热辐射吸收率。
10.如权利要求9所述的石墨盘，其特征在于，所述第一区域自中线向两侧具有渐变小的单晶硅掺入比例，所述第二区域自中线向两侧具有渐变大的单晶硅掺入比例。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220111 |
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