CN114892270A - 一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备 - Google Patents

一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist‑CVD设备，Mist‑CVD设备包括：多个雾化腔室，每个所述雾化腔室设置有用于进行雾化或者承载第一气体的雾化源空腔；每个所述雾化腔室上均设置有连通所述雾化源空腔的第一载气入口，所述第一载气入口可用于通入第二气体；混气腔室，所有所述雾化腔室均可独立通断的连接至所述混气腔室，所述雾化腔室设置有用于使雾化气体混合均匀的混气空腔；反应腔室，所述混气腔室连通所述反应腔室，所述反应腔室设置有接收所述雾化气体、以用于反应生长的反应空腔。本发明的Mist‑CVD设备在可以实现多掺杂源的同时，还能兼容液体源和/或气体源的同时使用。

Description

一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备
技术领域
本发明属于半导体材料设备技术领域，涉及一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备。
背景技术
生产工艺廉价低成本，可用于大尺寸生长半导体薄膜的技术对于电力电子及光电器件的实际应用有着十分重要的意义，化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)正好符合这一要求。雾化化学气相沉积(Mist-CVD)系统由于具有非真空操作、成本低、设备简单、操作方便等优势，已经成为氧化镓薄膜异质外延生长的优秀设备选择。
在半导体薄膜外延生长过程中，Mist-CVD仅要求原料可溶，所以原料的选择性大幅提高，且不需真空处理亦使得大面积薄膜生长变得可行。这就有助于快速筛选掺杂源，对缩短半导体薄膜掺杂工艺的探索时间与降低工艺成本有积极意义。
此外现有设备都是单雾化源，只能事先将雾化源与掺杂源按一定比例混合后进行雾化，且无法实现雾化掺杂源与气体掺杂源的结合。但是现有设备内压强、供气时间、雾化源供气量等参数都只能整体控制，各生长工艺参数紧密耦合在一起，参数调控自由度小，且无法独立控制，可调窗口小。在研究半导体薄膜掺杂技术问题的过程中，无法优化不同物性的杂质源以实现差异化的外延掺杂条件，且掺杂源雾化后可能会相互之间发生反应，严重阻碍了Mist-CVD设备的研究与发展。
因此，现有Mist-CVD设备无法满足半导体氧化物的多元素掺杂、共掺杂等方面的研究。亟需开发新型多掺杂源的Mist-CVD设备，设备可兼容部分常用气体源，以实现Mist-CVD设备的重大突破。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，所述多雾化源Mist-CVD设备包括：
多个雾化腔室，每个所述雾化腔室设置有用于进行雾化或者承载第一气体的雾化源空腔；
每个所述雾化腔室上均设置有连通所述雾化源空腔的第一载气入口，所述第一载气入口用于通入第一气体或者第二气体；
混气腔室，所有所述雾化腔室均可独立通断的连接至所述混气腔室，所述混气腔室设置有用于使雾化气体混合均匀的混气空腔；
反应腔室，所述混气腔室连通所述反应腔室，所述反应腔室设置有接收所述雾化气体、以用于反应生长的反应空腔。
在本发明的一个实施例中，多雾化源Mist-CVD设备还包括多个雾化片，每个所述雾化腔室的雾化源空腔内对应设置一个或多个所述雾化片。
在本发明的一个实施例中，Mist-CVD设备还包括多个第一管路和多个通断件，每个所述雾化腔室通过一所述第一管路与所述混气腔室连通，每个所述第一管路上设置一所述通断件，所述通断件用于控制所述第一管路的通断。
在本发明的一个实施例中，所述通断件包括电磁阀。
在本发明的一个实施例中，所述混气腔室上设置有连通所述混气空腔的第二载气入口，所述第二载气入口用于通入第三气体。
在本发明的一个实施例中，每个所述雾化腔室上均设置有连通所述雾化源空腔的补液口，通过所述补液口连接补液装置。
在本发明的一个实施例中，所述反应腔室的反应空腔内设置有可转动的衬底托盘和功率可调的加热模块，且所述反应腔室设置有用于排气的排气口。
在本发明的一个实施例中，在所述第一管路、连通所述混气腔室和所述反应腔室的第二管路以及所述混气腔室、所述反应腔室的外壁均设置有冷却结构。
在本发明的一个实施例中，所述雾化腔室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体，所有所述雾化腔室的排列方式包括环形排列、扇形排列或者星形排列，所述混气腔室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体。
在本发明的一个实施例中，所述雾化腔室、所述混气腔室和所述反应腔室的材料包括耐腐蚀钢、石英或者玻璃。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的多雾化源Mist-CVD设备的雾化腔室为多个。其中，每个雾化腔室与混气腔室件均可以独立进行通断控制，可选择混气气体的通断，可以使每路雾化气体独立进入输运管道，可使多路气体在混气腔中混合。本发明雾化腔内将雾化源形成雾化颗粒，，载气夹带雾化颗粒组成雾化气体，输运至混气腔与掺杂雾化气体充分混合。进入后部的外延反应腔室中。通过控制雾化腔室的关合与雾化腔室中载气的气流量实现雾化气在混气腔中的均匀混合。本发明的多雾化源Mist-CVD设备中也可直接使用气体源直接通入反应区域进行实验探索。由此，本发明的多雾化源Mist-CVD设备在可以实现多掺杂源的同时，还能兼容液体源和/或气体源的同时使用。
本发明的多雾化源Mist-CVD设备为防止温度过高导致预反应的发生，载气携带雾化颗粒在有冷壁夹层的管路与腔室中输运、反应。此设备也可直接使用气体源直接通入反应区域进行实验探索。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种衬底托盘的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备的示意图，本发明提供一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，该多雾化源Mist-CVD设备包括：
多个雾化腔室，每个雾化腔室设置有用于进行雾化或者承载第一气体的雾化源空腔；
每个雾化腔室上均设置有连通雾化源空腔的第一载气入口，第一载气入口用于通入第一气体或者第二气体；
混气腔室，所有雾化腔室均可独立通断的连接至混气腔室，混气腔室设置有用于使雾化气体混合均匀的混气空腔；
反应腔室，混气腔室连通反应腔室，反应腔室设置有接收雾化气体、以用于反应生长的反应空腔。
请参见图1，雾化腔室例如可以为3个，即图1中的雾化腔室1、雾化腔室2、雾化腔室3，每个雾化腔室均设置有一中空结构，即雾化源空腔，该雾化源空腔可以用来通入前驱液，以对前驱液进行雾化，或者直接将气体反应源(即第一气体，直接作为反应源的气体)通入至雾化源空腔内。另外，在每个雾化腔室上均设置有第一载气入口12，该第一载气入口12用于连接载气提供设备或者气体反应源，由此可以将作为载气的第二气体通过第一载气入口12通入至雾化腔室的雾化源空腔内。
本实施例可以将不同的液态的前驱体或/和不同的气体反应源，直接作为反应气体放入不同的雾化腔室内，由此可以将不同雾化腔室的载气夹带雾化颗粒同时或者按照不同顺序通入混气腔室4内，再在混气腔室4内经过载气稀释并充分混合后进入反应腔室5进行反应生长。
在一个具体实施例中，本实施例的Mist-CVD设备还包括多个雾化片11，每个雾化腔室的雾化源空腔内对应设置一个或者多个雾化片1，雾化源空腔内部采用雾化片11进行液态的前驱体的雾化，即对前驱溶液进行雾化，具体地，载气携带着的雾化颗粒(即雾化气体)经过各路雾化源中的雾化片产生后，载气携带着雾化颗粒经输运管路输运后输运至混气腔室中充分混合，最终输送至反应腔室的衬底片上进行反应。另外，也可不使用雾化片11，而是直接将反应源通过雾化腔室通入设备中进行反应。
在一个具体实施例中，本实施例的Mist-CVD设备还包括多个第一管路和多个通断件41，每个雾化腔室通过一第一管路与混气腔室连通，每个第一管路上设置一通断件41，通断件41用于控制第一管路的通断，因此通过通断件41可单独控制每路气体输运的开关，由此可以选择不同的雾化腔室按照时间顺序将每个雾化腔室的载气夹带雾化颗粒通入至混气腔室4内，即当通断件41控制第一管路为开时，载气夹带雾化颗粒便由雾化腔室通入至混气腔室4内，当通断件41控制第一管路为关时，则不能将载气夹带雾化颗粒通入至混气腔室4内。
在一个具体实施例中，通断件41可以为编程的电控和手动操纵，例如通断件41为电磁阀，由此可以自动控制雾化腔室与混气腔室4的通断，另外通断件还可以为其它可以控制通断的阀门或者开关，例如球阀等。
在一个具体实施例中，混气腔室4上设置有连通混气空腔的第二载气入口42，第二载气入口42用于通入第三气体，该第三气体为用于稀释通入混气腔室4内的雾化颗粒的载气，即载气夹带雾化颗粒进入混气腔室4后，再次经过载气稀释并充分混合后进入反应腔室进行反应生长，其中稀释气体的载气通过混气腔室上部的第二载气入口42进入混气腔室4。
在一个具体实施例中，每个雾化腔室上均设置有连通雾化源空腔的补液口13，通过补液口连接补液装置，即补液装置通过补液口连通雾化腔室的雾化源空腔，补液装置可以将溶液通过该补液口补入至雾化腔室内，由此可以实现边雾化边补液，补液装置可以为注射泵、补液泵或者蠕动泵等等。
现有Mist-CVD设备多为管式炉构成，管式炉中的气体在输运过程中不可避免的被加热，导致雾化气体中的颗粒大小不均。加热后的气体所能容纳的水蒸气变多，导致雾化颗粒外围包裹的液体快速蒸发，使得雾化液滴在输运过程中受热极易发生预反应，由于反应腔内部温度较高，反应腔壁不可避免的也会升温，不利于载气夹带雾化颗粒的输运。因此，请参见图1，本实施例在第一管路、连通混气腔室和反应腔室的第二管路以及混气腔室、反应腔室的外壁均设置有冷却结构6，由此，可以使设置的冷却结构6保持较低温度，以实现气体在第一管路、第二管路以及混气腔室、反应腔室的冷壁输运与加热。
进一步地，冷却结构可以包括外管路和外壳体，其中，第一管路、第二管路均设置与外管路内，由此通过在第一管路与外管路、第二管路与外管路之间的夹层6通入冷却液，便可以实现运输时管路的降温，另外，将混气腔室、反应腔室分别放置一外壳体中，并在外壳体与混气腔室、外壳体与反应腔室的夹层6中充入冷却液，由此可以实现混气腔室、反应腔室的降温；或者，在第一管路、第二管路、混气腔室、反应腔室的外壁均安装呈螺旋方式的管路，并在管路中通入冷却液，由此实现气体的冷壁输运与加热。
在一个具体实施例中，反应腔室的反应空腔内设置有可转动的衬底托盘51和功率可调的加热模块52，且反应腔室设置有用于排气的排气口53。
具体地，请参见图2，衬底托盘51用于承托衬底片，即衬底片可置于衬底托盘51，衬底托盘51可以为水平或垂直结构，衬底托盘51可以一定速度进行转动，例如通过电机驱动转动，衬底托盘51可用耐腐蚀钢、石英、玻璃等材料；加热模块52用于对衬底托盘51进行温度控制，其可以为电阻丝加热，也可以为通过射频加热。在反应的同时，通过接通反应腔室的排气口53，可以实现气流均匀流经衬底片以达到薄膜的均匀生长的目的。
优选地，加热模块52的加热温度范围为0℃-1200℃。
在一个具体实施例中，雾化腔室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体。
在一个具体实施例中，所有雾化腔室的排列方式包括环形排列、扇形排列或者星形排列。
在一个具体实施例中，混气腔室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体。
在一个具体实施例中，雾化腔室、混气腔室和反应腔室的材料包括耐腐蚀钢、石英或者玻璃，由此可以适应腐蚀性环境。
因此，本发明的Mist-CVD设备的雾化腔室为多个。其中，每个雾化腔室与混气腔室件具有独立的通断件，可选择混气气体的通断。本发明利用雾化腔内的雾化片通过高频振动将雾化源形成雾化颗粒，载气夹带雾化颗粒组成雾化气体，输运至混气腔与掺杂雾化气体充分混合。进入后部的外延反应腔室中。通过混气腔室上每个雾化源的通断件，可以使每路雾化气体独立进入输运管道，可使多路气体在混气腔中混合。通过控制雾化腔室的关合与雾化腔室中载气的气流量实现雾化气在混气腔中的均匀混合。本发明的多雾化源Mist-CVD设备中也可直接使用气体源直接通入反应区域进行实验探索。本发明的多雾化源Mist-CVD设备为防止温度过高导致预反应的发生，载气携带雾化颗粒在有冷壁夹层的管路与腔室中输运、反应。此设备也可直接使用气体源直接通入反应区域进行实验探索。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上，提供一种多雾化源Mist-CVD设备用于半导体氧化物薄膜生长的方法，该方法以制备掺杂锡元素的氧化镓薄膜为例进行说明，其是分步雾化气体输运，该方法的步骤如下：
步骤1、使用纯度＞99.99％的乙酰丙酮镓作为前驱体原料，配置浓度为0.05mol/L的水溶液。使用纯度＞99.99％的乙酰丙酮铝作为前驱体原料，配置浓度为0.05mol/L的水溶液。
步骤2、打开循环设备开始冷却充满冷却液的夹层6，由于管路内部温度较低，雾化颗粒被液滴包裹输送的距离增加，避免了预反应的发生。
步骤3、将0.05mol/L的乙酰丙酮镓溶液置于雾化源腔1中，雾化片11通电振动对溶液进行雾化，打开的混气腔室4输运通断件41。在雾化腔室1的雾化源载气入口(即第一载气入口12)通入氮气作为载气，氮气将雾化颗粒输送至混气腔室4并最终达到反应腔室5里的衬底托盘51上，反应腔室5的加热模块52可保持氧化镓最佳生长温度不变，排气口53使用抽气泵抽出多余气体。此过程持续T1分钟。同时打开两个雾化源腔的补液入口，使用蠕动泵进行补液。
步骤4、关闭雾化源腔1，并关闭雾化源腔1上的载气与通断件41。
步骤5、将0.05mol/L的乙酰丙酮铝溶液至于雾化源腔2中，雾化片11通电振动对溶液进行雾化，打开雾化源腔2对应的载气与通断件41，以氮气为载气。将雾化颗粒输送至混气腔室4中并最终达到反应腔室5里的衬底托盘51。反应腔室5的加热模块52可保持氧化铝最佳生长温度不变，排气口53使用抽气泵抽出多余气体。此过程持续T2分钟。
步骤6、衬底托盘51可以为附图2所示，衬底托盘51经加热后，托盘上放置的衬底片达到反应温度，且托盘按预设角度与速度进行转动以均匀接触输运来的雾化气体。雾化液滴在衬底上发生化学反应逐渐淀积生成铝镓氧薄膜。
步骤7、关闭雾化源腔2，并关闭雾化源上的载气与通断件41。
步骤8、按上述过程进行反复操作，直到外延薄膜达到要求。
实施例三
本实施例在实施例一的基础上，提供一种多雾化源Mist-CVD设备用于半导体氧化物薄膜生长的方法，该方法以制备掺杂锡元素的氧化镓薄膜为例进行说明，其是分时雾化输运，该方法的步骤如下：
步骤1、使用纯度＞99.99％的乙酰丙酮镓作为前驱体原料，配置浓度为0.05mol/L的水溶液。使用纯度＞99.99％的乙酰丙酮铝作为前驱体原料，配置浓度为0.05mol/L的水溶液。
步骤2、打开循环设备开始冷却充满冷却液的夹层6，由于管路内部温度较低，雾化颗粒被液滴包裹输送的距离增加，避免了预反应的发生。
步骤3、将0.05mol/L的乙酰丙酮镓溶液置于雾化源腔1中，将0.05mol/L的乙酰丙酮铝溶液至于雾化源腔2中启动雾化，同时打开两个雾化源上的载气与通断件41，将雾化气体输送至混气腔室4中，在混气腔载气入口通入氧气作为载气对气体进行混合与稀释后最终到达反应腔室5里的衬底托盘51。反应腔室5的加热模块52可保持氧化镓最佳生长温度不变，排气口53使用抽气泵抽出多余气体。同时打开雾化源腔1和雾化源腔2的补液入口，使用蠕动泵进行补液。
步骤4、过程持续T3分钟后关闭雾化源腔2，关闭雾化源腔2上的阀门与载气入口，并在间隔T4分钟后再次打开。
步骤5、衬底托盘51可以为附图2所示，衬底托盘51经加热后，衬底托盘51上放置的衬底片达到反应温度，且衬底托盘51按预设角度与速度进行转动以均匀接触输运来的雾化气体。雾化液滴在衬底上发生化学反应逐渐淀积生成铝镓氧薄膜。
步骤6、按上述过程进行反复操作，直到外延薄膜达到要求。
实施例四
本实施例在实施例一的基础上，提供一种多雾化源Mist-CVD设备用于半导体氧化物薄膜生长的方法，该方法以制备掺杂锡元素的氧化镓薄膜为例进行说明，其使用液体源，该方法的步骤如下：
步骤1、使用纯度＞99.99％的乙酰丙酮镓作为前驱体原料，配置浓度为0.05mol/L的水溶液。使用纯度＞99.99％的氧化亚锡与双氧水、盐酸混合制备低浓度的氯化锡水溶液。
步骤2、将0.05mol/L的乙酰丙酮镓溶液置于雾化腔室1中，将氯化锡水溶液置于雾化腔室2中。打开循环设备开始冷却充满冷却液的夹层6，由于管路内部温度较低，雾化颗粒被液滴包裹输送的距离增加，避免了预反应的发生。
步骤3、打开雾化腔室1、雾化腔室2，两个雾化源腔对溶液进行雾化，并在雾化腔室1、雾化腔室2的第一载气入口中通入氮气作为载气，打开两个第一管路对应的通断件41进入混气腔室4进行气体混合。同时打开两个雾化腔室1、雾化腔室2的补液入口，使用蠕动泵进行补液。
步骤4、打开混气腔室4上的第二载气入口42，通入氧气进行气体的混合与进一步输运。
步骤5、气体输运至后部的反应腔室5进行氧化镓半导体薄膜的生长。
实施例五
本实施例在实施例一的基础上，提供一种多雾化源Mist-CVD设备用于半导体氧化物薄膜生长的方法，该方法以制备掺杂锡元素的氧化镓薄膜为例进行说明，其使用气体源，该方法的步骤如下：
步骤1、使用纯度＞99.99％的三甲基镓作为前驱体原料。使用纯度＞99.99％的氧化亚锡与双氧水、盐酸混合制备低浓度的氯化锡水溶液。
步骤2、直接将三甲基镓水浴加热为气态后通过雾化腔室3的第一载气入口通入，将氧化亚锡的水溶液置于雾化腔室1中。
步骤3、雾化腔室1中的雾化片11通电振动对溶液进行雾化，并在雾化腔室1的第一载气入口中通入氮气作为载气。同时打开雾化腔室1的补液入口13，使用蠕动泵进行补液。打开循环设备开始冷却充满冷却液的夹层6，由于管路内部温度较低，雾化颗粒被液滴包裹输送的距离增加，避免了预反应的发生。
步骤4、打开雾化腔室1、雾化腔室3两个第一管路对应的通断件41进入混气腔室4进行气体混合。
步骤5、打开混气腔室4上的第二载气入口42，通入氧气进行气体的混合与进一步输运。
步骤6、气体输运至后部的反应腔室5进行氧化镓半导体薄膜的生长。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特征数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，所述多雾化源Mist-CVD设备包括：
多个雾化腔室，每个所述雾化腔室设置有用于进行雾化或者承载第一气体的雾化源空腔；
每个所述雾化腔室上均设置有连通所述雾化源空腔的第一载气入口，所述第一载气入口用于通入第一气体或者第二气体；
混气腔室，所有所述雾化腔室均可独立通断的连接至所述混气腔室，所述混气腔室设置有用于使雾化气体混合均匀的混气空腔；
反应腔室，所述混气腔室连通所述反应腔室，所述反应腔室设置有接收所述雾化气体、以用于反应生长的反应空腔。
2.根据权利要求1所述的具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，还包括多个雾化片，每个所述雾化腔室的雾化源空腔内对应设置一个或多个所述雾化片。
3.根据权利要求1所述的具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，还包括多个第一管路和多个通断件，每个所述雾化腔室通过一所述第一管路与所述混气腔室连通，每个所述第一管路上设置一所述通断件，所述通断件用于控制所述第一管路的通断。
4.根据权利要求3所述的具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，所述通断件包括电磁阀。
5.根据权利要求1所述的具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，所述混气腔室上设置有连通所述混气空腔的第二载气入口，所述第二载气入口用于通入第三气体。
6.根据权利要求1所述的具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，每个所述雾化腔室上均设置有连通所述雾化源空腔的补液口，通过所述补液口连接补液装置。
7.根据权利要求1所述的具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，所述反应腔室的反应空腔内设置有可转动的衬底托盘和功率可调的加热模块，且所述反应腔室设置有用于排气的排气口。
8.根据权利要求1所述的具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，在所述第一管路、连通所述混气腔室和所述反应腔室的第二管路以及所述混气腔室、所述反应腔室的外壁均设置有冷却结构。
9.根据权利要求1所述具有多雾化源的Mist-CVD设备具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，所述雾化腔室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体，所有所述雾化腔室的排列方式包括环形排列、扇形排列或者星形排列，所述混气腔室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体。
10.根据权利要求1所述的具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备，其特征在于，所述雾化腔室、所述混气腔室和所述反应腔室的材料包括耐腐蚀钢、石英或者玻璃。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5183510A (en) * 1988-11-30 1993-02-02 Fujitsu Limited Apparatus and process for chemical vapor deposition
US20050147749A1 (en) * 2004-01-05 2005-07-07 Msp Corporation High-performance vaporizer for liquid-precursor and multi-liquid-precursor vaporization in semiconductor thin film deposition
US20120121807A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-17 Industrial Technology Research Institute Film deposition system and method and gas supplying apparatus being used therein
CN103205733A (zh) * 2013-04-27 2013-07-17 南昌黄绿照明有限公司 一种多混气室垂直气流型mocvd喷头装置
CN109056066A (zh) * 2018-09-05 2018-12-21 南京大学 一种超声辅助雾相输运化学气相沉积生长氧化镓的系统
CN109440083A (zh) * 2018-12-25 2019-03-08 重庆理工大学 雾化辅助cvd薄膜沉积方法
CN113106427A (zh) * 2021-03-12 2021-07-13 江苏师范大学 一种通过电场控制α-Ga2O3沉积速度的装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5183510A (en) * 1988-11-30 1993-02-02 Fujitsu Limited Apparatus and process for chemical vapor deposition
US20050147749A1 (en) * 2004-01-05 2005-07-07 Msp Corporation High-performance vaporizer for liquid-precursor and multi-liquid-precursor vaporization in semiconductor thin film deposition
US20120121807A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-17 Industrial Technology Research Institute Film deposition system and method and gas supplying apparatus being used therein
CN103205733A (zh) * 2013-04-27 2013-07-17 南昌黄绿照明有限公司 一种多混气室垂直气流型mocvd喷头装置
CN109056066A (zh) * 2018-09-05 2018-12-21 南京大学 一种超声辅助雾相输运化学气相沉积生长氧化镓的系统
CN109440083A (zh) * 2018-12-25 2019-03-08 重庆理工大学 雾化辅助cvd薄膜沉积方法
CN113106427A (zh) * 2021-03-12 2021-07-13 江苏师范大学 一种通过电场控制α-Ga2O3沉积速度的装置及方法

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