CN203396488U - 应用于mocvd的双波长比色测温及校温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于MOCVD的双波长比色测温及校温装置，包括红外辐射探头盒体，特征是：在红外辐射探头盒体内的上分光片腔和下分光片腔分别斜向放置有二向分光滤光片和蓝宝石片；在上出光孔的上方设有上滤光片和上光电探测器，在左出光孔的右边设有左滤光片和左光电探测器，在右进光孔的右边设有激光器。二向分光滤光片由第一窄带滤光片和第二窄带滤光片构成，其中：第一窄带滤光片的中心波长为940nm，第二窄带滤光片的中心波长为1550nm。本实用新型既能测膜厚又能实时监控MOCVD外延片生长时的表面温度，还能利用标准灯将一台MOCVD的温度标准传递给多台MOCVD，对日后MOCVD的设备国产化降低成本有十分显著的帮助。

Description

应用于MOCVD的双波长比色测温及校温装置

技术领域

本实用新型涉及MOCVD（金属有机化合物化学气相沉积）在线红外监测设备，尤其涉及一种应用于MOCVD的双波长比色测温及校温装置。

背景技术：

LED市场已经迈向大规模产业化的形态，在外延生长过程中，精确的控制外延生长温度非常重要，温度的不一致直接导致了铟含量的不一致，影响了LED波长均匀性。同时对于外延工艺来说，很难使得一台MOCVD的工艺参数能够很好的适用于同一型号的多台MOCVD设备，这在无形之中也增加了很多成本。

现有的国外主流的测温系统使用的还是单波长测温，理论上无法做到测量真实温度，而且价格相对昂贵。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种既方便又可靠的应用于MOCVD的双波长比色测温及校温装置，它既能实时监控MOCVD外延片生长时的表面温度，又能将一台MOCVD的温度标准传递给多台MOCVD。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种应用于MOCVD的双波长比色测温及校温装置，包括“十”字形的红外辐射探头盒体，特征是：在红外辐射探头盒体内的中央设有上下贯通的上分光片腔和下分光片腔，在下分光片腔中斜向放置有与水平正方向呈45度夹角的蓝宝石片，在上分光片腔中斜向放置有与水平正方向呈135度夹角的二向分光滤光片；在红外辐射探头盒体内的上面和左面分别设有与上分光片腔相通的上出光孔和左出光孔，在红外辐射探头盒体内的下面和右面分别设有与下分光片腔相通的下进光孔和右进光孔，上出光孔和下进光孔在竖向的同一直线上，左出光孔和右进光孔均在水平方向上且上下平行，左出光孔、右进光孔均与上出光孔、下进光孔垂直，在红外辐射探头盒体内的上端、上出光孔的上方设有上滤光片和上光电探测器，在红外辐射探头盒体内的左端、左出光孔的右边设有左滤光片和左光电探测器，在红外辐射探头盒体内的右端、右进光孔的右边设有激光器。

二向分光滤光片能让920-1160nm红外辐射的80%都沿竖直方向透射过去到达上滤光片,能让1240-1600nm红外辐射的95%反射至水平方向到达左滤光片.

上滤光片的中心波长为940nm，带宽10nm，左滤光片的中心波长为1550nm，带宽10nm。

红外辐射探头盒体的下进光孔与MOCVD反应室的光学窗口的上面的接头通过螺纹连接。

 本实用新型由左光电探测器、左滤光片、二向分光滤光片、上光电探测器和上滤光片共同构成测温装置，由940nm激光器、蓝宝石片、上光电探测器共同构成校温装置。蓝宝石片的反射率7%，透射率93%，大部分红外辐射都可以透过蓝宝石片而不至于过多的损失而影响测温。同时由于激光器的发出的光非常强，经蓝宝石片7%的反射，也不会妨碍反射率的测量。

本实用新型安装在MOCVD的光学窗口上面的接头上，利用光学窗口透过红外辐射和激光。

1、测温：关闭940nm激光器。红外辐射经过光学窗口进入进出光孔，由于下分光片腔中的蓝宝石片的透射率为93%，绝大部分的辐射穿过蓝宝石片继续向上传播进入上分光片腔中。上分光片腔中的二向分光滤光片能将1240-1600nm波长的红外辐射95%反射，再经过左出光孔左端的1550nm的左滤光片，到达左光电探测器，在配套的信号放大电路下，测得1550nm红外辐射信号值。同时二向分光滤光片能让920-1160nm波长的红外辐射80%的透射过去，经过上出光孔到达940nm的上滤光片，到达上光电探测器，在配套的信号放大电路下，测得940nm红外辐射信号值。这样就测出了1550nm和940nm的辐射信号，即可算出对应的温度。

2、测反射率：打开940nm激光器。940nm的激光器发出激光，传至蓝宝石片，蓝宝石片将7%的激光反射至MOCVD反应室内。垂直照射到外延片上，经过反射，经下进光孔传至蓝宝石片，93%的光强穿过蓝宝石片。继续传播至二向分光滤光片。由于二向分光滤光片能让920-1160nm波长的红外辐射80%的透射过去，所以反射的940nm激光可以大多部分的穿过二向分光滤光片，经过940nm的上滤光片进入上光电探测器。在配套的信号放大电路下，上光电探测器即可探测到940nm激光的强度。940nm激光的入射强度已知，可以算出外延片的反射率。利用940nm激光的反射率与940nm红外辐射强度，即可通过单色红外测温法测量到MOCVD反应室内的温度。940nm的激光器是脉冲工作的，即激光器打开时，就测量940nm的反射率，激光器关闭时，就测量1550nm与940nm的红外辐射。

为了让测温更准确，需要测量MOCVD反应室内外延片的反射率，它是不停变化的。利用反射率可用来修正测量单波长940nm和1550nm的温度，测温、测反射率、再测温、再测反射率……一直交替进行的，测温的结果马上要用反射率进行修正。双波长还可以消除光学窗口被灰尘堵塞、反应管形变等影响，而反射率的测量也可以获得外延片生长速率、膜厚、表面粗糙度等外延生长信息。

3、校温：用恒流源给标准灯（940nmLED）供电，经过积分球形成面光源。用标准灯模拟红外辐射，就可以对多台MOCVD传递同一标准。

本实用新型既能测量反射率来测膜厚又能实时监控MOCVD外延片生长时的表面温度，还能利用标准灯将一台MOCVD的温度标准传递给多台MOCVD，对日后MOCVD的设备国产化降低成本有十分显著的帮助。本实用新型具有方式简单、易操作、方便可靠的优点。

附图说明：

图1为本实用新型的剖面图；

图2为本实用新型的双波长红外测温光路图；

图3为本实用新型的干涉法测膜厚光路图；

图4为本实用新型的安装示意图；

图5为标准灯示意图。

具体实施方式：

下面结合实施例并对照附图对本实用新型进行进一步的说明。

一种应用于MOCVD的双波长比色测温及校温装置，包括“十”字形的红外辐射探头盒体1，在红外辐射探头盒体1内的中央设有上下贯通的上分光片腔51和下分光片腔31，在下分光片腔31中斜向放置有与水平正方向呈45度夹角的蓝宝石片3，在上分光片腔51中斜向放置有与水平正方向呈135度夹角的二向分光滤光片5；在红外辐射探头盒体1内的上面和左面分别设有与上分光片腔51相通的上出光孔53和左出光孔52，在红外辐射探头盒体1内的下面和右面分别设有与下分光片31腔相通的下进光孔2和右进光孔32，上出光孔53和下进光孔2在竖向的同一直线上，左出光孔52和右进光孔32均在水平方向上且上下平行，左出光孔52、右进光孔32均与上出光孔53、下进光孔2垂直，在红外辐射探头盒体1内的上端、上出光孔53的上方设有上滤光片8和上光电探测器9，在红外辐射探头盒体1内的左端、左出光孔52的右边设有左滤光片6和左光电探测器7，在红外辐射探头盒体1内的右端、右进光孔32的右边设有激光器4。

在MOCVD反应室18的光学窗口15的上面设有与红外辐射探头盒体1的下进光孔2配套连接的接头16。

本实用新型安装在MOCVD反应室18的光学窗口15上面的接头16上，当MOCVD反应室18内的电炉丝12通电时，热量辐射至石墨盘10，高温的石墨盘10把热量传给外延片11。此时高温的外延片11和石墨盘10（一般在700至1200℃）向外辐射能量。红外辐射穿过喷淋板13上的喷淋孔14，经过混气室17，穿过MOCVD反应室18上的盖板19上面的光学窗口15，进入红外辐射探头盒体1内。

本实用新型还可以在仅测量940nm的红外辐射信号的基础上，通过940nm的激光器4来测量外延片11对应的反射率。具体过程是，940nm的激光器4发出激光，传至蓝宝石片3，蓝宝石片3将7%的激光反射至MOCVD反应室18内（因为激光的光强足够强，仅7%的光强足以测量反射率）。垂直照射到外延片11上，经过反射，经下进光孔2传至蓝宝石片3，93%的光强穿过蓝宝石片3。继续传播至二向分光滤光片5。由于二向分光滤光片5能让920-1160nm波长的红外辐射80%的透射过去，所以反射的940nm激光可以大多部分的穿过二向分光滤光片5，经过940nm的上滤光片8进入上光电探测器9。在配套的信号放大电路下，上光电探测器9即可探测到940nm激光的反射强度（这个过程中也会有940nm的红外辐射进入，但由于红外辐射和激光的强度相比，可以忽略，影响不大）。940nm激光的入射强度已知，可以算出外延片11的反射率。利用940nm激光的反射率与940nm红外辐射强度，即可通过单色红外测温法测量到MOCVD反应室18内的温度。940nm的激光器4是脉冲工作的，即激光器4打开时，就测量940nm的反射率，激光器4关闭时，就测量1550nm与940nm的红外辐射。

外延片11是在衬底上面的沉积薄膜，随着外延片11生长时间延长，沉积的薄膜厚度在增加，我们需要实时监测薄膜的生长厚度。本实用新型可以利用940nm的激光器4来测量反射率。由于薄膜厚度的变化，入射光和反射光的相互干涉，强弱会周期变化，引起反射率的变化。通过反射率的变化即可测量出薄膜厚度的变化，进而反映出外延层的生长速度。

对于一个工厂里的多台MOCVD，由于MOCVD反应室18的喷淋板13上的喷淋孔14、光学窗口15大小的偏差，以及红外辐射探头盒体1在接头16上旋的松紧程度，MOCVD反应室18的微小变形等，都会引起有效探测孔（虽然所有孔的设计是一样的，但有误差，安装时有偏差，没有对准等，使红外辐射真正能进入面积减小了）的差异。然而，此处红外辐射非常弱，其测量结果对有效探测孔的变化非常敏感。因此必须利用标准灯对多台MOCVD进行标准的传递。具体操作就是：在标准灯连接件22的下方，940nm的LED安装板20的上面安装9个940nmLED灯，利用精密恒流源供电。使LED灯的光从标准灯进光孔21进入，经过积分球进光孔23，在积分球26的内部，经过多次来回反射，从积分球出光孔24射出。最后从标准灯出光口25发射出均匀分布的940nm红外光。此时，打开MOCVD反应室18的喷头，让标准灯出光口25对准喷淋板13上的喷淋孔14，探测本实用新型测量940nmLED灯的信号。利用同样的方法测量别的MOCVD。在精密恒流源供电与积分球26的作用下，标准灯出光口25发射出来的LED灯的940nm红外光强是不变的，强度分布也是均匀的。这样测量的940nm红外信号的强弱，就是由于有效探测孔面积的变化引起。可以算出各自的修正系数。这样就可以对所有的MOCVD测温进行修正，进行标准的传递。

Claims (3)

1.一种应用于MOCVD的双波长比色测温及校温装置，包括“十”字形的红外辐射探头盒体，特征是：在红外辐射探头盒体内的中央设有上下贯通的上分光片腔和下分光片腔，在下分光片腔中斜向放置有与水平正方向呈45度夹角的蓝宝石片，在上分光片腔中斜向放置有与水平正方向呈135度夹角的二向分光滤光片；在红外辐射探头盒体内的上面和左面分别设有与上分光片腔相通的上出光孔和左出光孔，在红外辐射探头盒体内的下面和右面分别设有与下分光片腔相通的下进光孔和右进光孔，上出光孔和下进光孔在竖向的同一直线上，左出光孔和右进光孔均在水平方向上且上下平行，左出光孔、右进光孔均与上出光孔、下进光孔垂直，在红外辐射探头盒体内的上端、上出光孔的上方设有上滤光片和上光电探测器，在红外辐射探头盒体内的左端、左出光孔的右边设有左滤光片和左光电探测器，在红外辐射探头盒体内的右端、右进光孔的右边设有激光器。

2.根据权利要求1所述的双波长比色测温及校温装置，其特征在于：二向分光滤光片由第一窄带滤光片和第二窄带滤光片构成，其中：第一窄带滤光片的中心波长为940nm，带宽10nm；第二窄带滤光片的中心波长为1550nm，带宽10nm。

3.根据权利要求1所述的双波长比色测温及校温装置，其特征在于：红外辐射探头盒体的下进光孔与MOCVD反应室的光学窗口的上面的接头通过螺纹连接。

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