CN215163304U - 分子束外延生长装置用的基片支架和衬底托盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型是针对采用现有基片生长架进行分子束外延生长时衬底在半径方向上受热和源炉束流不均匀的不足提供一种分子束外延生长装置用的基片支架和衬底托盘，衬底托盘的盘本体上设置有主动齿轮和至少一个被动齿轮，主动齿轮带动被动齿轮转动，分子束外延生长装置用的基片支架，包括上述衬底托盘，筒形的内磁转子一及杆形的内磁转子二，衬底托盘位于内磁转子一下方与内磁转子一相对设置，采用本实用新型的衬底托盘，衬底受热均匀性好，原子束流的分布均匀性好。采用本实用新型的基片支架，可有效解决MBE设备中真空状态下驱动被动齿轮的动力问题，结构简单，转动平稳。

Description

分子束外延生长装置用的基片支架和衬底托盘

技术领域

本实用新型涉及分子束外延生产用的设备，特别涉及分子束外延生长装置用的基片支架。

背景技术

如图1现有技术的MBE生长设备中，基片支架包括内磁转子一1、衬底托盘3，衬底托盘3通过拉杆2连接在一起，在衬底托盘上设置放置衬底用的通孔21，通孔以衬底托盘的圆心为中心分布有多个，在通孔上同轴设置沉孔13，衬底由沉孔的台阶支撑，在内磁转子一1和衬底托盘3间设置加热盘4，加热盘为加热盘，通过拉杆与连接筒连接呈一体与MBE的架体连接。工作时，衬底放在衬底托盘3的沉孔上，通过内磁转子一1和衬底托盘3之间的加热盘4加热让衬底温度升高并稳定在预设值，为使加热和外延生长均匀，整个样品架旋转，旋转过程由外磁转子带动内磁转子一1转动、内磁转子一1通过拉杆2带动衬底托盘3转动。在MBE生长中温度的均匀性和源炉束流的均匀性决定了生长样品的均匀性，加热不均匀，以及源炉束流不均匀会导致生长的样品不均匀、生长出的膜的均匀性差，质量差。采用现有技术结构的基片支架在上述过程中由于衬底托盘3上的衬底会随着衬底托盘一起转动，外延生长时衬底受热的均匀性及源束流的均匀性以以衬底托盘半径呈中心对称分布，使外延生长均匀性也以半径呈中心对称分布，样品在半径的不同位置均匀性不良，使整体生长均匀性差。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对采用现有基片生长架进行分子束外延生长时衬底在半径方向上受热和源炉束流不均匀的不足提供一种分子束外延生长装置用的基片支架和衬底托盘。

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的：

衬底托盘，在衬底托盘的盘本体上设置有主动齿轮和至少一个被动齿轮，主动齿轮带动被动齿轮转动；

主动齿轮位于盘本体的中心，主动齿轮的齿轮轴与盘本体的轴线同轴设置，各被动齿轮均与主动齿轮啮合；

被动齿轮具有齿轮孔一，在盘本体上与齿轮孔一相对的位置设置有通孔一，盘本体的表面上与通孔一同轴设置沉孔，被动齿轮全部或部分位于所述沉孔内，被动齿轮的回转中心线、通孔一的孔中心线及齿轮孔一的孔中心线同轴；

被动齿轮和主动齿轮的上表面位于同一平面或主动齿轮的上表面低于被动齿轮的上表面。

分子束外延生长装置用的基片支架，包括上述衬底托盘，筒形的内磁转子一及杆形的内磁转子二，衬底托盘位于内磁转子一下方与内磁转子一相对设置，衬底托盘通过多个拉杆与内磁转子一固定连接，杆形的内磁转子二被套在内磁转子一内与内磁转子一的轴线同向设置，内磁转子二的下端与主动齿轮同轴连接；

衬底托盘、主动齿轮、内磁转子一和内磁转子二同轴设置；

拉杆的下端为内弯折的钩形，衬底托盘位于钩上，由钩支撑；

在衬底托盘与内磁转子一间设置有加热盘，连接筒套设在内磁转子一内，加热盘通过拉杆与连接筒固定连接。

采用本实用新型的衬底托盘，在衬底托盘的盘本体上设置有被动齿轮和主动齿轮，主动齿轮带动被动齿轮转动，使由被动齿轮承托的衬底能够转动，因此，衬底各部分可以受热均匀，也可以比较均匀地接受原子束流，衬底托盘也可以通过驱动装置驱动转动，因此，位于衬底托盘上的衬底既可以自转，也可以公转，各衬底的位置可相互转换，每个衬底的位置可以自行转换，在衬底各部位接受的原子的数量比较均匀，因此，衬底受热均匀性好，原子束流的分布均匀性好。

以低温生长GaSb衬底为例，采用现有技术的衬底托盘生长的GaSb衬底，内外束流比例的均匀性差别达到4%，在GaSb上生长InAsSb时内外圈外延层失配差别有1000ppm左右，采用本实用新型结构的衬底托盘，基本上消除了内外束流比例均匀性。在GaSb上生长InAsSb时内外圈外延层失配差缩小到200ppm之内。在生长InAsSb数字合金时，现有技术中不同部位厚度均匀性差别为1.6%，本实用新型的差别为0.3%。

采用本实用新型的基片支架，衬底托盘由内磁转子二带动转动，内磁转子二位于连接筒内与连接筒同轴，因此，可有效解决MBE设备中真空状态下驱动被动齿轮的动力问题，结构简单，转动平稳。

附图说明

图1是现有技术基片支架实施例结构示意图；

图2为现有技术衬底托盘实施例结构示意图；

图3是本实用新型基片支架实施例结构示意图；

图4为本实用新型衬底托盘实施例结构示意图；

图5本实用新型基片支架实施例结构示意图，在图中示出了外磁转子二及外磁转子一与连接筒的连接位置。

附图标记说明

1-内磁转子一； 2-拉杆； 3-衬底托盘；4-加热盘

5-内磁转子二；6-被动齿轮； 7-主动齿轮；8-连接筒；9-拉杆；10-钩 11-盘本体12-通孔一 13-沉孔 14-齿轮孔一 15-环状轴

16-齿轮一 17-齿轮二18- 支撑套

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型的方法和系统作进一步说明。

本实用新型的基片支架是在现有技术的基片支架上做出的改进。

如图2-4所示，基片支架包括圆形的衬底托盘3、筒形的内磁转子一1，衬底托盘采用钼块材料，衬底托盘设置在筒形的内磁转子一1的下方，拉杆2的一端连接衬底托盘，另一端连接内磁转子一，衬底托盘通过拉杆2连接在内磁转子一的下方，内磁转子一与衬底托盘间具有一定的距离，内磁转子一和衬底托盘最好同轴设置，拉杆均匀地设置。在衬底托盘的上方设置加热盘4，加热盘通过拉杆9与位于内磁转子一内的连接筒8连接，加热盘4位于衬底托盘3的上方、内磁转子一1的下方，连接筒8套设在内磁转子一1的环形壁内，二者最好同轴连接。在衬底托盘上设置主动齿轮7和被动齿轮6，主动齿轮驱动被动齿轮转动。

主动齿轮和被动齿轮的设置方式有多种。比如，可以设置一主动齿轮、一被动齿轮，由主动齿轮与驱动装置连接，被动齿轮与主动齿轮啮合。还可设置两主动齿轮和两个被动齿轮，主动齿轮分别与一被动齿轮啮合。或者更多的主动齿轮与相同数量或不相同数量的被动齿轮，比如三个主动齿轮与四个主动齿轮相配合，三个主动齿轮分别与一被动齿轮啮合，另一被动齿轮和其中一个与主动齿轮啮合的被动齿轮啮合。为减少驱动装置的数量，最好设置一主动齿轮和多个被动齿轮，由主动齿轮同时和多个被动齿轮啮合，或者主动齿轮和部分被动齿轮啮合，而另一部分被动齿轮与和主动齿轮啮合的被动齿轮相啮合或者各齿轮依次啮合。总之，在主动齿轮的驱动下，使各被动齿轮转动即可。最好的一种结构是主动齿轮作为中心齿轮与多个被动齿轮同时啮合传动连接，各被动齿轮环绕主动齿轮设置，采用此种结构，主动齿轮位于衬底托盘的中心位置，使衬底托盘运行比较平稳。本实用新型中，齿轮与衬底托盘的连接结构可采用齿轮轴转动连接，还可将被动齿轮设置在沉孔13内，被动齿轮与沉孔内壁转动连接。

本实用新型中，优选采用如下结构，在衬底托盘的圆心处设置中心孔，在中心孔内设置主动齿轮7，主动齿轮与衬底托盘转动连接，主动齿轮与内磁转子二的下端连接，衬底托盘上设置多个通孔一12，各通孔一12以衬底托盘的圆心为中心分布，每个通孔一12上同轴设置沉孔13，各沉孔分别与中心孔相交，在相交处形成通道，在各沉孔内分别设置被动齿轮6，被动齿轮6设置在沉孔13的台阶面上由台阶面支撑，每个沉孔的台阶面可以承托被动齿轮6，每个被动齿轮6与主动齿轮7啮合，由主动齿轮同时带动各被动齿轮转动，被动齿轮的外径与沉孔的内径间滑动配合连接，防止被动齿轮在沉孔内窜动，使被动齿轮在沉孔内平稳地转动，或者，在通孔一上设置同轴的环状轴15，被动齿轮6通过其齿轮孔套在环状轴15上，被动齿轮的齿轮孔与环状轴转动连接，环状轴的高度低于被动齿轮上表面的高度，防止环状轴与齿轮承载的衬底发生干涉。为了被动齿轮在沉孔内平稳地转动，沉孔的深度最好大于被动齿轮厚度的三分之二，内磁转子二5呈杆状，在加热盘上设置通过孔，内磁转子二的上端穿过通过孔到连接筒内可以伸出到连接筒外，也可以在连接筒内，连接筒的高度最好高出内磁转子一的高度便于与机架连接。当然，也可在与被动齿轮相对的位置仅设置沉孔13，被动齿轮设置在沉孔13内与沉孔13转动连接。

工作时，内磁转子二在外磁转子二的驱动下转动并带动主动齿轮转动，主动齿轮驱动与其啮合的被动齿轮转动，使各被动齿轮6自转，内磁转子一在外磁转子一的驱动下转动，从而带动衬底托盘转动，由于内磁转子一与衬底托盘间为同轴设置，因此，衬底托盘与内磁转子二同轴转动，则衬底托盘发生转动时带动各被动齿轮以衬底托盘的圆心为中心转动、各被动齿轮又以各自的中心自转，采用上述结构具有如下好处，1、样品可以独立于衬底托盘自己转动，能很好的提高衬底自身各部位受热的均匀性和接收束流的均匀性的均匀性，2、样品除公转以外有自转，能有效提高样品生长中不同位置的样品之间的均匀性；3、样品齿轮可以多个，样品齿轮内可以放多个或者单个大小不同的样品。优选地，带磁的齿轮一16做为外磁转子一，外磁转子一旋转设置在连接筒外设置的支撑套18外，支撑套18位于内磁转子一外，带磁的齿轮二17做为外磁转子二，外磁转子二转动地设置在连接筒的高出内磁转子一的部分外，齿轮一和齿轮二通过各自啮合的齿轮与各自的驱动电机连接。

拉杆最好采用刚性杆，这样可保证内磁转子一与衬底托盘同步转动。

最好拉杆2的上端与内磁转子一1固定连接，下端呈内弯折的钩状，各拉杆的钩在同一平面上，衬底托盘设置在钩10上，拉杆竖直设置，衬底托盘的外圆周与拉杆的内侧相切或存在间隙。

本实用新型结构的衬底托盘还可用于需要提高薄膜质量的蒸镀或者外延设备，比如电子束蒸发、热阻蒸发、磁控溅射等装置。

Claims (5)

1.衬底托盘，其特征在于，在所述衬底托盘的盘本体（11）上设置有主动齿轮（7）和至少一个被动齿轮（6），主动齿轮带动被动齿轮转动，所述主动齿轮位于盘本体的中心，主动齿轮的齿轮轴与盘本体的轴线同轴设置，各被动齿轮均与主动齿轮啮合，所述被动齿轮具有齿轮孔一，在盘本体上与齿轮孔一（14）相对的位置设置有通孔一（12），盘本体的表面上与通孔一同轴设置沉孔（13），被动齿轮全部或部分位于所述沉孔内，被动齿轮的回转中心线、通孔一的孔中心线及齿轮孔一的孔中心线同轴，所述被动齿轮和主动齿轮的上表面位于同一平面或主动齿轮的上表面低于被动齿轮的上表面。

2.分子束外延生长装置用的基片支架，其特征在于，包括权利要求1所述的衬底托盘，筒形的内磁转子一及杆形的内磁转子二，衬底托盘位于内磁转子一下方与内磁转子一相对设置，衬底托盘通过多个拉杆与内磁转子一固定连接，杆形的内磁转子二被套在内磁转子一内与内磁转子一的轴线同向设置，内磁转子二的下端与主动齿轮同轴连接。

3.如权利要求2所述的分子束外延生长装置用的基片支架，其特征在于，衬底盘、主动齿轮、内磁转子一和内磁转子二同轴设置。

4.如权利要求2所述的分子束外延生长装置用的基片支架，其特征在于，拉杆的下端为内弯折的钩形，衬底盘位于钩（10）上，由钩支撑。

5.如权利要求2所述的分子束外延生长装置用的基片支架，其特征在于，在衬底盘与内磁转子一间设置有加热盘，连接筒套设在内磁转子一内，加热盘通过拉杆（9）与连接筒固定连接。

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