CN2294269Y - 气垫式衬底旋转装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种金属有机化合物气相沉积技术生长腔气垫式衬底旋转装置。在半圆柱状的基座上配置气垫,气垫和旋片之间用转轴支撑,在旋片上置放衬底。气垫上设置喷气口和涡流状导气槽,旋转驱动气流由基座后面的进气口注入,进入气垫底部后经喷气口和导气槽,沿导气槽的气流带动旋片水平平稳的旋转。其转为精密可调,对改善外延形貌和组分均匀性有明显效果。

Description

气垫式衬底旋转装置

本实用新型属于晶体生长领域。涉及自气化合物的单晶薄膜生长，特别一种金属有机化合物气相沉积技术(MOCVD)生长腔气垫式衬底旋转装置。

金属有机化合物气相沉积技术是在室温下将金属有机化合物等源物质用载气输运至反应室内，并在反应室中被加热的衬底上发生化学反应，从而在衬底上进行化学外延的过程。反应室，一般也叫生长腔，包括源物质混合、导流管、加热体、衬底等。其加热部分有电阻炉加热，红外加热和高频感应加热等方式。衬底一般安置于石墨材料的加热体上。由于气流流动与温场差异在长成的晶体表面易形成不均匀的性能与形貌分布。晶体表面的生长结构也不够细腻。因此生长过程中使衬底不断旋转，是克服上述问题的重要措施。

本实用新型的目的在于提供一种其转速可调可控的MOCVD生长腔气垫式衬底旋转装置。

本实用新型的目的通过如下技术方案达到：

便于用高频感应加热衬底，旋转装置用石墨材料加工而成，在呈半圆柱状的基座上配置气垫，气垫和旋片之间用转轴支撑，在旋片上放置衬底。气垫上设置喷气口和涡流状导气槽，致旋气流由基座后面的进气口注入，进入气垫底部后由喷气口并顺导气槽喷出，涡流状气流带动旋片旋转，然后形成向下运动的气流，通过基座上的二道气口排出。

本实用新型附图说明如下：

图1为本气垫式衬底旋转装置结构剖视图。

图2为本气垫式衬底旋转装置基座俯视图。

图3为本气垫式衬底旋转装置基座左视图。

图4为本气垫式衬底旋转装置气垫剖视图。

图5为本气垫式衬底旋转装置气垫俯视图。

图6为本气垫式衬底旋转装置旋片剖视图。

图7为本气垫式衬底旋转装置旋片仰视图。

图8为本气垫式衬底旋转装置使用状态示意图。

图9为本气垫式衬底旋转装置在温度430℃时转速与驱动气体流量关系曲线图。

图10为本气垫式衬底旋转装置负重与转速关系曲线图。

图11为本气垫式衬底旋转装置在一定驱动气体流量下温度与转速关系曲线图。

图12为试用本气垫式衬底旋转装置后生长的碲镉汞(HgCdTe)晶片上，在不同位置测量的透射光谱曲线图。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型气垫式衬底旋转装置主要由基座1，气垫2，转轴3，旋片4及有关进气口、排气口组成，整个装置用石墨材料加工而成。所说的基座接近卧式半圆柱状，平面向上，其半圆圆度配合生长腔腔壁尺寸，在基座近中间底部开有阴螺纹105，使配置调节螺钉5及气垫2，基座平面一侧与螺钉105同轴，设置带台阶106的圆腔104，圆腔104使气垫2经螺纹配旋后埋入，台阶106供搁置旋片4。在基座一端面至圆腔104间分别开通二道基座排气口102，在排气口102的下部，由基座端面至螺纹105开通有一道基座进气口101，平面部位的槽103供放置温度计用。

所说的气垫2近蘑菇状，其上面平台中心置轴套202，近中心对称布置三个喷气口201，每一喷气口与一涡旋状导气槽205连通。气垫下部柱体外侧有螺纹与基座螺纹105配旋。柱体内腔203和半圆孔204都与基座进气口101相通。

所说的旋片4是圆片状，其上圆面具本有突环形边缘，供放置衬底。其下圆面设置有多条射状气流槽402，中心部位设置有轴套401，轴套401与气垫片上的轴套202间供安装转轴3，以支撑旋片4的旋轴。

本实用新型能带动衬底在常压下自由无振动的快速旋转。向上的泄出旋片4的气流会影响生长界面的层流分布，通过结构设计与制作，其气流已难以觉察到，确保外延薄膜的均匀性。本实用新型设计人探讨了旋片转速与旋转驱动气体流量的关系，负重与转速的关系以及温度对转速的影响，分别在图9、图10和图11中示出。转速与流量之间有着确定的对应关系，其中有一段很好的线性区域。工艺上通过调整流量可以方便地的控制转速。经试用，所生长的外延层，消除了原来由气流流动在表面分布形成的形貌，外延薄膜表面的生长结构更为细腻和平滑。同时，外延膜的组分均匀性有明显改，请参阅图12，它是使用本装置后生长的HgCdTe外延片的不同位置所测量的红外透过光谱曲线。曲线明显重叠，表明了组分的均匀一致；透射曲线的陡峭特性，表现了良好的晶体结构与横纵向的组分均匀性；很高的透过率，表明了外延膜及表面、界面的特性极佳。

参阅图8，使用时，本气垫式衬底旋转装置置于生长腔12底部，其前部置放汞源9，基座进气口101与生长腔12进气管8相连通，衬底6置于旋片4上，测量温度的热电偶温度计7置于槽103中，在气垫式衬底旋转装置的顶部置有石英盖板11，以控制源物质10输运至生长腔12内，并在生长腔12中在被加热旋转的衬底上发生化学反应，在衬底上进行化学外延。

本实用新型具有如下有益效果：

1.在高温常压工作状态下，后注入气垫式旋转，旋片置于气垫上后能精密水平定位旋转。

2.气体外流已抑制到难以觉察，不影响生长界面的层流分布。

3.对改善外延膜表面形貌的组分均匀性有显著效果。

4.旋转气流从石墨舟后面进入，具有固定的气体入口。

5.该装置能在常压下实现可控旋转。

Claims (1)

1.一种气垫式衬底旋转装置，包括基座、气垫、转轴、旋片及有关进排气口，其特征在于：

a.整个装置用石墨材料加工而成；

b.所说的基座(1)近卧式半圆柱状，近中间底部开有螺纹(105)，用以配旋调节螺钉(5)与气垫(2)；在基座平面一侧与螺纹(105)同轴设置带台阶圆腔(104)，供气垫2经螺纹(105)配旋后埋入，台阶(106)供搁置旋片(4)，在基座一端面与台阶(104)间分别开有二道基座排气口(102)，在排气口(102)的下部，由基座端面至螺纹(105)开通有一道基座进气口(101)；

c.所说的气垫(2)，近蘑菇状，其上面平台中心设置轴套(202)，近中心均匀分布三个喷气口(201)，每一喷气口再连接一个涡旋状的导气槽(205)；下部柱体外侧有螺纹与基座配旋，柱体内腔(203)与三个喷口(201)贯通，在柱体底端一侧置有一半圆孔(204)，柱体内腔(203)和半圆孔(204)与基座进气口(101)相通；

d.所说的旋片(4)呈圆片状，其上圆面具有凸环形边缘，供置放衬底，其下圆面设置有多条辐射状气流槽(402)，中心设置有轴套(401)，轴套(401)于气垫的轴套(202)间安装转轴(3)。

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