IT9067289A1 - Effusore di vapori per impianti di deposizione epitassiale. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"EFFUSORE DI VAPORI PER IMPIANTI Di DEPOSIZIONE EPITASSIALE"

Riassunto

Un effusore per impianti di deposizione epitassiale in cui fasci molecolari di vapori sono inviati verso un substrato da accrescere in un ambiente a ultra alto vuoto, il quale comprende un primo tubo, che è chiuso ermeticamente ad una estremità mediante flange che consentono il passaggio di tubi di adduzione dei vapori ed è fornito all'altra estremità di setti e di un ugello per la miscelazione dei vapori e la sagomatura del fascio molecolare. Un secondo tubo fissato coassialmente al primo tubo permette di ottenere una intercapedine a pressione e temperatura ambiente nella zona di miscelazione dei vapori e sagomatura del fascio molecolare, in cui possono essere posti mezzi riscaldanti.

Testo della descrizione

La presente invenzione riguarda le apparecchiature per la preparazione di cristalli per la produzione di dispositivi elettronici od optoelettronici a semiconduttore ed in particolare si riferisce ad un effusore di vapori per impianti di deposizione epitassiale.

E noto che la fabbricazione di dispositivi elettronici ed optoelettronici, in, particolare quelli di tipo avanzato realizzati con materiali appartenenti al III e al V gruppo della tavoia periodica degli elementi, richiede la deposizione di sequenze di Strati monocristallini differenti su un substrato di partenza, in modo da ottenere delle opportune sequenze di materiali semiconduttori. Questa deposizione, che precede la fabbricazione vera e propria dei singoli dispositivi o dei circuiti, deve essere di tipo epitassiale, cioè una deposizione che mantiene le caratteristiche strutturali del cristallo di partenza, e può essere effettuata utilizzando diversi procedimenti. Fra questi, sono noti quelli che fanno uso di crescita epitassiale da fase liquida (LPE), da fase vapore (VPE) o da fascio molecolare (MESE).

Secondo quest'ultimo procedimento, i materiali da depositare vengono evaporati separatamente in un ambiente in cui è stato praticato un vuoto ultra-alto e quindi sono inviati verso il materiale da accrescere sotto forma di un fascio più o meno collimato. In una variante di questo procedimento, vengono utilizzati, quale sorgente, vapori di metal-alchili del III gruppo, detti anche metallorganici, i quali a temperatura ambiente presentano una bassa tensione di vapore, anziché i metalli solidi dello stesso gruppo, in particolare Ga, In, Al. In questo modo la parte dell'impianto relativa alla sorgente dei vapori può essere posta al di fuori dell'area in cui è praticato il vuoto ultra-alto, che quindi non deve essere ristabilito ogni volta che i materiali da evaporare devono essere maneggiati. Inoltre, nella zona sotto vuoto non sono presenti fornaci a temperatura elevata per l'evaporazione dei metalli solidi, le quali sono sempre causa di notevoli complicazioni nella costruzione dell'impianto se si vogliono evitare possibili contaminazioni dei materiali. Infine, le sorgenti allo stato di vapore possono essere introdotte nell'impianto sotto vuoto mediante un unico effusore, in cui essi vengono miscelati ed inviati verso il substrato da accrescere, anziché ricorrere ad un effusore con relativa fornace per ogni elemento.

. Gli effusori normalmente utilizzati, come quelli illustrati a pag. 96 del libro dal titolo "Molecular Beam Epitaxy", scritto da M. A. Herman e H. Sitter, Springer-Verlag, edito da Morton B. Panish, sono realizzati usando tubi di adduzione passanti attraverso una flangia da vuoto. L’estremità esterna dei tubi è fornita di dispositivi di connessione alle linee dei vapori, mentre l'estremità interna termina in una zona di miscelazione dei vapori uscenti. Questa è provvista di alcuni setti atti a rompere i flussi uscenti dai tubi di adduzione per migliorare la miscelazione dei vapori, di un ugello di uscita per sagomare opportunamente il fascio diretto verso il substrato da accrescere e di un sistema riscaldante che mantiene una temperatura controllata tramite termocoppia elettrica. La necessità di mantenere nell'effusore una temperatura controllata, quando l'ambiente circostante è alla temperatura dell’azoto liquido, deriva dal fatto che si deve evitare la condensazione dei vapori sulle pareti, con conseguenti alterazioni delle intensità dei flussi, senza però raggiungere temperature troppo elevate che potrebbero causare la decomposizione dei vapori. Normalmente sono richieste temperature comprese fra la temperatura ambiente e 50 °C.

Questo tipo di effusori è di costruzione piuttosto complicata, in quanto richiede passanti elettrici da vuoto per i mezzi di riscaldamento e di controllo della temperatura, realmente non giustificati dalle modeste temperature a cui deve essere mantenuto l'ambiente interno all'effusore.

Ovvia a questi inconvenienti l'effusore di vapori per impianti di deposizione epitassiale, oggetto della presente invenzione, il quale permette un agevole controllo della temperatura nella zona di miscelazione dei vapori senza necessità di porre gli elementi riscaldanti e di controllo della temperatura nell'ambiente a vuoto ultra alto..

' Ε' particolare oggetto della presente invenzione un effusore per impianti di deposizione epitassiale in cui un fascio molecolare di vapori è inviato verso un substrato da accrescere in ambiente a vuoto ultra aito, il quale comprende un primo tubo, chiuso ermeticamente ad una estremità mediante mezzi per il passaggio di tubi di adduzione dei vapori e fornito all'altra estremità di setti e di un ugello per la miscelazione dei vapori e la sagomatura del fascio molecolare, e in cui un secondo tubo, di diametro maggiore al primo tubo e fornito di una flangia da vuoto, è fissato coassialmente al primo tubo attraverso una rondella, saldala in modo da ottenere una intercapedine a pressione e temperatura ambiente fra la superficie laterale esterna del primo tubo e la superficie laterale interna del secondo tubo nella zona di miscelazione dei vapori e sagomatura dei fascio molecolare.

Queste ed altre caratteristiche della presente invenzione saranno meglio chiarite dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione della stessa, data a titolo di esempio non limitativo, e dal disegno annesso In cui è rappresentato l'effusore in sezione longitudinale.

L'effusore di vapori comprende due tubi di lunghezze e diametri diversi TP e TG, saldati ad una estremità ad una rondella RO, in modo da essere mantenuti in posizione coassiale, e forniti di due flange da vuoto FP e FG alle altre estremità.

Internamente ai tubo più piccolo TP possono essere introdotti alcuni tubi di adduzione dei vapori. Questi tubi, indicati con TA1 , TA2 e TA3, sono in numero adeguato al numero di vapori da introdurre, per esempio 4 o più, e sono saldati in modo ermetico ad un'altra flangia da vuoto FA, che si adatta perfettamente alla flangia FP del tubo con diametro inferiore TP. Essi presentano una lunghezza tale da permettere loro di penetrare oltre la metà del tubo di diametro inferiore TP, al fine di evitare una prematura miscelazione dei fasci dei diversi vapori. Le estremità dei tubi ,di adduzione, che restano all’esterno dell'impianto, sono fornite di opportune flange FU , FI2, FI3 per il loro collegamento al sistema di erogazione dei vapori.

All'interno del tubo di diametro inferiore TP, nella zona di miscelazione dei vapori uscenti, vi è. il sistema di sagomatura del fascio molecolare. Esso è composto da uno o più setti SR, che interrompono il flusso diretto dei vapori obbligandoli ad un percorso tortuoso, e da un ugello UG, che consente di definire esattamente la conformazione del fascio molecolare in base al rapporto tra il suo diametro e la sua lunghezza. L'intero sistema è semplicemente avvitato al tubo di diametro inferiore TP in modo da poter essere facilmente sostituibile a seconda delle esigenze e della geometria deirimpianto di accrescimento.

Fra la superficie laterale esterna del tubo TP e la superficie laterale interna del tubo TG esiste un'intercapedine in cui vi è aria a pressione e temperatura ambiente, il che è in genere sufficiente ad evitare la condensazione dei vapori all'Interno del tubo TP dell'effusore. In ogni caso è possibile utilizzare una spirale riscaldante RS funzionante per mezzo di una resistenza elettrica o per mezzo di circolazione di un liquido caldo. Poiché questa spirale non si trova nell'ambiente a vuoto ultra alto, può essere di un qualunque tipo facilmente reperibile in commercio. L'entrata e l'uscita della spirale possono avvenire attraverso l'imboccatura del tubo di diametro maggiore TG, che è più corto dell'altro tubo TP.

E' evidente che quanto descritto è stato dato a titolo di esempio non limitativo. Varianti e modifiche sono possibili senza per questo uscire dal campo di protezione delle rivendicazioni.

Claims (2)

1. Rivendicazioni 1 . Effusore per impianti di deposizione epitassiale in cui un fascio molecolare di vapori è inviato verso un substrato da accrescere in ambiente a vuoto ultra alto, il quale comprende un primo tubo {TP), chiuso ermeticamente ad una estremità mediante mezzi {FP, FA) per il passaggio di tubi di adduzione dei vapori (TA1 , TA2, TA3) e fornito all'altra estremità di setti (SR) e di un ugello (UG) per la miscelazione dei vapori e la sagomatura del fascio molecolare, caratterizzato dal fatto che un secondo tubo (TG), di diametro maggiore ai primo tubo {TP) e fornito di una flangia da vuoto {FG), è fissato coassialmente al primo tubo attraverso una rondella (RO), in modo da ottenere una intercapedine a pressione e temperatura ambiente fra la superficie laterale esterna del primo tubo (TP) e la superficie laterale interna del secondo tubo (TG) nella zona di miscelazione dei vapori e sagomatura dei fascio molecolare.
2. 2. Effusore come nella rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che in detta intercapedine sono posti mezzi riscaldanti (RS).