JP2671791B2 - Molecular beam source - Google Patents

Molecular beam source

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JP2671791B2
JP2671791B2 JP33415893A JP33415893A JP2671791B2 JP 2671791 B2 JP2671791 B2 JP 2671791B2 JP 33415893 A JP33415893 A JP 33415893A JP 33415893 A JP33415893 A JP 33415893A JP 2671791 B2 JP2671791 B2 JP 2671791B2
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molecular beam
control unit
evaporation hole
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material chamber
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普 岩田
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、分子線結晶成長(MB
E)装置に用いる分子線源の構造に関する。
This invention relates to molecular beam crystal growth (MB).
E) The structure of the molecular beam source used in the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の分子線源として広く用いられてい
るクヌードセンセルでは、分子線強度を制御するのに、
加熱温度を変えていた。この方法によりガリウム(G
a)など3族元素の安定な分子線が得られている。ま
た、分子線強度を制御する方法として、シャッターの開
口面積を変える方法(特開昭61−174194号公
報)や、ルツボの出口にニードル弁を用いる方法が試み
られている。
2. Description of the Related Art In the Knudsen cell widely used as a conventional molecular beam source, in order to control the molecular beam intensity,
I was changing the heating temperature. By this method, gallium (G
Stable molecular beams of Group 3 elements such as a) have been obtained. Further, as a method of controlling the molecular beam intensity, a method of changing the opening area of the shutter (Japanese Patent Laid-Open No. 61-174194) and a method of using a needle valve at the outlet of the crucible have been tried.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱温
度を制御する方法では、ヒ素(As)やセレン(Se)
などの蒸気圧が高く昇華する材料は、温度が安定するの
に1時間程度の長い時間がかかるため、分子線強度を短
時間に変えられないという問題を有していた。シャッタ
ーによる方法では、シャッターに材料が付着してルツボ
内に落下したり、開口部が目詰まりするという問題を有
していた。また、ニードル弁を用いる方法では、弁に金
属を用いなければならず、分子線材料と反応したり、弁
にかかる圧力のために壊れ易いという問題を有してい
た。 本発明の目的は、短時間に分子線強度を制御し、
真空内で壊れにくく安定に動作する分子線源を提供する
ことにある。
However, in the method of controlling the heating temperature, arsenic (As) and selenium (Se) are used.
Materials having a high vapor pressure such as sublimate have a problem that the molecular beam intensity cannot be changed in a short time because it takes a long time of about 1 hour to stabilize the temperature. The method using a shutter has a problem that the material adheres to the shutter and falls into the crucible, or the opening is clogged. Further, in the method using a needle valve, a metal must be used for the valve, which has a problem that it reacts with a molecular beam material and is easily broken due to the pressure applied to the valve. The purpose of the present invention is to control the molecular beam intensity in a short time,
It is to provide a molecular beam source that is stable and does not break easily in a vacuum.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の分子線源は、分
子線材料を保持する材料室と、前記材料室に設けられた
蒸発孔と、前記蒸発孔に隣接する制御部とを有し、前記
制御部を駆動する運動導入器と、前記材料室と蒸発孔と
制御部とを加熱するヒータとを有し、真空外部から前記
運動導入器により前記制御部を駆動し、前記蒸発孔と前
記制御部との重なり面積を変えることにより、分子線の
出射断面積を変え、分子線強度を制御することを特徴と
する。
A molecular beam source according to the present invention has a material chamber for holding a molecular beam material, an evaporation hole provided in the material chamber, and a control section adjacent to the evaporation hole. A motion introducing device for driving the control unit, a heater for heating the material chamber, the evaporation hole, and the control unit, and driving the control unit by the motion introducing device from outside the vacuum, It is characterized in that the emission cross-sectional area of the molecular beam is changed and the molecular beam intensity is controlled by changing the overlapping area with the control unit.

【0005】[0005]

【作用】真空外部から制御部を駆動して分子線の出射断
面積を変えるため、分子線強度を数秒で変えることがで
きる。蒸発孔と制御部がルツボ内にあり加熱されている
ため、分子線材料が付着せず、蒸発孔の目詰まりがおき
ない。蒸発孔と制御部との重なり面積を変えているた
め、蒸発孔に圧力がかからない。このため故障しにく
く、また、素材としてパイロリティックボロンナイトラ
イド(PBN)などの金属以外の材料をもちいることが
できる。また、構造が簡単であるため、作製が容易であ
る。
Since the control section is driven from outside the vacuum to change the emission cross section of the molecular beam, the intensity of the molecular beam can be changed within a few seconds. Since the evaporation hole and the control unit are inside the crucible and are heated, the molecular beam material does not adhere and the evaporation hole is not clogged. Since the overlapping area of the evaporation hole and the control unit is changed, no pressure is applied to the evaporation hole. Therefore, it is hard to break down, and a material other than metal such as pyrolytic boron nitride (PBN) can be used as a material. Further, since the structure is simple, it is easy to manufacture.

【0006】[0006]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明について図面を参照して説明する。
図1(a)、(b)は、本発明の一実施例を示す断面図
と平面図、図2は分子線強度の変化を示す図である。
(Embodiment 1) The present invention will be described with reference to the drawings.
1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a change in molecular beam intensity.

【0007】ルツボ1内に、蒸発孔2を有する材料室
3、蒸発孔2に隣接する板状の制御部4とがあり、材料
室3内に分子線材料であるヒ素(As)5が充填されて
いる。ルツボ1を取り巻いてヒーター6と熱シールド板
7があり、支柱8により真空フランジ9に固定されてい
る。ルツボ1の温度は熱伝対10により計測する。真空
フランジ9に取り付けられた回転型の運動導入器11
は、シャフト12を介して制御部4に接続されている。
ルツボ1、材料室3、制御部4、およびシャフトはPB
Nからなり、加熱しても脱ガスが少ない。 ヒーター6
により、ヒ素5は特定の温度に保たれており、ルツボ
1、材料室3、制御部4、シャフト12も加熱されてい
る。真空外部で運動導入器11を駆動することより制御
部4が回転し、回転角tが変化する。回転角tに応じて
蒸発孔2と制御部4との重なり面積が変化して、ヒ素分
子線の出射断面積が変化する。ヒ素分子線強度は出射断
面積に比例しており、回転角tとヒ素分子線強度との関
係は図2のようになった。回転角tを0度から90度ま
で変えることにより、分子線強度を1.0から0.05
まで再現性良く制御することができた。また、分子線強
度を1.0から0.5まで変化させるのに必要な時間は
30秒であり、ヒ素5の温度を変えて分子線強度を制御
するのに必要な時間の40分の1の時間で制御すること
ができた。 制御部4による蒸発孔2の密閉性が完全で
はないため、回転角tが90度の場合でも分子線強度は
0とはならないが、結晶成長で必要とされる分子線強度
の範囲は1.0から0.1で十分であり、支障はなかっ
た。むしろ制御部4の運動が回転運動であり、蒸発孔2
のある材料室3上面との間に圧力がかからないため、故
障しにくく、真空装置での最大の課題である信頼性を高
くすることができた。
In the crucible 1, there are a material chamber 3 having an evaporation hole 2 and a plate-shaped control section 4 adjacent to the evaporation hole 2, and the material chamber 3 is filled with arsenic (As) 5 which is a molecular beam material. Has been done. Surrounding the crucible 1 are a heater 6 and a heat shield plate 7, which are fixed to a vacuum flange 9 by columns 8. The temperature of the crucible 1 is measured by the thermocouple 10. Rotary motion introducer 11 attached to vacuum flange 9
Are connected to the control unit 4 via the shaft 12.
Crucible 1, material chamber 3, control unit 4, and shaft are PB
Consisting of N, there is little degassing even when heated. Heater 6
As a result, the arsenic 5 is kept at a specific temperature, and the crucible 1, the material chamber 3, the control unit 4, and the shaft 12 are also heated. By driving the motion introducing device 11 outside the vacuum, the control unit 4 rotates and the rotation angle t changes. The overlapping area of the evaporation hole 2 and the control unit 4 changes according to the rotation angle t, and the emission cross-sectional area of the arsenic molecular beam changes. The arsenic molecular beam intensity is proportional to the emission cross section, and the relationship between the rotation angle t and the arsenic molecular beam intensity is as shown in FIG. The molecular beam intensity is changed from 1.0 to 0.05 by changing the rotation angle t from 0 degree to 90 degree.
It was possible to control with good reproducibility. Further, the time required to change the molecular beam intensity from 1.0 to 0.5 is 30 seconds, which is 1/40 of the time required to control the molecular beam intensity by changing the temperature of arsenic 5. Could be controlled in time. Since the control unit 4 does not completely seal the evaporation holes 2, the molecular beam intensity does not become 0 even when the rotation angle t is 90 degrees, but the molecular beam intensity range required for crystal growth is 1. 0 to 0.1 was sufficient and there was no problem. Rather, the motion of the controller 4 is a rotary motion, and the evaporation hole 2
Since no pressure is applied between the upper surface of the material chamber 3 and the upper surface of the material chamber 3, it is hard to break down, and the reliability, which is the biggest problem in the vacuum apparatus, can be increased.

【0008】(実施例2)図3(a)、(b)は、本発
明の一実施例を示す断面図と平面図、図4は分子線強度
の変化を示す図である。
(Embodiment 2) FIGS. 3 (a) and 3 (b) are a sectional view and a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view showing a change in molecular beam intensity.

【0009】第一の実施例に述べられた蒸発孔と制御部
と運動導入器の構造を変えたものである。スリット状の
蒸発孔2が材料室3側面にあり、蒸発孔2に隣接して円
柱状の制御部4がある。真空フランジ9に取り付けられ
た直線型の運動導入器11は、シャフト12を介して制
御部4に接続されている。材料室3、制御部4、および
シャフトはPBNからなり、加熱しても脱ガスが少な
い。 ヒーター6により、ヒ素5は特定の温度に保たれ
ており、ルツボ1、材料室3、制御部4、シャフト12
も加熱されている。真空外部で運動導入器11を駆動す
ることより制御部4が直線運動する。制御部4の位置s
に対応して蒸発孔2と制御部4との重なり面積が変化し
て、ヒ素分子線の出射断面積が変化する。ヒ素分子線強
度は出射断面積に比例しており、制御部4の位置sとヒ
素分子線強度との関係は図4のようになった。制御部4
の位置sを0mmから10mmまで変えることにより、
分子線強度を1.0から0.01まで再現性良く制御す
ることができた。また、分子線強度を1.0から0.5
まで変化させるのに必要な時間は30秒であり、ヒ素5
の温度を変えて分子線強度を制御するのに必要な時間の
40分の1の時間で制御することができた。
The structure of the evaporation hole, the control unit and the motion introducing device described in the first embodiment is changed. A slit-shaped evaporation hole 2 is provided on the side surface of the material chamber 3, and a columnar control unit 4 is adjacent to the evaporation hole 2. A linear motion introducer 11 attached to the vacuum flange 9 is connected to the control unit 4 via a shaft 12. The material chamber 3, the control unit 4, and the shaft are made of PBN, and degassing is small even when heated. Arsenic 5 is kept at a specific temperature by heater 6, and crucible 1, material chamber 3, control unit 4, shaft 12
Is also heated. By driving the motion introducing device 11 outside the vacuum, the control unit 4 moves linearly. Position s of control unit 4
Corresponding to, the overlapping area of the evaporation hole 2 and the control unit 4 changes, and the emission cross-sectional area of the arsenic molecular beam changes. The arsenic molecular beam intensity is proportional to the emission cross-sectional area, and the relationship between the position s of the control unit 4 and the arsenic molecular beam intensity is as shown in FIG. Control unit 4
By changing the position s of from 0 mm to 10 mm,
The molecular beam intensity could be controlled from 1.0 to 0.01 with good reproducibility. Also, the molecular beam intensity is 1.0 to 0.5.
It takes 30 seconds to change to 5 arsenic
It was possible to control the intensity of the molecular beam by changing the temperature of 1 to 40 times of the time required to control the molecular beam intensity.

【0010】制御部4による蒸発孔2の密閉性が完全で
はないため、制御部4の位置sを0にした場合でも分子
線強度は0とはならないが、結晶成長で必要とされる分
子線強度の範囲は1.0から0.1で十分であり、支障
はなかった。むしろ制御部4の運動による材料室3側面
への圧力がかからないため、ニードルバルブなどに比べ
故障しにくく、真空装置での最大の課題である信頼性を
高くすることができた。
Since the control unit 4 does not completely seal the evaporation hole 2, the molecular beam intensity does not become 0 even if the position s of the control unit 4 is set to 0, but the molecular beam required for crystal growth is not. The strength range of 1.0 to 0.1 was sufficient, and there was no problem. Rather, since the pressure on the side surface of the material chamber 3 due to the movement of the control unit 4 is not applied, it is less likely to break down as compared with a needle valve or the like, and the reliability, which is the greatest problem in a vacuum device, can be increased.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によりヒ素
やセレンなどの分子線強度を短時間で制御できるように
なり、これらの材料を含む混晶やヘテロ構造の成長が可
能となる。
As described above, according to the present invention, the molecular beam intensity of arsenic, selenium, etc. can be controlled in a short time, and a mixed crystal or heterostructure containing these materials can be grown.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、実施例を示す断面図、(b)は平面
図である。
1A is a cross-sectional view showing an embodiment, and FIG. 1B is a plan view.

【図2】分子線強度の変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a change in molecular beam intensity.

【図3】(a)は、実施例を示す断面図、(b)は平面
図である。
3A is a sectional view showing an embodiment, and FIG. 3B is a plan view.

【図4】分子線強度の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing changes in molecular beam intensity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ルツボ 2 蒸発孔 3 材料室 4 制御部 5 ヒ素 6 ヒーター 7 熱シールド板 8 支柱 9 真空フランジ 10 熱伝対 11 運動導入器 12 シャフト 1 crucible 2 evaporation hole 3 material chamber 4 control unit 5 arsenic 6 heater 7 heat shield plate 8 column 9 vacuum flange 10 thermocouple 11 motion introducer 12 shaft

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 分子線結晶成長(MBE)装置におい
て、ルツボ内に、分子線材料を保持する材料室と、前記
材料室に設けられた蒸発孔と、前記蒸発孔に隣接する制
御部とを有し、前記制御部を駆動する運動導入器と、前
記材料室と蒸発孔と制御部とを加熱するヒータとを有
し、真空外部から前記運動導入器により前記制御部を回
転させ、前記蒸発孔と前記制御との重なり面積を変え
ることにより、分子線の出射断面積を変え、分子線強度
を制御することを特徴とする分子線源。
1. In a molecular beam crystal growth (MBE) apparatus, a material chamber for holding a molecular beam material, an evaporation hole provided in the material chamber, and a control unit adjacent to the evaporation hole are provided in a crucible. Having a motion introducing device for driving the control part, and a heater for heating the material chamber, the evaporation hole and the control part, and rotating the control part by the motion introducing device from outside the vacuum to evaporate the material. A molecular beam source characterized in that the emission cross-sectional area of the molecular beam is changed by changing the overlapping area of the hole and the control unit to control the molecular beam intensity.
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