JP2719282B2 - Knudsen cell for low temperature - Google Patents

Knudsen cell for low temperature

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JP2719282B2
JP2719282B2 JP25211092A JP25211092A JP2719282B2 JP 2719282 B2 JP2719282 B2 JP 2719282B2 JP 25211092 A JP25211092 A JP 25211092A JP 25211092 A JP25211092 A JP 25211092A JP 2719282 B2 JP2719282 B2 JP 2719282B2
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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】この発明は分子線エピタキシ−装
置において用いられるクヌ−ドセンセルの改良に関す
る。これは分子線セルあるいは単にKセルということも
ある。発明者の名前をとってクヌ−ドセンセルというこ
ともある。いずれにしても材料をるつぼに入れて、ヒ−
タによって加熱し材料を蒸発または昇華させ分子線とす
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a Knudsen cell used in a molecular beam epitaxy apparatus. This may be a molecular beam cell or simply a K cell. The name of the inventor is sometimes called Knudsen. In any case, put the ingredients in a crucible and
The material is heated by a heater to evaporate or sublimate the material into a molecular beam.

【0002】分子線エピタキシ−装置は超高真空中で材
料を加熱するので蒸発または昇華したものは分子線とな
る。分子線エピタキシ−の材料は金属、非金属など様々
である。ここで低温用というのは、有機材料やいおう
S、セレンSe、塩素Clなどの低温でも蒸気圧の高い
物質を対象とするという意味である。
[0002] Since a molecular beam epitaxy apparatus heats a material in an ultra-high vacuum, what is evaporated or sublimated becomes a molecular beam. Materials for molecular beam epitaxy are various such as metals and nonmetals. Here, low temperature means that a substance having a high vapor pressure even at a low temperature, such as an organic material, sulfur S, selenium Se, or chlorine Cl, is targeted.

【0003】[0003]

【従来の技術】図2に従来例に係るクヌ−ドセンセルの
断面図を示す。これは低温用のものではなく金属などの
比較的蒸気圧の低い材料に対するものである。現在のと
ころ低温で蒸気圧の低い材料に対する適当なクヌ−ドセ
ンセルは存在しない。ここに示すセルは分子線エピタキ
シ−装置の一部分に設けられる。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a sectional view of a Knudsen cell according to a conventional example. This is not for low temperatures but for materials with relatively low vapor pressure, such as metals. There is currently no suitable Knudsen cell for low temperature, low vapor pressure materials. The cell shown here is provided in a part of a molecular beam epitaxy apparatus.

【0004】材料を収容したるつぼ1と、材料を加熱す
るヒ−タ2とを含むが、これらが液体窒素シュラウド4
の穴部に設けられる。これらの全体は真空チャンバ3の
内部にある。材料ごとにクヌ−ドセンセルが必要である
からこのようなクヌ−ドセンセルが複数個真空チャンバ
の内部に設けられる。
[0004] A crucible 1 containing a material and a heater 2 for heating the material are provided.
Are provided in the holes. All of them are inside the vacuum chamber 3. Since a Knudsen cell is required for each material, a plurality of such Knudsen cells are provided inside the vacuum chamber.

【0005】クヌ−ドセンセルはるつぼ1、ヒ−タ2の
他にヒ−タの熱を遮蔽するためのリフレクタ11と、リ
フレクタ11、るつぼ1、ヒ−タ2を支持する支柱12
を有する。支柱12は真空チャンバ3の開口部に固定さ
れる超高真空フランジ13に取り付けられる。ヒ−タの
電力を供給するヒ−タ電力線14、熱電対の端子等は超
高真空フランジを貫いて外部に取り出される。るつぼ1
は例えばPBNが用いられる。ヒ−タはW、Taのコイ
ル状のものあるいはリボン状のものが用いられる。ヒ−
タの温度は熱電対によってモニタされる。リフレクタは
Taの薄板を何枚も重ね合わせたものである。輻射熱を
外部に逃がさずるつぼの近傍に閉じ込めるものである。
この他るつぼの開口部を開閉するためにシャッタ(図示
しない)が設けられる。
The Knudsen cell includes a crucible 1 and a heater 2 as well as a reflector 11 for shielding heat from the heater, and a support 12 for supporting the reflector 11, the crucible 1 and the heater 2.
Having. The column 12 is attached to an ultra-high vacuum flange 13 fixed to an opening of the vacuum chamber 3. The heater power line 14 for supplying the heater power, the terminals of the thermocouple, and the like are taken out through the ultrahigh vacuum flange. Crucible 1
For example, PBN is used. As the heater, a W or Ta coil or ribbon is used. Hee
The temperature of the heater is monitored by a thermocouple. The reflector is formed by stacking a number of thin Ta plates. The radiant heat is confined in the vicinity of the crucible without being released to the outside.
In addition, a shutter (not shown) is provided to open and close the opening of the crucible.

【0006】真空チャンバ3の内部にはこの他にマニピ
ュレ−タ(図示しない)がありこれがホルダに固定され
た基板を支持している。マニピュレ−タは基板加熱用ヒ
−タを持ち多くの場合回転機構を持っている。エピタキ
シャル成長は基板を加熱しないと起こらないものが多い
からである。基板を回転させるのはエピタキシャル成長
を基板上で均一に起こさせるためである。さらに搬送機
構(図示しない)があって前段にある試料準備室や分析
室などとの間で試料ホルダを自動的に搬送できるように
なっている。
[0006] In addition to the above, a manipulator (not shown) is provided inside the vacuum chamber 3 and supports a substrate fixed to a holder. The manipulator has a heater for heating the substrate and often has a rotating mechanism. This is because epitaxial growth often does not occur unless the substrate is heated. The reason for rotating the substrate is to cause the epitaxial growth to occur uniformly on the substrate. Further, a transport mechanism (not shown) is provided so that the sample holder can be automatically transported to a sample preparation room, an analysis room, or the like in the preceding stage.

【0007】このような分子線エピタキシ−装置はすで
に良く知られている。クヌ−ドセンセルに材料を充填し
てから真空チャンバを密閉し真空に引く。ベ−キングす
ることによりチャンバの内壁や、内部構造物についてい
るガスを除去しさらに真空に引くことにより、10-10
〜10-11 Torrの超高真空にする。基板の搬送は別
異の真空室を経由してなされるので基板の交換時も超高
真空は維持される。エピタキシャル成長を繰り返すとる
つぼの中へ入れた材料が枯渇する。この時は真空チャン
バ3の真空を破り、るつぼ1に材料を補填しなければな
らない。一旦大気圧にすると壁面にガスや不純物が付着
するので、全体をベ−キングして真空に引くという操作
を再び繰り返す必要がある。元の超高真空にするのに時
間がかかる。装置や条件によるが3日〜1週間かかる。
[0007] Such a molecular beam epitaxy apparatus is already well known. After filling the Knudsen cell with the material, the vacuum chamber is closed and a vacuum is drawn. The baking removes the gas on the inner wall and the inner structure of the chamber, and further evacuates to 10 -10.
An ultra-high vacuum of -10 -11 Torr is applied. Since the transfer of the substrate is performed through a different vacuum chamber, the ultra-high vacuum is maintained even when the substrate is replaced. When the epitaxial growth is repeated, the material put in the crucible is depleted. At this time, the vacuum in the vacuum chamber 3 must be broken, and the crucible 1 must be filled with the material. Once at atmospheric pressure, gas and impurities adhere to the wall surface, so it is necessary to repeat the operation of baking the whole and drawing a vacuum again. It takes time to make the original ultra-high vacuum. It takes 3 days to 1 week depending on the equipment and conditions.

【0008】材料補填のためのチャンバの開閉はエピタ
キシャル成長の種類によりさまざまであるが、半年に1
回、月に1回、あるいは1週間に1回ということもあ
る。真空の立ち上げに時間がかかり生産性を下げる原因
になるからチャンバの開閉はできるだけしない方が良
い。
The opening and closing of a chamber for material supplementation varies depending on the type of epitaxial growth.
Sometimes, once a month, or once a week. It is better not to open and close the chamber as much as possible, since it takes a long time to start the vacuum and causes a decrease in productivity.

【0009】このような難点を解決するためにガスソ−
スセルが提案されている。これはチャンバ外部に置かれ
たガスボンベから材料となるガスをチャンバ内へ導入す
るものである。外部から材料が供給されるので材料が枯
渇するということはなく、超高真空を破る必要性が少な
くなる。また、分子線セルをチャンバの中心部から遠ざ
けて真空チャンバを開かず、材料の補充を行うようにし
たものもある。(特開昭63−310792号、特開昭
64−79095号)。
In order to solve such a problem, a gas source is used.
Sussel has been proposed. In this method, a gas serving as a material is introduced into a chamber from a gas cylinder placed outside the chamber. Since the material is supplied from the outside, the material is not depleted, and the necessity of breaking the ultrahigh vacuum is reduced. In some cases, the molecular beam cell is moved away from the center of the chamber and the vacuum chamber is not opened, and the material is replenished. (JP-A-63-310792, JP-A-64-79095).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来の分子線エピタキ
シ−装置のようにチャンバの内部にあるクヌ−ドセンセ
ルに材料を充填するものは材料の補填のため真空を破る
必要がある。再び真空にするのに時間がかかり望ましく
ない。特に低温でも蒸気圧の高い物質を材料とするとき
はさらに問題がある。真空引きする際、チャンバの全体
をベ−キングするがこのとき蒸気圧の高い物質は加熱さ
れて蒸発昇華し減量してしまう。これを避けるためには
低温でベ−キングしなければならないということにな
る。できないことはないが真空度の高まりが遅くなる。
In a conventional molecular beam epitaxy apparatus which fills a Knudsen cell inside a chamber with a material, it is necessary to break the vacuum in order to refill the material. It takes time to re-evacuate, which is undesirable. In particular, there is a further problem when using a substance having a high vapor pressure even at a low temperature. During the evacuation, the entire chamber is baked. At this time, a substance having a high vapor pressure is heated, evaporates and sublimates, and its weight is reduced. To avoid this, baking must be performed at a low temperature. This is not impossible, but the increase in vacuum is slow.

【0011】外部から材料をガスとして供給するガスソ
−スセルはこのような欠点はない。しかし常温でガスで
ある材料は限られている。分子線エピタキシ−は単体を
材料にするので純度に優れた薄膜を成長させることがで
きるのである。単体でガスである材料はさらに少ない。
水素化物、塩化物、ハロゲン化物、有機金属としたもの
は常温近くでガス状であるものが多いのでこれら化合物
の材料を用いることもなされる。しかし必ずしもガス状
の化合物を作らない物質もある。
A gas source cell which supplies a material from the outside as a gas does not have such a disadvantage. However, materials that are gas at room temperature are limited. Since molecular beam epitaxy is made of a simple substance, a thin film having excellent purity can be grown. There are even fewer materials that are gases by themselves.
Since many of hydrides, chlorides, halides and organometallics are gaseous at around room temperature, materials of these compounds are also used. However, some substances do not always produce gaseous compounds.

【0012】また化合物の分子線であるから単体の分子
線とは異なる。薄膜の内部に不純物が含まれ易く組成の
制御が難しいという難点がある。本発明は低温でも蒸気
圧の高い材料を扱うクヌ−ドセンセルであって、ベ−キ
ングの妨げにならず、材料の補填の度に真空チャンバを
開閉する必要がなく、クラッカ−セルの作用も合わせ持
つクヌ−ドセンセルを提供することを目的とする。クラ
ッカ−セルについては、例えば実開平4−29664号
などがあるが、これは大がかりな装置であり、製造、使
用ともに容易でない。
Further, since it is a molecular beam of a compound, it is different from a single molecular beam. There is a drawback that impurities are easily contained in the thin film and the composition is difficult to control. The present invention relates to a Knudsen cell for handling a material having a high vapor pressure even at a low temperature. It is an object of the present invention to provide a Knudsen cell. As for the cracker cell, there is, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-29664, but this is a large-scale apparatus, and it is not easy to manufacture and use it.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のクヌ−ドセンセ
ルは、真空チャンバの外部に材料を充填するための開閉
可能なリザ−バ−を有し、リザ−バ−と真空チャンバの
内部とは導入パイプによって連結され、リザ−バ−は独
自のヒ−タと真空排気装置を持つ。導入パイプ5も中間
部と先端開口部に独自のヒ−タを持つ。リザ−バ−ヒ−
タによって材料を加熱して蒸気とし導入パイプを通って
真空チャンバの内部に蒸気を導入し分子線とする。リザ
−バ−は真空排気装置を持ちリザ−バ−だけを真空に引
くことができる。またリザ−バ−と真空チャンバの中間
には仕切りバルブがあってこれを閉じるとリザ−バ−と
真空チャンバとが遮断され、開くと蒸気がリザ−バ−か
ら真空チャンバへと導入される。
The Knudsen cell of the present invention has an openable and closable reservoir for filling a material outside a vacuum chamber, and the reservoir and the inside of the vacuum chamber are separated from each other. Connected by an inlet pipe, the reservoir has its own heater and vacuum pump. The introduction pipe 5 also has its own heater in the middle and the opening at the end. Reservoir bar
The material is heated by the heater to produce steam, and the steam is introduced into the vacuum chamber through an introduction pipe to form a molecular beam. The reservoir has an evacuation device and can evacuate only the reservoir. A partition valve is provided between the reservoir and the vacuum chamber. When the gate valve is closed, the reservoir and the vacuum chamber are shut off. When the valve is opened, steam is introduced from the reservoir to the vacuum chamber.

【0014】[0014]

【作用】リザ−バ−は真空チャンバの外部にあるから、
リザ−バ−に材料を充填する時、真空チャンバを開く必
要がない。仕切りバルブを閉じておきリザ−バ−の蓋を
開き、材料をリザ−バ−に補填する。この後リザ−バ−
を閉じて真空に排気し、十分な真空度に達したら仕切り
バルブを開いて、リザ−バ−と真空チャンバを接続させ
る。リザ−バ−から発生した材料の蒸気は真空チャンバ
に入り分子線となる。リザ−バ−ヒ−タと、導入パイプ
の中間連結部のヒ−タと先端開口部のヒ−タを制御して
これらの部分の温度を独立に制御することができる。
Since the reservoir is outside the vacuum chamber,
There is no need to open the vacuum chamber when filling the reservoir with material. With the sluice valve closed, the reservoir lid is opened and material is refilled into the reservoir. After this, the reservoir
Is closed and evacuated to a vacuum. When a sufficient degree of vacuum is reached, the gate valve is opened to connect the reservoir to the vacuum chamber. The vapor of the material generated from the reservoir enters the vacuum chamber and becomes a molecular beam. The temperature of these parts can be controlled independently by controlling the reservoir heater, the heater at the intermediate connection part of the introduction pipe, and the heater at the tip opening.

【0015】連結部ヒ−タは材料蒸気が導入パイプ5の
内部で冷却固化して内壁に付着するのを防ぐことができ
る。リザ−バ−を外部に設けたので途中で材料蒸気が固
化する可能性が生じた。従来の図2に示すようなもので
は不必要なものである。開口部ヒ−タは材料の蒸気が多
数分子の塊であって分子状でないとき、これを強熱して
小さい分子状にするクラッキング作用がある。
The connecting portion heater can prevent the material vapor from cooling and solidifying inside the introduction pipe 5 and adhering to the inner wall. Since the reservoir is provided outside, there is a possibility that the material vapor solidifies on the way. This is unnecessary in the conventional configuration shown in FIG. The opening heater has a cracking action in which when the vapor of the material is a mass of a large number of molecules and is not molecular, it is ignited to make it small.

【0016】また材料は真空チャンバの外部にあるの
で、真空チャンバをベ−キングしたときベ−キングのた
めの熱が材料に伝わらず材料が蒸発昇華して減量しな
い。特に低温で蒸気圧の高い材料の場合は好適である。
Further, since the material is outside the vacuum chamber, when the vacuum chamber is baked, the heat for baking is not transferred to the material, and the material is evaporated and sublimated, so that the weight is not reduced. Particularly, a material having a low temperature and a high vapor pressure is preferable.

【0017】[0017]

【実施例】図1は本発明の実施例にかかるクヌ−ドセン
セルの概略の構造を示す。このクヌ−ドセンセルは、真
空チャンバ3の内部にはるつぼのような材料を充填する
容器を持たない。真空チャンバ3には材料の蒸気を導入
するための導入パイプ5が挿通されているだけである。
導入パイプ5は真空チャンバ3の外部にまで連通し、外
部の端でリザ−バ−8につながっている。外部のリザ−
バ−8は開閉できる容器であり、材料を収容することが
できる。真空チャンバ3の内部には液体窒素シュラウド
4が設けられるが、この穴の部分に前記の導入パイプ5
の先端が挿入される。
FIG. 1 shows a schematic structure of a Knudsen cell according to an embodiment of the present invention. The Knudsen cell does not have a crucible-like container inside the vacuum chamber 3. The vacuum chamber 3 is merely inserted with an introduction pipe 5 for introducing the vapor of the material.
The introduction pipe 5 communicates with the outside of the vacuum chamber 3 and is connected to the reservoir 8 at the outside end. External reservoir
The bar 8 is a container that can be opened and closed, and can store materials. A liquid nitrogen shroud 4 is provided inside the vacuum chamber 3.
Is inserted.

【0018】導入パイプ5の周囲には開口部ヒ−タ6が
ある。これは図2のるつぼ1の周囲のヒ−タ2に対応し
た位置にあるが機能は少し異なる。また開口部ヒ−タ6
を囲んでリフレクタ11が設置されている。超高真空フ
ランジ13に立てられた支柱12が開口部ヒ−タ6、リ
フレクタ11、ヒ−タの電力線、熱電対等を支持してい
る。導入パイプ5は超高真空フランジ13を貫き外部に
延長している。途中に仕切りバルブ7がありこれを介し
てリザ−バ−8につながる。
An opening heater 6 is provided around the introduction pipe 5. This is at a position corresponding to the heater 2 around the crucible 1 in FIG. 2, but the function is slightly different. Opening heater 6
Is surrounded by a reflector 11. A column 12 erected on the ultra-high vacuum flange 13 supports the opening heater 6, the reflector 11, the power line of the heater, the thermocouple, and the like. The introduction pipe 5 extends through the ultra-high vacuum flange 13 to the outside. A partition valve 7 is provided on the way, and is connected to a reservoir 8 via this.

【0019】リザ−バ−8は開閉する蓋(図示しない)
を独自に持っている。この蓋を開いて自由に材料を補填
することができる。またリザ−バ−8は外壁の周りに独
自のリザ−バ−ヒ−タ9を持っている。これはリザ−バ
−8内部の材料を加熱し蒸発昇華させるものである。
The reservoir 8 has a lid (not shown) that opens and closes.
Have their own. The lid can be opened to freely refill the material. The reservoir 8 also has its own reservoir heater 9 around the outer wall. This is to heat and evaporate and sublimate the material inside the reservoir 8.

【0020】また導入パイプ5の中間の連結部には連結
部ヒ−タ16が設けられるこの発明が対象にするのは低
融点の材料であるが、それでも常温で固体であるものも
あり、導入パイプ5の中間部で冷却固化する可能性のあ
るものもある。連結部ヒ−タ16は、材料がここで冷却
されて導入パイプ5の内壁に付着するのを防ぐためのも
のである。リザ−バ−ヒ−タ9、開口部ヒ−タ6、連結
部ヒ−タ16はそれぞれ独立に作動することができる。
従ってリザ−バ−温度T1 、導入パイプ中間部温度T
2 、導入パイプT3 の開口部温度は独立して制御でき
る。これらの温度パラメ−タは材料の相違によって適当
に決定することができる。またリザ−バ−8は排気パイ
プ15を介して真空排気装置(図示せず)に接続されて
おり、この真空排気装置によって、真空チャンバ3とは
独立に真空に排気することができる。排気パイプ15の
途中には真空引きバルブ10が設けられる。
A connecting portion heater 16 is provided at the connecting portion in the middle of the introducing pipe 5. The present invention is directed to a material having a low melting point, but some materials are still solid at room temperature. Some pipes may be cooled and solidified in the middle of the pipe 5. The connecting portion heater 16 is for preventing the material from being cooled here and adhering to the inner wall of the introduction pipe 5. The reservoir heater 9, the opening heater 6, and the connecting heater 16 can operate independently.
Therefore, the reservoir temperature T 1 and the inlet pipe intermediate temperature T
2, the opening temperature of the inlet pipe T 3 can be controlled independently. These temperature parameters can be appropriately determined depending on the difference in materials. Further, the reservoir 8 is connected to a vacuum exhaust device (not shown) via an exhaust pipe 15, and the vacuum exhaust device can exhaust the vacuum independently of the vacuum chamber 3. An evacuation valve 10 is provided in the exhaust pipe 15.

【0021】仕切りバルブ7を閉じて、真空排気装置を
作動し、真空引きバルブ10を開くと、リザ−バ−8の
みを真空にひくことができる。仕切りバルブ7を閉じ、
真空引きバルブ10も閉じてリザ−バ−8に大気圧を導
入し蓋を開くことによって材料をリザ−バ−8の中へ補
填することができる。仕切りバルブ7は全開または全閉
状態が可能である。中間開度では前後の圧力差を再現性
よく厳密に制御できない。
When the partition valve 7 is closed, the evacuation device is operated, and the evacuation valve 10 is opened, only the reservoir 8 can be evacuated. Close the gate valve 7,
The material can be refilled into the reservoir 8 by also closing the evacuation valve 10 and introducing atmospheric pressure to the reservoir 8 and opening the lid. The gate valve 7 can be fully opened or fully closed. At an intermediate opening, the pressure difference before and after cannot be strictly controlled with good reproducibility.

【0022】以上の構成においてその作用を説明する。
このクヌ−ドセンセルに材料を充填するには真空チャン
バ3を開く必要がない。仕切りバルブ7を閉じて、真空
引きバルブ10も閉じ、大気圧を導きリザ−バ−8の真
空状態を破る。リザ−バ−8の蓋を開く。材料を所要量
だけリザ−バ−8に充填する。この間真空チャンバ3の
超高真空は依然として維持されている。蓋を閉じて真空
引きバルブ10を開き真空排気装置を作動させる。リザ
−バ−8の内部が高真空に引かれる。リザ−バ−用ヒ−
タ8に通電しこれを加熱する。リザ−バ−8の材料が加
熱されて蒸発または昇華を開始する。仕切りバルブ7を
開く。蒸気が導入パイプ5を通って真空チャンバ3の導
入パイプ5の先端から真空チャンバ3の内部へ分子線と
して飛び出す。
The operation of the above configuration will be described.
It is not necessary to open the vacuum chamber 3 to fill the Knudsen cell with material. The gate valve 7 is closed and the evacuation valve 10 is also closed to guide the atmospheric pressure to break the vacuum state of the reservoir 8. Open the reservoir 8 lid. Fill the reservoir 8 with the required amount of material. During this time, the ultra-high vacuum in the vacuum chamber 3 is still maintained. The lid is closed and the evacuation valve 10 is opened to operate the evacuation device. The inside of the reservoir 8 is evacuated to a high vacuum. Heater for reservoir
The heater 8 is energized and heated. The material of the reservoir 8 is heated to start evaporation or sublimation. Open the gate valve 7. The vapor flows out from the tip of the introduction pipe 5 of the vacuum chamber 3 into the inside of the vacuum chamber 3 as a molecular beam through the introduction pipe 5.

【0023】連結部ヒ−タ16は、材料の融点が常温よ
り高いものである場合に、導入パイプ5の内部で冷却さ
れて固化し内壁に付着するのを防ぐ作用がある。常温で
気体であるものであれば不必要である。
When the melting point of the material is higher than room temperature, the connecting portion heater 16 has a function of cooling and solidifying inside the introduction pipe 5 to prevent the material from adhering to the inner wall. It is unnecessary if it is a gas at normal temperature.

【0024】チャンバ内ヒ−タ6は導入パイプ5の先端
部で材料が固化するのを防ぐ作用がある。さらに材料に
よってはリザ−バ−ヒ−タ9のみによっては十分に活性
化されず多数の分子の塊にしかならないこともある。こ
れを真空チャンバ3に導入する直前に開口部ヒ−タ6に
よって加熱し細分化して分子とすることができる。つま
りクラッキング作用を開口部ヒ−タ6によって行わせる
ことができる。クラッキングに限らず開口部ヒ−タ6は
分子線のエネルギ−を制御するためにも利用できる。こ
れの近傍には液体窒素シュラウド4があるのでこれと相
待って導入パイプ5の先端開口部を任意の温度に制御で
きる。
The heater 6 in the chamber has the function of preventing the material from solidifying at the tip of the introduction pipe 5. Further, depending on the material, the reservoir heater 9 alone may not be sufficiently activated to be a mass of many molecules. Immediately before being introduced into the vacuum chamber 3, it can be heated and finely divided by the opening heater 6 to obtain molecules. That is, the cracking action can be performed by the opening heater 6. The opening heater 6 can be used not only for cracking but also for controlling the energy of the molecular beam. Since there is the liquid nitrogen shroud 4 in the vicinity of this, the opening of the leading end of the introduction pipe 5 can be controlled to an arbitrary temperature in parallel with this.

【0025】しかし分子線量を制御するのは第1にはリ
ザ−バ−用ヒ−タ9である。これの温度を高くすると分
子線量が増え、これの温度を下げると分子線量が減る。
このように材料の補填の際真空チャンバ3を高真空に保
持したまま行うことができるという長所がある。
However, it is firstly the reservoir heater 9 that controls the molecular dose. Increasing its temperature will increase the molecular dose, and decreasing its temperature will decrease the molecular dose.
As described above, there is an advantage that the material can be supplemented while the vacuum chamber 3 is maintained at a high vacuum.

【0026】もうひとつの利点はより決定的である。真
空チャンバ3の真空を立ち上げる時にベ−キングを行う
必要があるが、低温で蒸気圧が高い材料が内部のクヌ−
ドセンセルの中にあるとベ−キングによって材料が失わ
れるので十分なベ−キングができない。しかし本発明の
場合は仕切りバルブ7を閉じて置いて、リザ−バ−8と
真空チャンバ3とを遮断しておいてから真空チャンバ3
のベ−キングを行うことができる。ベ−キングの熱がリ
ザ−バ−8に加わらない。ために自由にベ−キング温度
を上げることができベ−キングの目的を良く達成でき
る。
Another advantage is more critical. It is necessary to perform baking when the vacuum of the vacuum chamber 3 is started up.
In the dosencell, sufficient baking cannot be performed because the material is lost by baking. However, in the case of the present invention, the gate valve 7 is closed, the reservoir 8 and the vacuum chamber 3 are shut off, and then the vacuum chamber 3 is closed.
Baking can be performed. No baking heat is applied to the reservoir 8. Therefore, the baking temperature can be freely increased, and the purpose of baking can be achieved well.

【0027】低温での蒸気圧の高い材料に対して極めて
好都合のクヌ−ドセンセルを与えることができる。例え
ば、VI属のS、Se、有機材料などに適用することが
できる。
A very advantageous Knudsen cell can be provided for materials having a high vapor pressure at low temperatures. For example, the present invention can be applied to S, Se, organic materials, and the like belonging to VI.

【0028】導入パイプの先端はこのように単なる開口
であっても良い。しかし真空チャンバの内部の真空度と
リザ−バ−8の真空度に差があり過ぎる場合は導入パイ
プ先端には流路抵抗を増やすための細頸部や多孔板を設
置して差圧を維持できるようにしても良い。
The leading end of the introduction pipe may be a simple opening as described above. However, if there is too much difference between the degree of vacuum inside the vacuum chamber and the degree of vacuum of the reservoir 8, a narrow neck or a perforated plate for increasing the flow path resistance is installed at the tip of the introduction pipe to maintain the pressure difference. You may be able to.

【0029】[0029]

【発明の効果】材料を収容しこれを蒸気とするためのリ
ザ−バ−を真空チャンバの外部に設け、両者を導入パイ
プで連結して、リザ−バ−で発生した蒸気を真空チャン
バ内に導くことができるようにしている。導入パイプの
中間には仕切りバルブを設けて気体の流通を遮断できる
ようにしている。また、導入パイプ5の中間部には連結
部ヒ−タ16を設け、材料の蒸気が内壁面に凝結しない
ようにしている。
According to the present invention, a reservoir for accommodating a material and converting it into vapor is provided outside the vacuum chamber, and both are connected by an introduction pipe, and the vapor generated by the reservoir is introduced into the vacuum chamber. I can guide you. A partition valve is provided in the middle of the introduction pipe so that the gas flow can be shut off. Further, a connecting portion heater 16 is provided at an intermediate portion of the introduction pipe 5 so as to prevent the vapor of the material from condensing on the inner wall surface.

【0030】リザ−バ−に材料を充填する時は仕切りバ
ルブ7を閉じておいてリザ−バ−の蓋を開けて材料を補
填することができる。真空チャンバの超高真空に何ら影
響を及ぼさない。真空チャンバを一旦大気圧にすると次
に立ち上げるには3日〜1週間の長い時間と手数がかか
るが本発明はこのような時間と手間を節減することがで
きる。連続的にエピタキシャル成長でき分子線エピタキ
シ−の生産性を高揚できる。
When filling the reservoir with the material, the gate valve 7 can be closed and the lid can be opened to replenish the material. It has no effect on the ultra-high vacuum of the vacuum chamber. Once the vacuum chamber is brought to atmospheric pressure, it takes a long time and trouble of three days to one week to start up the next time, but the present invention can save such time and labor. The epitaxial growth can be performed continuously, and the productivity of molecular beam epitaxy can be enhanced.

【0031】また真空チャンバを開いて材料の交換をす
ると有害な物質が大気中に飛散して作業環境を悪化させ
ることがあるが、本発明はこのような危険を回避できる
ので作業衛生の向上という点でも優れている。
When the vacuum chamber is opened to exchange the material, harmful substances may be scattered in the air and deteriorate the working environment. However, the present invention can avoid such dangers and improve working hygiene. Also excellent in point.

【0032】さらにまた真空チャンバのベ−キングの際
は、リザ−バ−が真空チャンバから切り放されているの
で、ベ−キングの熱がリザ−バ−内の材料に伝わらずこ
れを蒸発させないし減量させない。ベ−キングを自由に
行うことができるという利点があるし、低温で蒸気圧の
高い材料の損失を防ぐことができる。
Furthermore, during baking of the vacuum chamber, since the reservoir is cut off from the vacuum chamber, the heat of the baking is not transferred to the material in the reservoir and does not evaporate. Do not lose weight. There is an advantage that baking can be performed freely, and loss of a material having a high vapor pressure at a low temperature can be prevented.

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

【図1】本発明の実施例にかかるクヌ−ドセンセルの概
略断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a Knudsen cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来例にかかるクヌ−ドセンセルの概略断面
図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a Knudsen cell according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 るつぼ 2 ヒ−タ 3 真空チャンバ 4 液体窒素シュラウド 5 導入パイプ 6 ヒ−タ 7 仕切りバルブ 8 リザ−バ− 9 リザ−バ−用ヒ−タ 10 真空引きバルブ 11 リフレクタ 12 支柱 13 超高真空フランジ 14 ヒ−タ電力線 15 排気パイプ 16 連結部ヒ−タ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crucible 2 Heater 3 Vacuum chamber 4 Liquid nitrogen shroud 5 Introducing pipe 6 Heater 7 Partition valve 8 Reservoir 9 Heater for reservoir 10 Vacuum evacuation valve 11 Reflector 12 Column 13 Ultra-high vacuum flange 14 Heater power line 15 Exhaust pipe 16 Connector heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 茂治 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日 新電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−226493(JP,A) 特開 昭64−56397(JP,A) 実開 平4−29664(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Shigeharu Ohashi 47-inch, Umezu Takaune-cho, Ukyo-ku, Kyoto-shi, Nichishin Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-60-226493 (JP, A) JP-A-64 −56397 (JP, A) Real opening 4-29664 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 真空チャンバを超高真空中として、材料
を加熱し気化させ分子線として超高真空中にある基板に
照射し基板上にエピタキシャル成長を行う分子線エピタ
キシ−装置のクヌ−ドセンセルであって、真空チャンバ
の外部に設けられ開閉できる蓋を有し材料を収容できる
リザ−バ−と、リザ−バ−の材料を加熱するためのリザ
−バ−用ヒ−タと、リザ−バ−と真空チャンバとを連結
し真空チャンバの内部に分子線を導入する導入パイプ
と、導入パイプの真空チャンバ内での出口の近傍に設け
られた開口部ヒ−タと、導入パイプの途中に設けられた
仕切りバルブと、導入パイプの中間部を加熱するために
設けられた連結部ヒ−タと、リザ−バ−を真空に引くた
めの真空排気装置とを有することを特徴とする低温用ク
ヌ−ドセンセル。
1. A Knudsen cell of a molecular beam epitaxy apparatus in which a vacuum chamber is placed in an ultra-high vacuum and a material is heated and vaporized to irradiate a substrate in the ultra-high vacuum as a molecular beam to epitaxially grow on the substrate. A reservoir provided outside the vacuum chamber and having a lid that can be opened and closed, and capable of containing a material, a reservoir heater for heating the material of the reservoir, and a reservoir; Pipe that connects the vacuum chamber and the vacuum chamber to introduce a molecular beam into the vacuum chamber; an opening heater provided near the outlet of the pipe in the vacuum chamber; and a heater provided in the middle of the introduction pipe. A low-temperature knuckle having a partition valve, a connecting portion heater provided for heating an intermediate portion of the introduction pipe, and a vacuum exhaust device for evacuating the reservoir. Dosencell.
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