JPH07268613A - 分子線セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 るつぼ９の底部から放出口１０に至る各部分
の温度勾配を任意に設定できるようにし、いわゆるコー
ルドウォールによる分子線発射の障害を防止すると共
に、分子線発射時の温度条件を適当に設定する。 【構成】 るつぼ９の底部寄りとるつぼの分子線の放出
口１０側とに各々別のヒータ６、７を配置する。これら
るつぼ９の底部寄りに配置されたヒータ６と、るつぼの
分子線の放出口１０側に配置されたヒータ７とを、各々
独自に所定の温度に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空蒸着装置における
薄膜形成材料等の分子を発射させる分子線源等として使
用される分子線セルに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の分子線セルは、化学的に安定で
耐熱性の高い材料からなる円筒容器状の坩堝の外周にヒ
ータを配置したものである。この分子線セルは、真空蒸
着装置等の真空装置の内部にセットされ、前記のヒータ
の加熱により、るつぼの内部に収納したＧａやＡｓ等の
分子線源材料を蒸発・気化させ、その分子を坩堝の放出
口から発射させる。この分子線セルは、その周囲を反射
板で囲まれ、ヒータから発生する熱が外側に放射するの
が防止される。また、反射板の外側は、液体窒素等の冷
媒を満たしたシュラウドで囲まれ、冷却される。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】この種の分子線セ
ルでは、るつぼをその外周側からヒータで加熱し、分子
線源材料を加熱し、蒸発させる。このとき、るつぼがそ
の周囲のシュラウドで冷却されるため、るつぼの底部か
ら放出口に至る各部が均等に加熱されず、温度勾配が生
じてしまう。この温度勾配は、ヒータによる加熱温度を
高くすればする程急になる。

【０００４】例えば、るつぼの底部が設定温度１０００
℃になるようにヒータの出力を制御した場合、るつぼの
底部から僅かに放出口に寄った側では、実際の温度が１
０３０℃程になるのに対し、放出口付近では、８００℃
程度の温度にしかならない。このため、るつぼの底部に
ある分子線源材料が蒸発し、るつぼの放出口から放出さ
れようとするとき、るつぼの放出口付近に接した蒸発分
子が再凝固し、放出口付近を塞いでしまうことがある。
このるつぼの放出口付近における分子線源材料の再凝固
を、いわゆるコールドウォールと呼ぶ。このコールドウ
ォールは、分子線の発射を不能とし、薄膜等の形成に重
大な支障をもたらす。

【０００５】また、従来の分子線セルでは、坩堝の各部
における温度を任意に設定できないため、例えば、るつ
ぼ底部における分子線源材料の蒸発時の温度条件や放出
口からの発射時の分子線の温度条件を任意に設定するこ
とができなかった。そこで本発明は、るつぼの底部と放
出口とで任意に温度条件を設定することで、るつぼの底
部から放出口に至る部分の温度勾配を任意に設定できる
ようにし、いわゆるコールドウォールによる分子線発射
の障害を防止すると共に、分子線発射時の温度条件を適
当に設定できるようにしたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、るつぼ９の周囲に配置したヒータ６に
加え、るつぼ９の分子線の放出口１０側にも別のヒータ
７を配置し、これらヒータ６、７を各々独自の所定の温
度に設定することとした。すなわち、本発明は、円筒容
器形のるつぼ９の周囲にヒータ６を配置した分子線セル
において、るつぼ９の底部寄りとるつぼの分子線の放出
口１０側とに各々別のヒータ６、７を配置したことを特
徴とする。そして、これらるつぼ９の底部寄りに配置さ
れたヒータ６と、るつぼの分子線の放出口１０側に配置
されたヒータ７とを、各々独自に所定の温度に設定す
る。

【０００７】

【作用】本発明による分子線セルでは、るつぼ９の周囲
に配置されたヒータ６に加え、るつぼ９の分子線の放出
口１０の周囲側に別のヒータ７を配置することにより、
るつぼ９の放出口１０側の温度低下が防止でき、これに
より、いわゆるコールドウォール等の分子線発射の障害
が防止できる。さらに、これらのヒータ６、７を各々独
自の所定の温度に設定することにより、るつぼ９の底部
から放出口１０にわたる温度勾配を任意に設定でき、分
子線源材料の蒸発時の温度条件と分子線発射時の温度条
件を適切に設定できる。

【０００８】

【実施例】次に、図面を参照しながら、本発明の実施例
について詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示す
要部縦断側面図である。ＧａやＡｓ等の分子線源材料を
収納するるつぼ９は、化学的に安定で且つ耐熱性のある
材料、例えばパイロリティックボロンナイトライド（Ｐ
ＢＮ）等で作られ、上端が分子線の放出口１０として開
口した円筒容器状のものである。

【０００９】このるつぼ９の周囲の底部寄りの部分は、
Ｔａ等からなるコイル状のヒータ６で囲まれている。こ
のヒータ６の外側及びるつぼ９の底部が各々反射板２、
３で囲まれ、ヒータ６で発生する熱が外部に放射される
のが防止される。これら反射板２、３は、セル受部材１
により保持され、このセル受部材１が前記反射板２を介
してるつぼ９を支持している。

【００１０】るつぼ９の中心軸と平行にシャッタ軸４が
回転自在に支持され、その上端にシャッタ５が取り付け
られている。シャッタ軸４は、図示してないモータに連
結され、同軸４が回転することにより、シャッタ５が回
転し、るつぼ９の放出口１０を開閉する。

【００１１】るつぼ９の底面に熱電対８の測温接点が当
てられ、これによりるつぼ９の底面の温度が測定され
る。さらに、るつぼ１０の放出口１０の周囲に、Ｔａ等
の線材をリング状に固定したヒータ７が配置されてい
る。このヒータ７と前記コイル状のヒータ６とは、図示
してないヒータ電源に接続され、各々別に加熱され、且
つ温度制御される。このような分子線セルは、真空装置
内にセットされ、周囲を液体窒素等の冷媒を満たした図
示してないシュラウドで囲まれ、周囲から冷却された状
態で使用される。

【００１２】図２は、このような分子線セルにおいて、
ヒータ６の発熱により、るつぼ９の底部が６００℃、８
００℃、１０００℃、１２００℃になるように各々温度
設定し、長さ８９ｍｍのるつぼ９の底部、この底部から
５ｍｍ、２５ｍｍ、４５ｍｍ、６５ｍｍ、８５ｍｍ及び
８９ｍｍの位置の温度を各々測定した結果を示す。この
とき、ヒータ７には電流を流さず、それを発熱させなか
った。

【００１３】このグラフから明かなように、例えば、る
つぼ９の底部の設定温度を６００℃とし、るつぼ９の底
部をこの温度に維持したとき、るつぼ９の各部の温度が
安定した状態では、るつぼ９の底部から５ｍｍの位置で
温度が約６６０℃になるのに対し、るつぼ９の底部から
８５ｍｍの位置、すなわち放出口１０から底部側に４ｍ
ｍの位置では、約５２０℃となる。この間、約１４０℃
もの温度差が生じていることがわかる。そして、このよ
うな温度勾配は、るつぼ９の底部の設定温度を８００
℃、１０００℃、１２００℃と高くするに従い、より顕
著となる。このため、例えばるつぼ９の底部を分子線源
材料の蒸発温度に設定することで、同材料を蒸発して
も、るつぼ９の放出口１０で蒸発材料の分子がるつぼ９
の表面に触れると、同分子が再び凝固し、前述のような
コールドウォールが発生することになる。

【００１４】図３は、前記の分子線セルにおいて、るつ
ぼ９の底部寄りのヒータ６の発熱により、るつぼ９の底
部が６００℃、８００℃、１０００℃、１２００℃にな
るように各々設定したとき、るつぼ９の放出口１０側の
ヒータ７の発熱により、るつぼ９の放出口１０側が、る
つぼ９の底部の前記設定温度と同じ或は５０℃、１００
℃だけ各々高くなるよう設定し、同様にしてるつぼ９の
各部の温度を測定した結果を示す。例えば、るつぼ９の
底部を１０００℃となるように各々設定したとき、るつ
ぼ９の放出口１０側のヒータ７は、１０００℃、１０５
０℃及び１１００℃となるよう設定した場合である。

【００１５】この図３のグラフから明かな通り、何れの
設定温度でも図２の場合に比べて、るつぼ９の底部から
放出口１０にわたる温度分布が平坦に近くなっているの
がわかる。るつぼ９の底部及び放出口１０の設定温度が
１２００℃付近の高い温度になると、るつぼ９の中間位
置の温度が高くなるが、全体としては図２の場合に比べ
て温度分布は平坦である。

【００１６】図４は、前記の分子線セルにおいて、ヒー
タ６を発熱させず、ヒータ７の発熱により、るつぼ９の
放出口１０側が６００℃、８００℃、１０００℃、１２
００℃になるように各々設定し、同様にしてるつぼ９の
各部の温度を測定した結果を示す。るつぼ９の底部の温
度は熱電対８で測定した実測値を示す。

【００１７】この場合も、図４のグラフから明かな通
り、図２の場合に比べて、るつぼ９の底部から放出口１
０にわたる温度分布が平坦に近くなっているのがわか
る。るつぼ９の設定温度が１２００℃付近の高い温度に
なると、やはりるつぼ９の中間位置の温度が高くなる
が、全体としては図２の場合に比べて温度分布は平坦で
ある。

【００１８】図５は、本発明の他の実施例を示すもので
ある。この実施例では、るつぼ９の放出口１０側のヒー
タ７’として、他方のヒータ６と同様のコイル状のヒー
タを使用し、このヒータ７’でるつぼ９の放出口１０側
の周囲を囲んでいる。このヒータ７’は、他方のヒータ
６とは別に温度制御され、独自に温度設定がなされる。
なお、ヒータ６、７、７’は、るつぼ９の底部寄りと放
出口１０側の２つだけでなく、中間部にも別のヒータを
設けるなど、３つ以上に分離して設けてもよい。これに
より、るつぼ９の中間部の温度上昇を或る程度抑え、全
体に平坦な温度分布を形成することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、る
つぼの底部と放出口１０とで任意に温度条件を設定する
ことで、るつぼの底部から放出口１０に至る部分の温度
勾配を任意に設定できるので、いわゆるコールドウォー
ル等の障害が防止できる。また、分子線発射時の温度条
件を適当に設定することができるようにもなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である分子線セルのるつぼ付近
の要部縦断側面図である。

【図２】同実施例の分子線セルにおいて、るつぼの放出
口側のヒータを発熱させず、るつぼの底部寄りのヒータ
のみを発熱させたときのるつぼの各部の温度分布を示す
グラフである。

【図３】同実施例の分子線セルにおいて、るつぼの放出
口側のヒータとるつぼの底部寄りのヒータとを共に発熱
させたときのるつぼの各部の温度分布を示すグラフであ
る。

【図４】同実施例の分子線セルにおいて、るつぼの放出
口側のヒータのみを発熱させ、るつぼの底部寄りのヒー
タを発熱させなかったときのるつぼの各部の温度分布を
示すグラフである。

【図５】本発明の他の実施例である分子線セルのるつぼ
付近の要部縦断側面図である。

【符号の説明】

６ るつぼの底部側のヒータ ７ るつぼの放出口側のヒータ ７’ るつぼの放出口側のヒータ ８ 熱電対 ９ るつぼ １０ るつぼの放出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒容器形のるつぼ（９）の周囲にヒー
   タ（６）を配置した分子線セルにおいて、るつぼ（９）
   の底部寄りとるつぼ（９）の分子線の放出口（１０）側
   とに各々別のヒータ（６）、（７）を配置したことを特
   徴とする分子線セル。
2. 【請求項２】 前記請求項１において、るつぼ（９）の
   底部寄りに配置されたヒータ（６）と、るつぼ（９）の
   分子線の放出口（１０）側に配置されたヒータ（７）と
   が、各々独自に所定の温度に設定されることを特徴とす
   る分子線セル。