JPS61242991A - Particle beam source for particle beam epitaxial apparatus - Google Patents

Particle beam source for particle beam epitaxial apparatus

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JPS61242991A
JPS61242991A JP8404085A JP8404085A JPS61242991A JP S61242991 A JPS61242991 A JP S61242991A JP 8404085 A JP8404085 A JP 8404085A JP 8404085 A JP8404085 A JP 8404085A JP S61242991 A JPS61242991 A JP S61242991A
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JP
Japan
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particle beam
crucible
heater
tantalum
tube
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Application number
JP8404085A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukiaki Katayama
片山 幸昭
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain sharp particle beam by using a particle beam source composed of a crucible containing a solid raw material and heated with a heater, and a thin tantalum tube having spiral intermediate part, a base end inserted into the opening of the crucible and a tip end designed to get desired particle beam angle distribution. CONSTITUTION:The objective particle beam source is composed of a crucible 2 containing a solid raw material 4 and heated with the heater 8, and a thin tantalum tube 16 having spiral intermediate part, a base end 18 inserted into the opening of the crucible 2 and a tip end 20 designed to get a particle beam having desired angular distribution. When the heater is electrified, the crucible 2 is heated, and at the same time, an electrical current passes through the heater 8 and the thin tantalum tube 16 to generate heat in the thin tantalum tube 16. Particles generated by the evaporation of the solid raw material 4 in the crucible 2 are introduced through the base end 18 into the thin tantalum tube 16 and ejected from its tip end 20.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は基板上に■−v族などの化合物半導体をエピタ
キシャル成長させる装置において、■族元素の粒子線を
発生させる粒子線源に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a particle beam source that generates a particle beam of a group III element in an apparatus for epitaxially growing a compound semiconductor such as a group III-v group on a substrate. .

ここで、「粒子線」の語は、分子、原子、イオン又はラ
ジカルなどを含む意味で使用されており。
Here, the term "particle beam" is used to include molecules, atoms, ions, radicals, etc.

したがって、本発明における「粒子線エピタキシャル装
置」の語は、従来の所謂分子線エピタキシャル装置(M
BE)や、新たに提案されている所謂粒子線エピタキシ
ャル装置(特願昭59−37660号、後述)の他、上
記の意味の粒子線を基板上に照射してエピタキシャル成
長させるその他の装置をも含む意味で使用されている。
Therefore, the term "particle beam epitaxial apparatus" in the present invention refers to the conventional so-called molecular beam epitaxial apparatus (M
BE), the newly proposed so-called particle beam epitaxial device (Japanese Patent Application No. 59-37660, described below), and other devices that perform epitaxial growth by irradiating a substrate with a particle beam as described above. used in meaning.

本発明はそのような広い意味の粒子線エピタキシャル装
置に利用されるものである。
The present invention is applied to such a particle beam epitaxial device in a broad sense.

(従来の技術) 固体状原料を用いる■続元素用の粒子線源として、クヌ
ードセン・セルにクラツキング炉を設けたものが知られ
ている。その粒子線源によれば、クヌードセン・セルで
発生するA s a状態の蒸発粒子がクラツキング炉で
97%まで分解し、その中の約70%がA s 2状態
に、約30%がA s l状態になることが報告されて
いる。
(Prior Art) A Knudsen cell equipped with a cracking furnace is known as a particle beam source for secondary elements using solid raw materials. According to the particle source, 97% of the evaporated particles in the A s a state generated in the Knudsen cell are decomposed in the cracking furnace, of which about 70% become the A s 2 state and about 30% into the A s a state. It has been reported that the state of

■続元素はこれまでテトラマ(Ag3.P4゜5ba)
やダイマ(AS2I P2,5b2)の形で使用されて
いたため、それらの粒子線の強度を直接測定する手段が
なく、粒子線強度を厳密に制御することは行なわれてい
ない。
■The next element has been tetrama (Ag3.P4゜5ba)
Since these particles were used in the form of particle beams such as P2 and Dimer (AS2I P2, 5b2), there is no means to directly measure the intensity of these particle beams, and strict control of the particle beam intensity has not been carried out.

(発明が解決しようとする問題点。(The problem that an invention attempts to solve.

クラツキング炉を設けることにより単原子状態の■続元
素粒子線が得られれば、原子吸光式検出器により粒子線
強度を検出して制御することが可能になる。しかし、粒
子線強度を検出するためには、従来の粒子線源では単原
子粒子の割合が小さく、蒸発粒子の大部分を単原子状態
に分解させる必要がある。
If a continuous element particle beam in a monoatomic state can be obtained by providing a cracking furnace, it will be possible to detect and control the particle beam intensity using an atomic absorption detector. However, in order to detect particle beam intensity, conventional particle beam sources have a small proportion of monatomic particles, and it is necessary to decompose most of the evaporated particles into monatomic particles.

また、クヌードセン・セルにクラツキング炉を追加した
場合、クラツキング炉のヒータや熱電対の実装配線、及
びフランジのリードスルーを追加するような構造にする
と、リード線の接触などの故障を起しやすくなる。
In addition, when a cracking furnace is added to a Knudsen cell, if the structure is such that mounting wiring for the cracking furnace's heater and thermocouple, and lead-throughs for the flange are added, failures such as lead wire contact may easily occur. .

さらに、これまでの粒子線源では一般に粒子線の角度分
布が大きく、そのため原料の損失も大きくなり、排気系
の負担も大きくなっている。
Furthermore, in conventional particle beam sources, the angular distribution of the particle beam is generally large, resulting in a large loss of raw material and a heavy burden on the exhaust system.

本発明は、クヌードセン・セルのように固体状原料を使
用するセルとクラツキング炉とを備えた粒子線源におい
て1粒子線の大部分を単原子状態とするとともに、セル
のヒータとクラツキング炉の電気的接続を簡略化し、更
に粒子線の角度分布を鋭いものにして原料の効率化を図
り、排気系への負担を減少させ、■続元素により粒子線
エピタキシャル装置が汚染されることに起因する弊害を
低減することを目的とするものである。
The present invention provides a particle beam source equipped with a cell that uses solid raw materials, such as a Knudsen cell, and a cracking furnace. By simplifying the physical connection and sharpening the angular distribution of the particle beam, we aim to improve the efficiency of raw materials, reduce the burden on the exhaust system, and reduce the negative effects caused by contamination of the particle beam epitaxial equipment by continuation elements. The purpose is to reduce the

(問題点を解決するための手段) 本発明の粒子線源は、実施例を示す第1図を参照して説
明すると、固体状原料4を収容しヒータ8により加熱さ
れるルツボ2と、中間部が螺旋状に形成され、基端部1
8がルツボ2の開口に挿入され、先端部20が所望の粒
子線角度分布を得るようにその内径と長さとが設定され
ているタンタル細管16と、を備え、タンタル細管16
自体に電流を流すことによりタンタル細管16を発熱さ
せるようにするとともに、タンタル細管16とルツボ2
のヒータ8とを接続して構成されている。
(Means for Solving the Problems) The particle beam source of the present invention will be described with reference to FIG. 1 showing an embodiment. The proximal end 1 is formed into a spiral shape.
8 is inserted into the opening of the crucible 2, and the tantalum capillary tube 16 has an inner diameter and length set so that the tip portion 20 obtains a desired particle beam angle distribution.
The tantalum tube 16 is made to generate heat by passing a current through itself, and the tantalum tube 16 and the crucible 2 are
The heater 8 is connected to the heater 8.

(作用) ルツボ2のヒータ8に通電するとルツボ2が加熱される
とともに、ヒータ8を経てタンタル細管16にも電流が
流れ、タンタル細管16が発熱する。ルツボ2内では固
体状原料4が加熱されて蒸発するが、■続元素の場合に
は一般に多原子状態の粒子となって蒸発する。この蒸発
した粒子はルツボ2からタンタル細管16へ入り、螺旋
状の部分を通りながら加熱されたタンタル表面の触媒作
用を受けて分解され、二原子状態や単原子状態の粒子と
なる。
(Function) When the heater 8 of the crucible 2 is energized, the crucible 2 is heated, and the current also flows through the heater 8 to the tantalum tube 16, causing the tantalum tube 16 to generate heat. In the crucible 2, the solid raw material 4 is heated and evaporated, and in the case of a continuous element, it generally evaporates in the form of polyatomic particles. These evaporated particles enter the tantalum thin tube 16 from the crucible 2, and while passing through a spiral portion, are decomposed by the catalytic action of the heated tantalum surface, becoming particles in a diatomic state or a monoatomic state.

タンタル細管16の先端から噴出する粒子線は。The particle beam ejected from the tip of the tantalum tube 16 is as follows.

そのタンタル細管16の先端部20の内径と長さとで規
定、される角度分布をもって噴出される。
It is ejected with an angular distribution defined by the inner diameter and length of the tip 20 of the tantalum thin tube 16.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例を表わす。(Example) FIG. 1 represents one embodiment of the invention.

2はクヌードセン・セルを構成するルツボであり、内部
にV続元素の固体状原料4を収容する。
2 is a crucible constituting a Knudsen cell, in which a solid raw material 4 of a V-group element is accommodated.

ルツボ2は高真空中でよく脱ガス処理されたパイロライ
ティック・ボロン・ナイトライド(以下PBNという)
により構成され、上部の開口部において、上部固定板6
により支持されている。上部固定板6もPBNにより構
成されている。ルツボ2の側部の周囲にはタンタル板ヒ
ータ8が配置されている。タンタル板ヒータ8は、展開
すると第2図に示されるように、1枚のタンタル板を蛇
行状に打ち抜いたものであり、対向する一対の辺に沿っ
た折曲り部に突起10・・・・・・、12・・・・・・
が設けられている。タンタル板ヒータ8はルツボ2の側
部の周囲をとり囲むように曲げられ、突起10・・・・
・・、12・・・・・・がそれぞれ上部固定板6、下部
固定板14に設けられた穴に差し込まれて固定されてい
る。下部固定板14もまた、PBNにより構成されてい
る。
Crucible 2 is pyrolytic boron nitride (hereinafter referred to as PBN) that has been well degassed in a high vacuum.
At the upper opening, the upper fixing plate 6
Supported by The upper fixing plate 6 is also made of PBN. A tantalum plate heater 8 is arranged around the side of the crucible 2. The tantalum plate heater 8, as shown in FIG. 2 when unfolded, is made by punching out a single tantalum plate in a meandering shape, and has protrusions 10 at the bends along a pair of opposing sides. ..., 12...
is provided. The tantalum plate heater 8 is bent so as to surround the side of the crucible 2, and has protrusions 10...
. . , 12 . . . are inserted into holes provided in the upper fixing plate 6 and the lower fixing plate 14, respectively, and are fixed. The lower fixing plate 14 is also made of PBN.

16はタンタル細管であり、その基端部18は直線状に
形成され、固定板6を貫通してルツボ2の開口に挿入さ
れている。これにより、ルツボ2の開口とタンタル細管
16とがつながり、ルツボ2の開口の他の部分は上部固
定板6などにより閉じられることになる。タンタル細管
16の中間部は粒子線の分解効率を高めるために螺旋状
に形成されている。また、タンタル細管16の先端部2
0は直線状に形成され、その内径と長さの比は所望の粒
子線角度分布を得ることができるように設定されている
Reference numeral 16 denotes a tantalum thin tube, the proximal end 18 of which is formed in a linear shape, and is inserted into the opening of the crucible 2 through the fixing plate 6. Thereby, the opening of the crucible 2 and the tantalum thin tube 16 are connected, and the other part of the opening of the crucible 2 is closed by the upper fixing plate 6 or the like. The middle portion of the tantalum thin tube 16 is formed into a spiral shape to increase the efficiency of particle beam decomposition. In addition, the tip portion 2 of the tantalum thin tube 16
0 is formed in a straight line, and the ratio of its inner diameter to length is set so as to obtain a desired particle beam angle distribution.

22は上部固定板6に固定されてヒータ接続端子を兼ね
る固定金具、であり、タンタル細管16の基端部18は
、その固定金具22に固定されて支持され、タンタル細
管16の先端部20は固定金具24により固定棒26に
固定されて支持されている。28は上部固定板6に固定
されヒータ接続端子を兼ねる固定金具であり、固定棒2
6は、その固定金具28により固定されて支持されてい
る。
Reference numeral 22 denotes a fixture that is fixed to the upper fixing plate 6 and also serves as a heater connection terminal; the base end 18 of the tantalum thin tube 16 is fixed to and supported by the fixture 22; It is fixed to and supported by a fixing rod 26 by a fixing metal fitting 24. 28 is a fixing metal fitting that is fixed to the upper fixing plate 6 and also serves as a heater connection terminal, and the fixing rod 2
6 is fixed and supported by its fixture 28.

固定金具22,24,28及び固定棒26はタンタル製
である。固定金具22及び28はそれぞれタンタル板ヒ
ータ8に接続され、それによりタンタル板ヒータ8を経
てタンタル細管16に電流が流されるようになっている
The fixing fittings 22, 24, 28 and the fixing rod 26 are made of tantalum. The fixing fittings 22 and 28 are each connected to a tantalum plate heater 8, so that a current is passed through the tantalum plate heater 8 and into the tantalum capillary tube 16.

30.32はフランジ34に固定された支持棒であり、
それらの先端部には支持台36が固定されている。支持
台36を貫通して2本のタンタル製リード38.40が
固定されており、そのり−ド38.40の基端部はフラ
ンジ34を貫通するリードスルー42.44となるとと
もに、リード38.40の先端には下部固定板14が固
定されている。
30.32 is a support rod fixed to the flange 34;
A support stand 36 is fixed to their tips. Two tantalum leads 38.40 are fixed through the support base 36, and the proximal ends of the leads 38.40 become lead throughs 42.44 that pass through the flange 34, and the leads 38 A lower fixing plate 14 is fixed to the tip of the .40.

46は熱電対であり、ルツボ2底部に接触させられ、フ
ランジ34のリードスルー47を経て外部に取り出され
ている。
46 is a thermocouple, which is brought into contact with the bottom of the crucible 2 and taken out to the outside through a lead through 47 of the flange 34.

48はタンタル細管16の側方をとり囲む熱シールド、
50はルツボ2及びヒータ8からなるクヌードセン・セ
ルの側方をとり囲む熱シールドであり、いず九もタンタ
ル薄板を相互に間隙をもった状態で多重に重ねられて構
成されている。さらに、下部固定板14と支持台36の
間にも熱シールド52が設けられており、この熱シール
ド52もタンタル薄板を相互に間隙をもった状態で多重
に重ねられて構成されている。
48 is a heat shield surrounding the sides of the tantalum tube 16;
50 is a heat shield that surrounds the sides of the Knudsen cell consisting of the crucible 2 and the heater 8, and is constructed by stacking tantalum thin plates in multiple layers with gaps between them. Furthermore, a heat shield 52 is also provided between the lower fixing plate 14 and the support base 36, and this heat shield 52 is also constructed by stacking tantalum thin plates in multiple layers with gaps between them.

リードスルー42.44に電圧が印加されると、リード
38,40.ヒータ8を通り、固定金具22、タンタル
細管16、固定金具24、固定棒26、固定金具28の
経路で電流が流れる。
When voltage is applied to lead throughs 42, 44, leads 38, 40 . A current flows through the heater 8 through the path of the fixture 22, the tantalum thin tube 16, the fixture 24, the fixture rod 26, and the fixture 28.

粒子線強度はヒータ8への通電量を変えクヌードセン・
セルの温度を変えて行なうが、ヒータ8への通電量を変
えた場合にもタンタル細管16には所定の分解率を得る
温度になるような電流が流れるように、ヒータ8とタン
タル細管16の抵抗値が設定されている6すなわち、本
実施例により砒素粒子線を発生させる場合、タンタル細
管16によるクラッキングの割合は第3図に示されるよ
うになる。そこで、ヒータ8の通電量を変化させた場合
にもタンタル細管16の温度が斜線の施された領域に入
るように設定されているのである。
The intensity of the particle beam can be determined by changing the amount of electricity applied to the heater 8.
This is done by changing the temperature of the cell, but the heater 8 and the tantalum tube 16 are connected so that even if the amount of current applied to the heater 8 is changed, a current flows through the tantalum tube 16 at a temperature that provides a predetermined decomposition rate. When the resistance value is set 6, that is, when an arsenic particle beam is generated according to this embodiment, the cracking rate by the tantalum thin tube 16 is as shown in FIG. Therefore, even when the amount of current applied to the heater 8 is changed, the temperature of the tantalum thin tube 16 is set so as to fall within the shaded area.

本実施例では、ルツボ2のヒータとして板状のヒータ8
を使用しているので、従来のコイルヒータの場合のよう
な支持部材が不要になり、不要なガスの発生を抑えるこ
とができ、高品質の結晶成長を行なうことができるとと
もに、コイルヒータより故障率が低下する。
In this embodiment, a plate-shaped heater 8 is used as a heater for the crucible 2.
This eliminates the need for supporting members like in the case of conventional coil heaters, suppresses the generation of unnecessary gas, allows for high-quality crystal growth, and reduces the risk of failure compared to coil heaters. rate decreases.

前に引用した特願昭59−37660号で提案されてい
る粒子線エピタキシャル装置を第4図に示す。
FIG. 4 shows the particle beam epitaxial apparatus proposed in Japanese Patent Application No. 59-37660 cited above.

この粒子線エピタキシャル装置では、真空チェインバ6
2が、傾斜して設けられた液体窒素シュラウド64によ
り線源室66と成長室68に分離されている。
In this particle beam epitaxial apparatus, a vacuum chamber 6
2 is separated into a radiation source chamber 66 and a growth chamber 68 by an inclined liquid nitrogen shroud 64.

液体窒素シュラウド64は内部が中空で液体窒素のよう
な冷媒を充填することができ、冷媒導入口(図示略)と
気化した冷媒のガス排気口(図示略)を備えている。液
体窒素シュラウド64には線源室66から成長室68へ
粒子線90a、90C・・・・・・を通すための素群7
0a、70b、70c・・・・・・や必要に応じてシャ
ッタ操作用の穴などが設けられている。
The liquid nitrogen shroud 64 is hollow inside and can be filled with a refrigerant such as liquid nitrogen, and includes a refrigerant inlet (not shown) and a gas exhaust port (not shown) for vaporized refrigerant. The liquid nitrogen shroud 64 has elementary groups 7 for passing particle beams 90a, 90C, . . . from the source chamber 66 to the growth chamber 68.
0a, 70b, 70c, etc., and holes for shutter operation are provided as necessary.

線源室66には複数の粒子線源72,74゜76・・・
・・・1粒子線源72,74,76・・・・・・からの
粒子線82 a、 82 b、 82 c・・・・・・
を選択するシャッタ78及び高真空ポンプにつながる排
気口80とが設けられており、その排気口80は各粒子
線源72,74.76・・・・・・からの粒子線82a
The radiation source chamber 66 includes a plurality of particle radiation sources 72, 74° 76...
Particle beams 82 a, 82 b, 82 c... from one particle beam source 72, 74, 76...
A shutter 78 for selecting a particle beam and an exhaust port 80 connected to a high vacuum pump are provided.
.

82b、82c・・・・・・の不用部分が液体窒素シュ
ラウド64又はシャッタ78で反射されてできる不用な
反射粒子線84.・・・・・・を有効に排出できるよう
に、液体窒素シュラウド64に対し傾斜して対向する位
置に設けられている。
82b, 82c, . . . are reflected by the liquid nitrogen shroud 64 or the shutter 78, resulting in an unnecessary reflected particle beam 84. .

成長室68には基板支持台(図示略)に固着された基板
86と、線源室66の真空系とは独立した高真空ポンプ
につながる排気口88が設けられている。基板86の表
面には、液体窒素シュラウド64の素群70a、70b
、70c・・・・・・を経て粒子線源72,74,76
・・・・・・から有用な粒子線90a、90c・・・・
・・が入射されるが、基板86の表面で反射されてでき
る不用な粒子線92.・・・・・・が排気口88の方向
に反射されて有効に排出されるように基板86の固着角
度が設定されている。
The growth chamber 68 is provided with a substrate 86 fixed to a substrate support (not shown) and an exhaust port 88 connected to a high vacuum pump independent of the vacuum system of the radiation source chamber 66. On the surface of the substrate 86, elementary groups 70a and 70b of the liquid nitrogen shroud 64 are formed.
, 70c... and then the particle beam sources 72, 74, 76
Useful particle beams 90a, 90c... from...
. . is incident, but it is reflected by the surface of the substrate 86, resulting in an unnecessary particle beam 92. The fixing angle of the substrate 86 is set so that... is reflected toward the exhaust port 88 and effectively discharged.

粒子線源72,74,76・・・・・・は発生する粒子
線強度が制御できる形成のものである。そのような粒子
線源としては、本発明の粒子線源や、クラツキング炉を
備えないクヌードセン・セルのような固体状原料を使用
するものの他1例えば、粒子線発生絞りでビーム状にな
った粒子線がイオン化室を通るときにイオン化され、電
極で加速され収束され、磁場で不用なイオンが分離され
て有用なイオンのみが粒子線となって出射される電子イ
オン化線源、光イオン化室でイオン化又はラジカル化さ
れた粒子線のうち不用なイオンが四重極マスフィルタで
分離され、有用なイオン及びラジカルの粒子線のみが粒
子線となって出射される光イオン化線源、又は原料ガス
を熱分解させる形式のもののようなガス状原料を使用す
るものなどである。
The particle beam sources 72, 74, 76, . . . are configured such that the intensity of the generated particle beams can be controlled. Examples of such a particle beam source include the particle beam source of the present invention, a Knudsen cell without a cracking furnace that uses solid raw materials, and one that uses a particle beam shaped by a particle beam generation aperture. Electron ionization source where the beam is ionized as it passes through the ionization chamber, accelerated and focused by an electrode, unneeded ions are separated by a magnetic field, and only useful ions are emitted as a particle beam, ionized in the photoionization chamber Alternatively, a photoionization source in which unnecessary ions of the radicalized particle beam are separated by a quadrupole mass filter and only useful ion and radical particle beams are emitted as a particle beam, or a source gas is heated. These include those that use gaseous raw materials, such as those that are decomposed.

これらの粒子線源は、ヒータの通電量又はフローコント
ローラの流量を制御することにより粒子線発生量を制御
することができる。
These particle beam sources can control the amount of particle beam generation by controlling the amount of electricity applied to the heater or the flow rate of the flow controller.

このような粒子線エピタキシャル装置に設けられる粒子
線源の種類と数は、成長させる結晶の種類に応じて任意
に選ぶことができる。
The type and number of particle beam sources provided in such a particle beam epitaxial apparatus can be arbitrarily selected depending on the type of crystal to be grown.

ガス状原料を用いる場合、高真空ポンプとして連続運転
可能なターボ分子ポンプが最も好ましい。
When using a gaseous raw material, a turbo-molecular pump capable of continuous operation as a high-vacuum pump is most preferable.

この粒子線エピタキシャル装置の動作中は、線源室66
では、液体窒素シュラウド64の六群70a、70b、
70c・・・・・・を通過しない不用な粒子線はシャッ
タ78又は液体窒素シュラウド64で反射されて排気口
80へ排出されるか、液体窒素その他の冷媒温度に冷却
されている液体窒素シュラウド64に吸着されることに
より線源室−66の高真空が維持される。成長室68で
は素群70a、70b、70c・・・・・・を通過して
きた有用な粒子線90a、90c・・・・・・により基
板86上でエピタキシャル成長が行なわれるが5粒子線
90a、90c・・・・・・のうちエピタキシャル成長
に使用されなかった不用な粒子線は反射粒子線92.・
・・・・・となって排気口88へ排出されるか、液体窒
素シュラウド64に吸着されることにより、成長室68
の高真空が維持される。そして、成長室68では素群7
0a、70b、70c・・・・・・を経て入射される粒
子線90a、90c・・・・・・の量が線源室66へ入
射される粒子線82a、82b、82c・・・・・・の
量よりも少なく、また、成長室68と線源室66とは六
群70a、70b、70c・・・・・・でつながってい
るがこの六群70a、70b、70c・・・・・・の径
が液体窒素シュラウド64の全面積に比べると極めて小
さいので、成長室68と線源室66の間で差動排気が行
なわれて成長室68の方が高真空となり、基板86の周
辺が例えば10−1aTorrというような高真空に保
たれる。
During operation of this particle beam epitaxial apparatus, the source chamber 66
Now, the six groups 70a, 70b of the liquid nitrogen shroud 64,
Unnecessary particle beams that do not pass through the shutter 78 or the liquid nitrogen shroud 64 are discharged to the exhaust port 80, or the liquid nitrogen shroud 64 is cooled to the temperature of liquid nitrogen or other refrigerant. The high vacuum of the radiation source chamber-66 is maintained by being attracted to the radiation source chamber-66. In the growth chamber 68, epitaxial growth is performed on the substrate 86 by useful particle beams 90a, 90c, etc., which have passed through elementary groups 70a, 70b, 70c, etc. . . . Among them, unnecessary particle beams not used for epitaxial growth are reflected particle beams 92.・
...and is discharged to the exhaust port 88 or adsorbed by the liquid nitrogen shroud 64, thereby leaving the growth chamber 68.
A high vacuum is maintained. Then, in the growth chamber 68, the prime group 7
The amount of particle beams 90a, 90c..., which are incident on the radiation source chamber 66 through the particle beams 82a, 82b, 82c... The growth chamber 68 and the radiation source chamber 66 are connected by six groups 70a, 70b, 70c... Since the diameter of . is maintained at a high vacuum of, for example, 10 −1 Torr.

(発明の効果) 本発明によれば以下のような効果を有する実用性の高い
固体状原料の粒子線源を得ることができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, it is possible to obtain a highly practical solid raw material particle radiation source having the following effects.

(1)タンタル細管自体に通電して発熱させるとともに
、タンタル細管をルツボのヒータに接続することにより
、ヒータ部材とヒータ用リード線を削減することができ
る。これにより電気配線が簡略化され、フランジのリー
ドスルーも少なくてすむようになり、リード線接触によ
る故障の発生が少なくなる。
(1) By energizing the tantalum tube itself to generate heat and connecting the tantalum tube to the heater of the crucible, the number of heater members and heater lead wires can be reduced. This simplifies the electrical wiring, reduces the need for flange lead-through, and reduces the occurrence of failures due to lead wire contact.

(2)分解効率が高い。(2) High decomposition efficiency.

第3図にタンタル細管16の温度と砒素粒子線の熱分解
の割合の一例を示す。
FIG. 3 shows an example of the temperature of the tantalum tube 16 and the rate of thermal decomposition of the arsenic particle beam.

砒素粒子線は加熱されたタンタル表面の触媒作用を受け
て効率よく分解され1発生粒子線は殆んどが単原子As
+の状態になる。
The arsenic particle beam is efficiently decomposed by the catalytic action of the heated tantalum surface, and most of the generated particle beams are monoatomic As.
It becomes a + state.

従来はV族元素の粒子線は多原子状態であってその強度
を検出する手軽な手段がなかったが、このように単原子
状態の粒子線が得られると原子吸光式検出器により粒子
線強度を検出することができるようになり、その検出値
をもとにして粒子線の発生強度を制御できるようになる
Previously, particle beams of group V elements were in a polyatomic state, and there was no easy means to detect their intensity.However, if a particle beam in a monoatomic state is obtained in this way, an atomic absorption detector can be used to measure the particle beam intensity. can now be detected, and the intensity of particle beam generation can be controlled based on the detected values.

(3)粒子線はタンタル細管16の先端から噴射され、
その先端部20の形状は噴射される粒子線の角度分布を
小さくするように設定されている。
(3) The particle beam is injected from the tip of the tantalum tube 16,
The shape of the tip 20 is set to reduce the angular distribution of the ejected particle beam.

本実施例の粒子線源と従来の粒子線源とで、粒子線量を
等しくして両者のピーク強度の角度分布を比較した結果
を第5図に示す。
FIG. 5 shows the results of comparing the angular distribution of peak intensity between the particle beam source of this example and the conventional particle beam source, with the particle doses being made equal.

55は本実施例の場合、56は従来の場合である0本実
施例では細管の形状効果として粒子線のピーク強度分布
が鋭くなっているのに対し、従来の粒子線源ではノズル
径が太くなるためノズル先端から粒子線が噴射するとき
の広がり角が大きくなる。第4図に示されたような粒子
線エピタキシャル装置の場合には、本実施例のように粒
子線のピーク強度分布の小さい粒子線源であれば粒子線
をより多く成長室へ導入することができるので、原料の
効率化を図り、排気系の負担を減少させ、粒子線エピタ
キシャル装置の汚染を少なくする上で好都合である。
55 is for this example, 56 is for the conventional case. 0 In this example, the peak intensity distribution of the particle beam is sharp due to the shape effect of the thin tube, whereas in the conventional particle beam source, the nozzle diameter is thicker. Therefore, the spread angle when the particle beam is ejected from the nozzle tip increases. In the case of a particle beam epitaxial apparatus as shown in FIG. 4, if the particle beam source has a small peak intensity distribution of the particle beam as in this example, it is possible to introduce more particle beams into the growth chamber. This is advantageous in terms of increasing the efficiency of raw materials, reducing the burden on the exhaust system, and reducing contamination of the particle beam epitaxial apparatus.

(4)熱分解用パイプとしてタンタル管を使用したので
、石英パイプを使用した従来のものに比べて機械的に強
く、しかも成長結晶への不純物の混入も少なくなる。
(4) Since a tantalum tube is used as the pyrolysis pipe, it is mechanically stronger than the conventional one using a quartz pipe, and moreover, there is less contamination of impurities into the growing crystal.

(5)タンタル細管自体に通電して加熱するので、従来
のように石英パイプを外側から加熱する場合に比べて必
要部材が少なくてすみ、それだけ不良ガスの発生源が少
なくなり、成長結晶の品質が向上する。
(5) Since the tantalum thin tube itself is heated by electricity, fewer parts are required compared to the conventional method of heating a quartz pipe from the outside, which reduces the number of sources of bad gas and improves the quality of the grown crystal. will improve.

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

第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は同実
施例で使用されるルツボのヒータを展開した状態で示す
平面図、第3図は同実施例におけるタンタル細管の温度
と砒素粒子線の分解の割合との関係を示す図、第4図は
本発明が適用される粒子線エピタキシャル装置の一例を
示す概略断面図、第5図は同実施例と従来例においてタ
ンタル細管又はノズルから噴射する粒子線の角度分布を
示す図である。 2・・・・・・ルツボ、 4・・・・・・固体状原料、 8・・・・・・ヒータ、 16・・・・・・タンタル細管、 18・・・・・・タンタル細管の基端部、20・・・・
・・タンタル細管の先端部。
Fig. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan view showing the crucible heater used in the embodiment in an expanded state, and Fig. 3 is the temperature of the tantalum thin tube in the embodiment. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a particle beam epitaxial device to which the present invention is applied, and FIG. Or it is a figure which shows the angular distribution of the particle beam injected from a nozzle. 2... Crucible, 4... Solid raw material, 8... Heater, 16... Tantalum tubule, 18... Base of tantalum tubule. End, 20...
...The tip of a tantalum tube.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)固体状原料を収容しヒータにより加熱されるルツ
ボと、 中間部が螺旋状に形成され、基端部が前記ルツボの開口
に挿入され、先端部が所望の粒子線角度分布を得るよう
にその内径と長さとが設定されているタンタル細管と、
を備え、 このタンタル細管に電流を流すことによりこのタンタル
細管を発熱させるとともに、このタンタル細管と前記ル
ツボのヒータとを接続した粒子線エピタキシャル装置の
粒子線源。
(1) A crucible that accommodates a solid raw material and is heated by a heater; an intermediate portion is formed in a spiral shape, a base end is inserted into the opening of the crucible, and a tip end is configured to obtain a desired particle beam angle distribution. A tantalum tube whose inner diameter and length are set to
A particle beam source for a particle beam epitaxial apparatus, comprising: causing the tantalum thin tube to generate heat by passing a current through the tantalum thin tube, and connecting the tantalum thin tube to a heater of the crucible.
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