KR940010147B1 - Cracker cell for hybride gas - Google Patents

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Abstract

The cracker cell for compound semiconductor epitaxy thin films includes a gas injection tube (9) and a thermal insulation reflector (10). The cell can dissociate the hydride gas with a high efficiency and with a low gas leakage and outgassings, by use of a gas injection tube made of stainless steel, a ceramic tube made of alumina, and a baffle and a thermal insulation reflector made of tantalum (Ta). It consists of a gas injection flange section (3) with a ceramic (7) and a stainless steel tube (14), a gas dissociation section (4) with baffle (17), and an electrical feedthrough flange section (2) with Cu wire (5) connecting lead wires of thermocouple (8) and lead wires (16) of heating filament (6).

Description

수소화물(hydride) 가스용 크랙커 셀(cracker cell)Cracker cell for hydride gas

제 1 도는 본 발명의 크랙커 셀 조립체의 단면도.1 is a cross-sectional view of a cracker cell assembly of the present invention.

제 2a, b 도는 가스주입용 플렌지의 단면도 및 평면도.Sections 2a, b or in cross section and plan view of the gas injection flange.

제 3a, b 도는 가스분해장치부의 단면도 및 평면도.Section 3a, b or a cross-sectional view and plan view of the gas cracker.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 증착실플렌지 2 : 전기적 피이드 스로우용 플렌지부1: Deposition chamber flange 2: Flange part for electric feed throw

3 : 가스 주입용 플렌지부 4 : 가스분해장치부3: gas injection flange portion 4: gas decomposition device portion

5 : 구리선 6 : 필라멘트5: copper wire 6: filament

7 : 시레믹관 8 : 열전대7: ceramic tube 8: thermocouple

9 : 주입관 10 : 리플렉터9 injection tube 10 reflector

11 : 알루미나 시레믹관 14 : 스텐레스 스틸관11: alumina ceramic tube 14: stainless steel tube

16 : 리이드선 17 : 베플16: lead wire 17: baffle

본 발명은 화합물 반도체 에피탁시(epitaxy) 박막을 제작하는데 사용되는 장치로서, 아신(AsH3), 포스핀(PH3)과 같은 수소화물(hydride) 원료가스를 효율적으로 열분해(thermal dissociation)시키는 장치인 크랙커 셀(cracker cell)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is a device used to fabricate a compound semiconductor epitaxy thin film, which efficiently thermally dissociates a hydride raw material gas such as asin (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ). It relates to a cracker cell which is a device.

전자, 광자소자 제작에 있어서, 양질의 화합물 반도체 에피탁시 박막이 요구되는데 이를 구현하기 위해서 초고진공(ultra high vacuum)하에서 작동되는 CBE(chemical beam epitaxy) 및 GSMBE(gas source molecular beam epitaxy)와 같은 증착시스템이 개발되고 있으며, 상기 증착시스템의 성능 및 효율성을 극대화시키는데 부합되는 크랙커 셀과 같은 각종 주요장치들이 활발히 개발되고 있다.In electronic and photonic device fabrication, high-quality compound semiconductor epitaxy thin films are required. To achieve this, chemical beam epitaxy (CBE) and gas source molecular beam epitaxy (GSMBE) are operated under ultra high vacuum. Deposition systems are being developed, and various major devices such as cracker cells are being actively developed to maximize the performance and efficiency of the deposition system.

화합물 반도체 에피탁시 박막제작용 CBE 및 GSMBE 시스템은 유기물 금속(metalorganic) 가스와 수소화물 가스를 원료가스로 사용하고 있는데, 소자 제작에 적합한 양질의 에피탁시 박막을 제조하기 위해서는 수소화물 원료가스를 고온에서 열분해하여 초고진공 상태의 증착실로 주입시켜야 한다. 따라서 본 발명이 장치인 초고진공 상태의 증착실로 주입시켜야 한다. 따라서 본 발명의 장치인 크랙커 셀은 아신, 포스핀과 같은 수소화물 원료가스를 가스조절장치(gas handling system)로부터 공급받아서, 이들 원료가스를 800~1000℃ 고온상태의 영역(hot zone 혹은 crackin zone)을 많은 횟수의 층들을 거치며 통과시킴으로써, 고효율의 열분해 특성을 가지면서 최종적으로 As 2, P2와 같은 다이머(dimer) 가스빔을 안정하게 증착실로 공급하는 장치이다.Thin film action of compound semiconductor epitaxy CBE and GSMBE systems use metalorganic gas and hydride gas as raw material gas. To produce high quality epitaxy thin film suitable for device fabrication, hydride raw material gas is used. It must be pyrolyzed at high temperature and injected into the ultra high vacuum deposition chamber. Therefore, the present invention must be injected into the deposition chamber of the ultra-high vacuum state device. Therefore, the cracker cell of the present invention receives a hydride raw material gas such as acine or phosphine from a gas handling system, so that these raw material gases are in a hot zone or a crackin zone at 800 to 1000 ° C. ) Is a device for stably supplying a dimer gas beam such as As 2 and P2 to the deposition chamber while having high efficiency of pyrolysis through several layers.

기존에 개발된 MBE(moecular beam epitaxy) 시스템에 사용되는 크랙커 셀은 2단계 장치로서, 아시닉(As)와 포스포러스(P)와 같은 단원자 고체덩어리를 누센(Kundsen)셀과 같은 소오스에 의하여 1단계로 증발시키고, 증발된 원료기체를 크랙킹 영역(cracking zone)에 통과시켜 2단계로 열분해시키는 것이다.The cracker cell used in the previously developed moecular beam epitaxy (MBE) system is a two-stage device, in which monoatomic solid masses such as Asic and phosphorus (P) are loaded by sources such as Kundsen cells. Evaporate the raw material gas in one step and pass the evaporated raw material gas through a cracking zone to pyrolyze it in two steps.

또한 CBE 및 GSMBE시스템에 사용되는 기존의 가스 소오스인 크랙커 셀은 4.5" 크기의 플렌지에 장착 될 수 있어서 많은 설치공간이 소요되는 단점이 있으므로 더욱더 효과적으로 밀집된 장치의 개발이 요구된다.In addition, the cracker cell, which is a conventional gas source used in CBE and GSMBE systems, can be mounted on a 4.5 "size flange, which requires a lot of installation space.

기존의 장치에 있어서는 금속으로된 가스주입관이 플렌지와 수직으로 설치되어 있으므로 주입관의 갯수 및 설치공간이 제한을 받으며, 상기 금속 주입관의 구조로 인해서 고온부에서 하부구조인 플렌지에로의 열전달 방지책이 미비하며, 장치의 복잡한 구조로 인해서 장치의 제작, 설치, 보수등에 문제점이 많으므로 개선책이 요구된다.In the existing device, since the gas injection pipe made of metal is installed vertically with the flange, the number and installation space of the injection pipe are limited. Due to the structure of the metal injection pipe, a heat transfer prevention measure from the high temperature portion to the flange is a lower structure. There are many problems in manufacturing, installing, and repairing the device due to the incomplete structure and the complicated structure of the device.

기존장치의 문제점을 해결하면서 효율적인 열분해 기능을 수행하는데 있어서의 요구되는 장치는 여러 조건을 충족시켜야 하는데, 주요한 것은 다음과 같다.In order to solve the problems of the existing apparatus and to perform efficient pyrolysis function, the required apparatus must satisfy various conditions.

첫째, 장치가 초고진공하에서 작동되어야 되기 때문에 사용되는 재료는 가스발생(outgassing)이 극히 적은 재료이어야 한다.First, the material used must be extremely low in outgassing because the device must be operated under ultra-high vacuum.

둘째, 1000℃ 정도의 높은 작동온도로 인해서 모든 재료가 고용융점 재료이어야 한다.Secondly, due to the high operating temperature of around 1000 ° C, all materials must be high melting point materials.

셋째, 장치는 유득한 원료가스를 사용하므로 가스누출이 없는 안정성이 보장되어야 한다.Third, the device uses good raw material gas, so stability without gas leakage should be ensured.

넷째, 테트라머(tetramer)에 대한 다이머(dimer)의 비율이 90% 이상인 열분해 특성을 가져야 하며, 발생되는 힘의 안정성이 양호해서 많은 횟수의 증착시의 재현성이 확보되어야 한다.Fourth, the ratio of the dimer to the tetramer should have a thermal decomposition property of 90% or more, and the stability of the generated force should be good to ensure reproducibility during the deposition of a large number of times.

다섯째, 가스의 유입선(gas inlet line)과 고진공 증착실의 가스 압력차가 유지되어서, 저량의 가스빔의 정확한 조절과 빠른 응답특성이 있어야 한다.Fifth, the gas pressure difference between the gas inlet line and the high vacuum deposition chamber is maintained, so that the low gas beam must be precisely controlled and have fast response characteristics.

여섯째, 2,75"(70mm)크기의 플렌지에 설치되도록 효과적으로 밀집된 장치어야 하며, 장치의 제작, 설치, 유지, 보수가 용이하여야 한다.Sixth, the device should be effectively compacted to be installed on a 2,75 "(70mm) size flange, and the device should be easy to manufacture, install, maintain, and repair.

상기와 같은 조건을 만족할 수 있도록 하기 위한 목적으로 본 발명은 안출된 것이다.The present invention has been made for the purpose of satisfying the above conditions.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 가스 주입관 및 플렌지부를 스텐레스 스틸로 하고 시레믹관은 알루미나, 베플 및 열차단 리플렉터는 탄탈륨(Ta)등과 같은 재료를 사용하여 초고진공에서 가스발생이 극히 적도록 하였다.In order to achieve the above object, in the present invention, the gas injection pipe and the flange part are made of stainless steel, and the ceramic tube is made of materials such as alumina, baffle, and heat shield reflector such as tantalum (Ta), so that gas generation is extremely low in ultra high vacuum. It was.

특히 1000℃ 정도의 고온 히터부에 사용되는 시레믹관인 알루미나, 필라멘트, 베플 및 열차단 리플렉터에 사용되는 탄탈륨(Ta) 금속체는 1000℃ 정도의 고온에서 작동이 가능한 고용융점 재료로서 고온 히터부에 사용되어도 무방하다.In particular, alumina, filament, baffle, and tantalum (Ta) metal body used in the heat shield reflector, which are used in the high temperature heater of about 1000 ° C, is a high melting point material that can operate at a high temperature of about 1000 ° C. It may be used.

본 장치에 사용되는 가스주입구인 스텐레스 스틸관이 플렌지부에 용접되어 있으므로 가스누출이 방지되며, 가스주입관 외부 가스라인과의 연결은 VCR 피팅으로 되어 있어서 전혀 가스누출이 없도록 하였다. 알루미나 시레믹관과 베플에 많은 횟수로 충돌하게 된다.The stainless steel tube, which is a gas inlet used in this device, is welded to the flange part, preventing gas leakage, and the connection to the gas line outside the gas injection tube is made of VCR fitting so that there is no gas leakage. The alumina ceramic tube and the baffle collide a number of times.

이러한 충돌에 의해서 고효율 열분해 특성이 확보되며, 특히 베플에 레이저나 초음파 가공으로 제작되는 직경 0.25mm 이하의 미세구멍으로 인해서 가스의 분해효율이 증가하고, 효과적인 열차단장치로 인해 증착실 내벽의 가스방출을 즐여서 오염을 방지함과 아울러 분해실의 고온유지로 고효율 열분해 특성과 재현성이 동시에 확보된다.Due to such collisions, high efficiency pyrolysis characteristics are secured. Especially, the efficiency of gas decomposition is increased due to the micropores of 0.25 mm or less, which are manufactured by laser or ultrasonic processing in the baffles, and the gas emission of the inner wall of the deposition chamber is increased due to the effective thermal barrier device. In addition to preventing contamination and maintaining high temperature in the decomposition chamber, high efficiency pyrolysis characteristics and reproducibility are ensured at the same time.

또한 베플에 설치된 직경 0.25mm 이하의 미세구멍으로 가스 콘덕턴스 감소로 인해서 증착실과 가스주입관과의 압력차가 유지되며, 이러한 압력차가 발생되므로 소량의 정밀 가스조절과 빠른 응답특성이 확보된다.In addition, the pressure difference between the deposition chamber and the gas injection pipe is maintained due to the reduction of the gas conductance to the minute holes having a diameter of 0.25 mm or less installed in the baffle, and thus a small amount of precise gas control and fast response characteristics are secured.

그리고 본 발명에 사용되는 플렌지는 2.75인치(70mm) 크기의 스텐레스 스틸플렌지이며, 주요 부품인 가스주입관이 플렌지 측면에 설치되고, 플렌지에 수직으로 지지대, 전기신호선, 알루미나 시레믹관이 설치된 밀집된 장치로서 장치의 제작, 설치, 유지 및 보수가 용이하도록 한 특징을 갖는다. 이하에서 본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다. 제 1 도는 증착실 플렌지(1)에 설치된 크랙커 셀(A) 조립체의 단면을 나타낸 것으로써, 크랙커 셀(A)은 전기적 피이드스로우(electrial feedthrough)용 플렌지부(2), 가스주입용 플렌지부(3), 가스분해 장치부(4)인 3가지 주요부분으로 구성되어 있다.And the flange used in the present invention is a stainless steel flange of 2.75 inches (70mm) size, the gas injection pipe which is a main component is installed on the flange side, as a dense device in which a support, an electric signal line, an alumina ceramic tube is installed perpendicular to the flange It is characterized by making the device easy to manufacture, install, maintain and repair. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view of the cracker cell (A) assembly installed in the deposition chamber flange (1), the cracker cell (A) is a flange portion for electrical feedthrough (2), a gas injection flange portion ( 3) It consists of three main parts which are gas cracking apparatus parts (4).

전기적 피이드스루우용 플렌지부(2)는 직경이 1/4"인 4개의 구리선(5)으로 구성되어 있으며, 각각의 구리선(5)은 시레믹으로 플렌지 본체에 부착되어져 있어서 전기적으로 본체와 절연되어 있다.The flange portion 2 for the electrical feedthrough is composed of four copper wires 5 having a diameter of 1/4 ". Each copper wire 5 is attached to the flange body by a ceramic and electrically insulated from the main body. have.

가스주입용 플렌지부(3)는 상,하 양면으로 구리 가스킷(gaskit)(1a),(2a)을 장착시킬 수 있어서, 두개의 구리 가스킷(1a),(2a)으로 증착실의 플렌지(1)와 전기적 스로우용 플렌지부(2)가 결합된다.The gas injection flange portion 3 can mount the copper gaskets 1a and 2a on both upper and lower sides, so that the flanges 1 of the deposition chamber are provided by the two copper gaskets 1a and 2a. ) And the electrical throw flange portion (2).

가스공급용 긴 시레믹관(7)을 스텐레스 스틸관(14)으로 자체 지지 및 배열되도록 하였으며, 가스주입용 플렌지부(3)의 측면과 중심에 구멍(9a)을 뚫어서 가스주입관(9)과 긴 시레믹관(7)과 연결이 되도록 하였다.The long ceramic tube 7 for gas supply was self-supported and arranged with a stainless steel tube 14, and a hole 9a was drilled in the side and center of the gas injection flange portion 3 so that the gas injection tube 9 and It was to be connected to the long ceramic tube (7).

제 2 도의 (a) 및 (b)는 가스주입용 플렌지부(3)의 단면도 및 평면도를 각기 나타낸 것으로 (b)도에서 보는 바와 같이 가스주입용 플렌지의 조립용 볼트 구멍(13)들 사이에 위치하여 플렌지 측면에서 가스 관통용 구멍(9a)을 뚫는다.(A) and (b) of FIG. 2 show cross-sectional views and plan views of the gas injection flange portion 3, respectively, and as shown in (b), between the bolt holes 13 for assembling the gas injection flange. Position and drill the gas through hole 9a in the flange side.

플렌지 중심에는 그림처럼 계단을 만들어 시레믹관(7)을 설치할 수 있도록하며, 구멍을 뚫고 가스관통용 시레믹관(7)을 지지할 수 있는 스텐레스 스틸관(14)을 설치하여 관 주위로 용접하여 관을 배열 및 지지한다.In the center of the flange, make a staircase as shown in the figure to install the ceramic tube (7), and install a stainless steel tube (14) that can drill a hole and support the gas tube (7) for welding, and weld the tube around the tube. Array and support.

시레믹관(7)과 스텐레스 스틸관(14) 사이의 가스누출 방지기능은 상기 관들의 적은 제작오차와 시레믹관(7)의 큰 가스 콘덕턴스로 해결된다. 가스주입관(9)과의 외부 가스라인과의 연결은 VCR 피팅단자로 제작되어서 분리, 조립이 용이하다.The gas leakage prevention function between the ceramic tube 7 and the stainless steel tube 14 is solved by the small manufacturing error of the tubes and the large gas conductance of the ceramic tube 7. Connection to the external gas line with the gas injection pipe 9 is made of VCR fitting terminal, so it is easy to remove and assemble.

플렌지에 4개의 관통구멍(15)을 직경 1/4"보다 크게 뚫어서 각종 리이드선(16)과 플렌지 사이의 절연을 위한 절연체 마코르(MaCro) 스페이서(18)를 설치하여 양호한 절연성을 확보하게 된다.Four through-holes 15 are drilled in the flange larger than 1/4 "in diameter to provide insulator Makro spacers 18 for insulation between the various lead wires 16 and the flange to ensure good insulation. .

전기적 피이드스로우용 플렌지부(2)의 4개 구리선(5)과 가스 주입용 플렌지(3) 본체와의 전기적 절연을 위해서 절연체인 마코르(MaCro) 스페이서(28)를 사용하였다.In order to electrically insulate the four copper wires 5 of the electrical feed throw flange portion 2 and the gas injection flange 3 main body, a Makro spacer 28 as an insulator was used.

가스분해장치부(4)는 열을 발생시키는 텅스텐 혹은 탄탈륨 필라멘트(6), 발생된 열이 외부로 방사되는 것을 방지하는 열차단 리플렉터(10), 온도측정용 열전대(8), 각종 리이드선(16)과 리이드선 절연을 위한 시레믹관(11), 가스의 충돌횟수를 늘리고 주입관(9)의 압력과 증착실의 초고진공과의 압력차를 위한 3개의 베플(baffle)(17)로 구성되어 있다.The gas cracker unit 4 includes a tungsten or tantalum filament 6 for generating heat, a heat shield reflector 10 for preventing the generated heat from being radiated to the outside, a thermocouple 8 for measuring temperature, and various lead wires ( 16) and the ceramic tube 11 for lead wire insulation, and three baffles 17 for increasing the number of collisions of gases and the pressure difference between the pressure of the injection tube 9 and the ultra-high vacuum of the deposition chamber. It is.

이 부위의 작동온도는 800~1000℃의 고온이므로 시레믹관(11)은 알루미나(A12O3), 금속체는 탄탈륨(Ta) 재료로 되어져 있다.Since the operating temperature of this part is a high temperature of 800-1000 degreeC, the ceramic tube 11 is made of alumina (A1 2 O 3 ), and the metal body is made of tantalum (Ta) material.

제 3 도의 (a) 및 (b)는 가스분해장치부(4)의 단면 및 평면을 각기 나타낸 것이다.(A) and (b) of FIG. 3 show the cross section and plane of the gas cracker part 4, respectively.

필라멘트(6)는 탄탈륨선을 시레믹관(11) 외경보다 약간 적은 직경으로 만든 나선형 스프링 형상이다.The filament 6 has a spiral spring shape in which the tantalum wire is made slightly smaller in diameter than the outer diameter of the ceramic tube 11.

상기 필라멘트(6)의 양단부위는 전원 리이드선(16)과 점용점(spot welding)이나 기계적 커플링에 의해서 연결되며, 리이드선을 다른 부품과의 절연을 유지하기 위해서 알루미나 시레믹관(11)속을 통과하게 한다.Both ends of the filament 6 are connected to the power lead wire 16 by spot welding or mechanical coupling, and to keep the lead wire insulated from other components in the alumina ceramic tube 11. Let it pass

외부로의 열방출 즉 복사열을 방지하기 위해서 얇은 탄탈륨 박막을 원통형으로 2겹 혹은 3겹으로 만들어 열차단 리플렉터(10)가 제작되었으며, 리플렉터(10)의 상단부위에 시레믹관(7)의 내경과 같은 원통형과(10a)을 부착하여서 시레믹관(7)에 배열 및 자체지지가 용이하도록 하였다.In order to prevent heat emission to the outside, that is, radiant heat, a thin tantalum thin film is made into two or three layers in a cylindrical shape, and a heat-dissipating reflector 10 is manufactured, and the inner diameter of the ceramic tube 7 is formed at the upper end of the reflector 10. The same cylindrical shape (10a) was attached to facilitate the arrangement and self-support in the ceramic tube (7).

하단 열차단 리플렉터(10b)는 3개의 전원 및 열전대 리드선용 루미나 시레믹관(11)이 통과할 수 있는 구멍(10c)이 있고, 가장자리 부분은 꺽음쇠 형태(17b)로 되어 있어서 상단 리플렉터(10)와 결합되게 하여 리플렉터(10)가 필라멘트(6)나 증착실의 내벽에 닿지 않도록 하게 되어 있다.The lower heat shield reflector 10b has a hole 10c through which three power supply and thermocouple lead lumina ceramic tubes 11 can pass. And the reflector 10 does not come into contact with the filament 6 or the inner wall of the deposition chamber.

필라멘트(6)로 가열되는 시레믹관(7)의 내부에는 3개의 베플(7)이 설치되어 있는데, 각 베플(17)은 탄탈륨 박판에 레이저나 초음파 가공을 통해서 직경 0.25mm 이하의 미세구멍(17a)이 제 3a 도와 같이 뚫어져 있으며, 시레믹관(7)의 내벽과 베플(17)과 균일한 접촉을 위해서 베플(17)의 가장자리를 꺽음쇠 형태로 제작되어 있다.Three baffles 7 are installed in the ceramic tube 7 heated by the filament 6, and each of the baffles 17 is a microhole 17a having a diameter of 0.25 mm or less through laser or ultrasonic processing on a thin tantalum plate. ) Is perforated like the 3a diagram, and the edge of the baffle 17 is manufactured in the form of a bracket for uniform contact with the inner wall of the ceramic tube 7 and the baffle 17.

또한 가스분해 장치부(4)의 4개 리이드선(16)과 직경이 1/4"인 4개의 구리선(5)과의 연결을 위해서, 구리선(5) 상단에 체결공(12a)을 뚫고 구리선(5) 길이방향과 수직으로 구멍을 내어 한쪽 부위에는 나사선을 내어 볼트(12c) 사용이 가능하게 하고, 나머지 한쪽 부위는 결합시 발생되는 잔류기체를 제거하는데 사용하도록 하였다.In addition, in order to connect the four lead wires 16 of the gas cracker unit 4 and the four copper wires 5 of 1/4 "in diameter, a fastening hole 12a is drilled in the upper end of the copper wire 5, and the copper wire (5) Holes were made perpendicular to the longitudinal direction to allow the use of bolts (12c) by screwing in one part and the other part to be used to remove residual gas generated during bonding.

상기와 같은 제작방법을 각종의 리이드선의 연결 및 탈착을 용이하게 하고 초고진공에 방해되는 가스 트래핑(gas trapping)을 제거한다. 가스분해장치부(4)는 공급받은 원료가스를 열분해시키는 기능을 가지는데, 전원 인가시 필라멘트(6)에 발생되는 열은 가스가 통과하는 시레믹관(7)에 직접 접촉되어져 있어서 열전도에 의해서 효과적으로 고온부위를 형성하며, 외부로 방출되는 복사열은 열차단 리플렉터(10)로 차단하며, 긴 시레믹관(7)을 사용함으로서 고온인 시레믹관(11)의 상단부의 열이 시레믹관(11)의 하부로 전달되는 것을 막음으로서 본 발명의 하부인 플렌지부(2,3)의 온도상승을 억제케 한다.The manufacturing method as described above facilitates the connection and detachment of various lead wires and removes gas trapping that is hindered by ultra-high vacuum. The gas cracker unit 4 has a function of thermally decomposing the supplied raw gas, and the heat generated in the filament 6 when the power is applied is directly in contact with the ceramic tube 7 through which the gas passes. It forms a high temperature part, the radiant heat emitted to the outside is blocked by the heat shield reflector 10, the heat of the upper end of the high temperature of the ceramic tube 11 by using a long ceramic tube (7) is the lower portion of the ceramic tube (11) By preventing the transfer to the temperature increase of the flange portion (2, 3), which is the lower part of the present invention.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 살펴보면 전기적 피이드스로우용 플렌지부(2)는 가스분해 장치부(4)의 부품인 필라멘드(6)에 전원을 공급하는 리이드선(16)과 시레믹관(7)의 온도를 측정하기 위한 열전대(8)의 출력 리이드선을 제공하는 기능을 한다.Referring to the operation and effects of the present invention configured as described above, the electrical feed throw flange portion 2 includes a lead wire 16 and a ceramic tube for supplying power to the filament 6 which is a part of the gas cracking device portion 4. It functions to provide an output lead wire of the thermocouple 8 for measuring the temperature of (7).

가스주입용 플렌지부(3)의 기능은 증착실 외부로부터 원료가스를 주입관(9)으로 공급받아서, 원료가스를 긴 시레믹관(7)을 통해 가스분해장치부(7)로 보내는 역할을 한다.The function of the gas injection flange portion 3 serves to receive the raw material gas from the outside of the deposition chamber to the injection pipe (9), and to send the raw material gas to the gas decomposition device (7) through the long ceramic tube (7). .

본 발명에 의한 가스주입용 플렌지부(3)는 긴 시레믹관(7)을 플렌지 자체에 정확하게 배열 및 지지되는 장점을 가지며, 가스의 누출이 없이 극히 제한된 공간에서 외부로부터 증착실로 원할한 가스공급이 이루어진다.The gas injection flange portion 3 according to the present invention has the advantage that the long ceramic tube 7 is accurately arranged and supported on the flange itself, and a smooth gas supply from the outside to the deposition chamber is provided in an extremely limited space without gas leakage. Is done.

가스주입관(9)은 스텐레스 스틸관(14)을 용접하여 유독 가스의 누출을 방지하며, 관을 T자로 하여서 2가지의 가스를 혼합 및 분리사용이 용이하다.The gas injection pipe 9 welds the stainless steel pipe 14 to prevent leakage of toxic gases, and easily mixes and separates the two gases by using a T-shaped pipe.

또한 증착실의 플렌지(1) 및 전기적 피이드스루우용 플렌지(2)와 자체배열 및 분리가 용이한 특성을 가진다.In addition, the flange (1) and the electrical feed-through flange (2) of the deposition chamber and the self-aligning and easy to separate characteristics.

필라멘트(6)은 스프링 형태의 자체 탄성과 직경차이로 인해서, 시레믹관(7)에 장착할시 접촉성이 강하고 필라멘트(6)의 나사선들 사이의 간격이 일정하게 유지되어서 단락없이 효율적으로 시레믹관(7)의 상단부를 가열시킬 수 있다.The filament 6 has a strong contactability when mounted on the ceramic tube 7 due to its elasticity and diameter difference in the form of a spring, and the spacing between the threads of the filament 6 is kept constant so that the ceramic tube can be efficiently without short circuit. The upper end of (7) can be heated.

상기 베플(17)의 미세구멍(17a)으로 인해서 원료가스가 고온부위를 통과할 때 충돌횟수가 많아져서 열분해 효율이 향상되며, 미세구멍(17a)의 가스 콘덕턴스 감소로 인해 초고진공 증착실과 가스주입관(9)과의 압력차가 발생되어서 소량의 정밀 가스 조절이 용이하게 된다.Due to the fine holes 17a of the baffle 17, the number of collisions increases when the source gas passes through the high temperature portion, thereby improving thermal decomposition efficiency, and reducing the gas conductance of the fine holes 17a and the ultra-high vacuum deposition chamber and the gas. A pressure difference with the injection pipe 9 is generated, so that a small amount of precision gas is easily adjusted.

분리 및 조립이 용이한 오작동시 발생되는 부품의 교환이 쉽게 이루어지며, 좁은 공간에서 각종 부품들의 자체지지 및 배열성이 커서 2.75" 크기의 플렌지에 설치될 수 있으며, 외부로의 열차단 효과 및 전기적 절연성이 양호하다.It is easy to replace parts that occur during malfunctions that can be easily separated and assembled, and can be installed on a 2.75 "size flange because of its self-support and arrangement in a narrow space. Insulation is good.

본 발명의 가스분해장치부(4)는 고효율의 알루미나 시레믹관에 설치된 3개의 베플에 의해서 주입된 가스가 고온부인 시레믹관과 베플에 많은 횟수로 충돌하게 된다.In the gas cracker 4 of the present invention, the gas injected by the three baffles provided in the high-efficiency alumina ceramic tube collides a large number of times with the baffle of the ceramic tube which is the high temperature portion.

이러한 충돌에 의해서 고효율 열분해 특성이 확보되며, 특히 베플에 레이저나 초음파 가공으로 제작되는 직경 0.25mm 이하의 미세구멍으로 인해서 가스의 분해효율이 증가하고, 효과적인 열차단장치로 인해 증착실 내벽의 가스방출을 줄여서 오염을 방지하고 초고진공도를 유지함과 아울러 분해실의 고온유지로 고효율 열분해 특성과 재현성이 동시에 확보된다.Due to such collisions, high efficiency pyrolysis characteristics are secured. Especially, the efficiency of gas decomposition is increased due to the micropores of 0.25 mm or less, which are manufactured by laser or ultrasonic processing in the baffles, and the gas emission of the inner wall of the deposition chamber is increased due to the effective thermal barrier device. To prevent contamination, maintain ultra-high vacuum, and maintain high-temperature pyrolysis characteristics and reproducibility by maintaining high temperature in the decomposition chamber.

또한 열차단 리플렉터의 자체배열 및 지지로 인해서 단락 방지등의 장기 작동시의 요구되는 신뢰도가 크며, 오작동시의 각종 부품교환이 용이하다.In addition, due to the self-arrangement and support of the thermal barrier reflector, the reliability required for long-term operation such as short circuit protection is high, and it is easy to replace various parts in case of malfunction.

본 발명에서는 플렌지부의 재질을 스텐레스 스틸로 하고, 시레믹관은 알루미나에 의하여 제작하며, 베플 및 열차단 리필렉터는 탄탈륨(Ta)등과 갈은 재료를 사용하여 초고진공에서 가스발생이 극히 적도록 하였다.In the present invention, the material of the flange portion is made of stainless steel, the ceramic tube is made of alumina, and the baffle and the thermal barrier refiller are made of tantalum (Ta) and the like to minimize the generation of gas in ultra high vacuum. .

또한 상기와 같이 시레믹관은 알루미나, 필라멘트, 베플 및 열차단 리플렉터에는 탄탈륨(Ta) 금속체를 사용하므로서 이와 같은 재료를 1000℃ 정도의 고온 히터부에서 작동이 가능한 고용융점을 갖는 것이다.In addition, as described above, the ceramic tube uses a tantalum (Ta) metal body for alumina, filament, baffle, and thermal barrier reflector, and thus has a high melting point capable of operating such a material at a high temperature heater of about 1000 ° C.

가스주입구인 스텐레스 스틸관은 플렌지부에 용접되어 있으므로 가스누출이 방지되며, 가스주입관 외부가스라인과의 연결은 VCR 피팅으로 되어 있어서 전혀 가스누출이 없도록 하였다.The stainless steel tube, which is the gas inlet, is welded to the flange part to prevent gas leakage, and the connection to the external gas line of the gas inlet tube is made of VCR fitting so that there is no gas leakage at all.

또한 베플에 설치된 직경 0.25㎜ 이하의 미세구멍으로 가스 콘덕턴스 감소로 인해서 증착실과 가스주입관과의 압력차가 유지되며, 이러한 압력차가 발생되므로 소량의 정밀 가스조절과 빠른 응답특성이 확보된다.In addition, the pressure difference between the deposition chamber and the gas injection tube is maintained due to the reduction of the gas conductance to the micropores having a diameter of 0.25 mm or less installed in the baffle, and the small amount of precision gas control and fast response characteristics are secured due to the pressure difference.

그리고 본 발명에 사용되는 플렌지는 2.75인치(70㎜)크기의 스텐레스 스틸 플렌지이며, 주요 부품인 가스주입관이 플렌지 측면에 설치되고, 플렌지에 수직을 지지대, 전기신호선, 알루미나 시레믹관이 설치된 밀집된 장치로서 장치의 제작, 설치, 유지 및 보수가 용이하도록 한 것으로 매우 커다란 잇점이 있는 것이다.And the flange used in the present invention is a stainless steel flange of 2.75 inches (70 mm) size, the gas injection pipe which is the main part is installed on the side of the flange, the vertical device on the flange, the electric signal line, the alumina ceramic tube dense apparatus installed It is very easy to manufacture, install, maintain and repair the device.

Claims (5)

화합물 반도체 에피탁시 박막 제조용 CBE 및 GSMBE 시스템에 사용되는 가수분해장치에 있어서, 플렌지 측면에 가스관통용 구멍(9a)를 천설하여 외부로부터의 원료가스를 공급하는 가스주입관(9)을 설치하고, 상기 플렌지의 중심을 계단형으로 하여 가스관통용 시레믹관(7)과 상기 가스관통용 시레믹관(7)을 지지해 주는 스텐레스 스틸관(14)이 설치되는 가스주입용 플렌지부(3)와 ; 상기 가스주입용 플렌지부(3)으로부터 원료가스를 상부로 전달하는 시레믹관(7)의 외측부에는 스프링형태의 가연용 필라멘트(6)와 열차단용 리플렉터(10)가 설치되고, 그 내부측에는 가스의 충돌횟수를 늘리고 주입관(9)의 압력과 증착실의 초고진공과의 압력차 및 빠른 응답특성을 갖도록 미세구멍(17a)이 천설된 베플(17)이 다단계로 설치되어 구성된 가스분해장치부(4)와 ; 상기 가스분해장치부(4)의 필라멘트(6)에 전원을 공급하기 위한 리이드선(16)과 시레믹관(7)의 온도측정을위한열전대(8)의 출력 리드선이 연결되는 다수의 구리선(5)이 시레믹으로 플렌지부 본체에 절연 고정된 전기적 피이드 스로우용 플렌지부(2)를 포함하는 수소화물 가스용 크랙커 셀.In the hydrolysis device used in the CBE and GSMBE systems for producing a compound semiconductor epitaxy thin film, a gas inlet pipe 9 for supplying raw material gas from the outside is provided by arranging gas through holes 9a in the flange side. A gas injection flange portion (3) provided with a stainless steel tube (14) for supporting the gas through cylindrical tube (7) and the gas through cylindrical tube (7) with the center of the flange as a step; On the outer side of the ceramic tube 7 for transferring the raw material gas from the gas injection flange portion 3 to the upper portion, a spring-type combustible filament 6 and a heat-transfer reflector 10 are installed. The gas cracking device unit is formed by multiplying a baffle 17 in which the micro holes 17a are installed in order to increase the number of collisions and to have a pressure difference between the pressure of the injection tube 9 and the ultra-high vacuum of the deposition chamber and a quick response characteristic. 4) and; A plurality of copper wires 5 to which lead wires 16 for supplying power to the filament 6 of the gas cracker unit 4 and output leads of thermocouples 8 for temperature measurement of the ceramic tube 7 are connected. The cracker cell for hydride gas containing the flange part (2) for electrical feed throwing insulated and fixed to the flange part main body by the ceramic. 제 1 항은 있어서, 가스분해장치(4)의 열차단 리플렉터1(0)의 하단은 3개의 전원 열전대 리드선용 루미나 시레믹관(11)이 통과할 수 있는 구멍이(10c)이 있고, 가장자리 부분은 꺽음쇠 형태로 되어 상단 리플렉터(10)와 결합되게 하며, 리플렉터(10)가 필라멘트(6)나 증착실의 내벽에 닿지 않도록 함을 특징으로 하는 수소화물 가스용 크랙커 셀.The lower end of the heat shield reflector 1 (0) of the gas cracker 4 has a hole 10c through which three luminescent ceramic tubes 11 for power supply thermocouple lead wires can pass. The cracker cell for the hydride gas characterized in that it is in the form of a bent to be coupled to the upper reflector 10, the reflector 10 does not touch the filament (6) or the inner wall of the deposition chamber. 제 1 항에 있어서, 열분해 특성과 가스빔의 안정성을 향상시키기 위해서 사용된 베플(17)은 직경이 0.25㎜ 이하인 미세구멍이 원형(17a)으로 배치되어 있고, 베플(17)의 가장자리 꺽음쇠 형태(17)로 하여서 시레믹관(7)의내벽에 안정되게 설치되고 가스누출이 적은 특징을 갖는 수소화물 가스용 크랙커 셀.2. The baffle (17) according to claim 1, wherein the baffles (17) used to improve the thermal decomposition characteristics and the stability of the gas beam are arranged in a circular shape (17a) with micropores having a diameter of 0.25 mm or less, and the shape of the edges of the baffles (17). A cracker cell for hydride gas, which is stably provided on the inner wall of the ceramic tube (7) and has a small amount of gas leakage. 제 1 항에 있어서, 필라멘트(6)에 의해 시레믹관(11)에 형성된 고온부위에서 외부로 방출되는 복사열을 차단하는 열차단 리플렉터(10)에 의하여 고효율의 열분해 특성이 있고, 길게 연장된 시레믹관(7)에 의하여 고온인 알루미나 시레믹관(11) 고온부의 열이 하부구조인 가스 주입용 플랜지부(4)와 전기적 피드스오우용플렌지부(2)등과 같은 타부위로 전달됨을 방지하는 구조를 가진 수소화물 가스용 크랙커 셀.According to claim 1, wherein the filament (6) has a high efficiency pyrolysis characteristics by the thermal barrier reflector 10 to block the radiant heat emitted to the outside from the high temperature portion formed in the ceramic tube (11), the long length of the ceramic tube ( 7) a hydride having a structure to prevent the heat of the high temperature portion of the alumina ceramic tube 11, which is high temperature, from being transferred to other portions, such as the gas injection flange portion 4 and the electrical feed-through flange portion 2, etc. Gas cracker cell. 제 1 항에 있어서, 가스분해장치부(4)에 사용되는 열차단용 리플렉터(10)와 베플(17) 및 필라멘트(6)은 고용융점을 갖는 탄탈륨(Ta)이고, 원료가스의 전달 및 반응이 이루어지는 시레믹관(11)은 알루미나 재질에 의해 형성하며, 가스주입관(9) 및 플렌지부는 스텐레스스틸로 하여 초고진공 조건에서 가스발생이 없도록 함을 특징으로 하는 수소화물 가스용 크랙커 셀.The heat shield reflector 10, the baffle 17, and the filament 6 used in the gas cracker unit 4 are tantalum (Ta) having a high melting point. The ceramide tube 11 is formed of an alumina material, and the gas injection tube 9 and the flange portion are made of stainless steel so that no gas is generated under ultra-high vacuum conditions.
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