專利名稱：連通式多反應室高溫有機金屬化學氣相淀積裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及化學氣相化學淀積(CVD)或有機金屬化學氣相淀積(MOCVD)裝置的改進。
技術背景有機金屬化學氣相淀積方法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱MOCVD)是上世紀70年代后期發(fā)展起來的一種先進的氣相外延技術，廣泛用于多種薄膜材料的制備。尤其在半導體材料領域，它和分子束外延(MBE)并列成為在化合物半導體薄膜的制備中占統(tǒng)治地位的手段。
現有的有機金屬化學氣相淀積裝置(MOCVD)由提供反應氣體和有機金屬源的氣路系統(tǒng)、反應室、送樣機構、輸運管道系統(tǒng)、真空機組、尾氣處理和報警系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)等部分組成。MOCVD設備可用于大面積的薄膜生長，而且適用的材料范圍廣，因此，目前被廣泛用于科學研究和工業(yè)生產。
通常，一臺MOCVD設備只配備一個反應室，也就是說，一臺MOCVD設備只能用來生長同一種系列的薄膜材料。常見的有III-V族的AlGaAs/GaAs，GaAsP/GaAs等GaAs基系列，AlGaN/GaN，InGaN/GaN等GaN基系列，IV族的Si/Ge系列，II-VI族的ZnS和ZnSe系列等。近年來，寬禁帶半導體薄膜材料的研究成為非?；钴S的課題，如GaN、氧化鋅和碳化硅等。由于寬禁帶半導體材料的體單晶難以制備，價格十分昂貴，使得同質外延的成本過高。從應用的角度出發(fā)，需采用價格較低的異質外延。由于不同系列材料的生長條件差別較大，同一個反應室很難滿足不同材料生長的要求；而且在同一個反應室中生長不同系列材料有可能會引起交叉污染。例如氧化鋅薄膜的外延生長溫度一般為600℃，碳化硅薄膜外延生長的溫度高達1400℃，兩者差別很大，同時氧化鋅生長中存在的氧是影響碳化硅生長的致命缺陷，而外延碳化硅用到的氫氣又是氧化鋅的還原劑，因而氧化鋅和碳化硅不可能在同一個反應室內生長。目前雖然也有某些裝置具有多個反應室，一般都是各自孤立的系統(tǒng)，不同反應室之間不能連通，不能生長混合多層膜。上述情況限制了用通常的MOCVD設備進行異質外延時的材料選擇范圍。另外，現有的MOCVD設備的基片加熱溫度最高只能達到1300℃，低于某些需高溫生長的材料，例如外延碳化硅所需要的溫度為1400℃。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于，針對現有技術中不足，拓展MOCVD設備的功能，使其能用來生長兩種及兩種以上異質結構材料。
本實用新型的目的通過以下方式實現。
本實用新型的連通式多反應室高溫有機金屬化學氣相淀積裝置，包括現有技術中的氣路系統(tǒng)、反應室、送樣機構、輸運管路系統(tǒng)、真空機組、尾氣處理和報警系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)，所述反應室內設置有樣品加熱機構，其特征在于，所述反應室至少有兩個，每個反應室分別設有送樣機構或共用送樣機構，每個反應室分別與氣路系統(tǒng)、真空系統(tǒng)連通；反應室與反應室之間由輸運管道連通，在該輸運管道上還設置有能控制開啟、關閉的開關閥，例如插板閥等。所述反應室內設置的樣品加熱機構，由設置在基片托下方的石墨片的電阻加熱器及包圍在周圍的熱屏蔽罩構成。
本實用新型的連通式多反應室高溫有機金屬化學氣相淀積裝置，設置了多個反應室，而且反應室之間通過開關閥門控制開啟與關閉。當閥門關閉時，每個反應室均與相應的管道和真空機組組成獨立的MOCVD系統(tǒng)。因此，不同反應室內的系統(tǒng)設計可以按獨立的MOCVD系統(tǒng)對不同材料的不同要求來設計，從而可以分別用來生長性質完全不同的薄膜材料。當反應室之間的閥門打開后，反應室之間相互連通，通過共用的送樣機構和機械手實現外延片在不同的反應室之間的傳送，用于生長不同系列、有可能造成交叉污染的薄膜材料，及由這些材料組成的多層膜異質結構，從而克服了同一臺MOCVD設備只能用來生長同一種系列的薄膜材料的缺陷，拓展了MOCVD設備的使用功能。
本實用新型的連通式多反應室高溫有機金屬化學氣相淀積裝置，由于其樣品加熱器采用石墨片的電阻加熱方式，并且在加熱器及基片托周圍設置了熱屏蔽罩，大大提高了加熱溫度，現有的MOCVD中的基片溫度最高只能達到1300℃，而使用本實用新型的石墨片電阻加熱方式，其基片溫度最高可達到1600℃。從這方面講，也進一步拓展了MOCVD設備的使用功能，例如外延碳化硅所需要的溫度為1400℃左右，就能夠方便地達到。這也就解決了在同一個MOCVD裝置中既生長氧化鋅又生長碳化硅及氧化鋅/碳化硅結構材料的難題。
利用已建成的本實用新型所述的連通式雙反應室高溫MOCVD裝置，在Si基片上進行生長氧化鋅和碳化硅的試驗，其碳化硅基片的加熱溫度達到1400℃。該設備成功地在Si基片上生長出面積為1.5英寸，厚度為1微米的碳化硅薄膜，其X射線衍射僅出現碳化硅(111)峰，搖擺曲線半寬為2.6°；并且在此碳化硅薄膜上生長出面積為1.5英寸、僅有氧化鋅(002)衍射峰、其搖擺曲線半寬小于2°的氧化鋅薄膜(ZnO/SiC/Si)。由此可看出，本裝置完全達到外延碳化硅的使用要求。
下面通過實施例及其附圖作進一步描述。


圖1是具有兩個反應室的高溫有機金屬化學氣相淀積裝置的一種實施例的結構示意圖。
圖2是本實用新型所述的在反應室內設置的樣品加熱機構的實施例示意圖。
圖3是本實用新型所述的樣品加熱機構中設置在基片托下方的石墨片的電阻加熱器的實施例結構示意圖。
具體實施方式
圖1中，1為氣路系統(tǒng)，2為第一反應室，4為樣品預置室，6為送樣機構，7為尾氣處理和報警系統(tǒng)，9為真空機組，這六部分是現有MOCVD裝置中的常設機構。它們由輸運管路連通成一整體，分別由閥3、5、8、10控制。13為本實用新型增加的第二反應室，該反應室由管道與第一反應室及氣路系統(tǒng)1、真空機組9連通，兩個反應室之間由閥14控制開啟與關閉，閥12控制第二反應室與真空機組的連通。在第一反應室和第二反應室內分別設有樣品加熱機構11。
本實施例中，兩個反應室共用送樣機構。因此，連通二者的輸運管路與送樣機構同軸線，以便于樣品送到第二反應室內。實際應用中也可以在第二反應室的另側再增設樣品預置室及送樣機構。
圖2中，15是放置樣品的基片托，其固定方式與現有技術相同。18是石墨片構成的電阻加熱片，該加熱片上固連有兩導體并分別引出反應室外，其端部設有與電源接通的外接口17。由于石墨片能耐高溫，所以近處的基片托15的溫度最高可達到1600℃，以滿足不同使用要求的需要。16是包圍在周圍的圓環(huán)形熱屏蔽罩，該熱屏蔽罩有利于放置在基片托上的樣品的保溫。
參見圖3，所述電阻加熱器中的石墨電阻加熱片設計成多道同心圓形，方便加工，也節(jié)省原材料。
權利要求1.連通式多反應室高溫有機金屬化學氣相淀積裝置，包括現有技術中的氣路系統(tǒng)、反應室、送樣機構、輸運管路系統(tǒng)、真空機組、尾氣處理和報警系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)，所述反應室內設置有樣品加熱機構，其特征在于，所述反應室至少有兩個，每個反應室分別設有送樣機構，每個反應室分別與氣路系統(tǒng)、真空系統(tǒng)連通；反應室與反應室之間由輸運管道連通，在該輸運管道上設置有能控制開啟、關閉的開關閥。
2.如權利要求1所述的連通式多反應室高溫有機金屬化學氣相淀積裝置，其特征在于，所述反應室至少有兩個，每個反應室共用送樣機構。
3.如權利要求1所述的連通式多反應室高溫有機金屬化學氣相淀積裝置，其特征在于，所述反應室內設置的樣品加熱機構，由設置在基片托下方的石墨片的電阻加熱器及包圍在周圍的熱屏蔽罩構成。
專利摘要本實用新型涉及化學氣相化學淀積或有機金屬化學氣相淀積裝置的改進。該裝置包括現有技術中的氣路系統(tǒng)、反應室、送樣機構、輸運管路系統(tǒng)、真空機組、尾氣處理和報警系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)，所述反應室至少有兩個，每個反應室分別設有送樣機構或共用送樣機構，每個反應室分別與氣路系統(tǒng)、真空系統(tǒng)連通；反應室與反應室之間由輸運管道連通，在該輸運管道上設置有能控制開啟、關閉的開關閥。其樣品加熱器采用石墨片的電阻加熱方式，并且在加熱器及基片托周圍設置了熱屏蔽罩，大大提高了加熱溫度。本實用新型的不同反應室內的系統(tǒng)設計可以按獨立的MOCVD系統(tǒng)對不同材料的不同要求來設計，克服了同一臺MOCVD設備只能用來生長同一種系列的薄膜材料的缺陷，拓展了MOCVD設備的使用功能。
文檔編號C23C16/46GK2756644SQ20042005504
公開日2006年2月8日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權日2004年12月21日
發(fā)明者傅竹西, 李曉光, 王秋來, 劉世闖 申請人:中國科學技術大學, 沈陽市超高真空應用技術研究所