一種mocvd氣路壓差控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)，包括：主載氣管道，主氣路管道和旁路管道，特征是：在主氣路管道的前端依次安裝有主氣路管道質(zhì)量流量控制器和壓力傳感器，在旁路管道的最后端安裝有一個(gè)壓力控制器，在主氣路管道上安裝有六個(gè)四通切換閥，在旁路管道上安裝有六個(gè)三通切換閥，每一個(gè)四通切換閥與相對(duì)應(yīng)的三通切換閥通過相應(yīng)的支管連接。這樣就能在主氣路管道有反應(yīng)氣體進(jìn)入后，在壓力傳感器、PLC、壓力控制器的共同作用下，旁路管道群毆壓力隨時(shí)跟隨主氣路管道壓力變化，二者始終有一個(gè)壓差跟隨關(guān)系。這樣反應(yīng)氣體能夠順利切入主氣路管道并運(yùn)送進(jìn)反應(yīng)室，非反應(yīng)氣體切入旁路管道準(zhǔn)備，從而達(dá)到精確控制主氣路和旁路之間氣體的快速平穩(wěn)切換。
【專利說明】—種MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(MOCVD)作為半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)的主要設(shè)備，其主要用于生長(zhǎng)II1-V族化合物如氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)等半導(dǎo)體材料，使用MOCVD設(shè)備也可以用來生長(zhǎng)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、超晶格、量子阱等低維結(jié)構(gòu)材料，在半導(dǎo)體光電和微電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]MOCVD生長(zhǎng)使用的原材料主要有金屬有機(jī)化合物(MO)和氫化物，其中MO源主要以固態(tài)或者液態(tài)兩種形式存儲(chǔ)在不銹鋼的源瓶中，需要通過載氣經(jīng)過氣路管道把MO源蒸汽運(yùn)送到反應(yīng)室中。生長(zhǎng)過程中要用到多種有機(jī)源，主要有三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)、二茂鎂(Cp2Mg)。氫化物主要有NH3和SiH40有機(jī)源和氫化物經(jīng)過各自源瓶進(jìn)入旁路管道準(zhǔn)備，生長(zhǎng)時(shí)，反應(yīng)氣體被高速流動(dòng)的載氣通過氣路主管道帶入反應(yīng)室內(nèi)，非反應(yīng)氣體源則切入旁路管道準(zhǔn)備。為了滿足生長(zhǎng)陡峭異質(zhì)結(jié)，或突變摻雜時(shí)，往往需要變換反應(yīng)氣體，這就要求反應(yīng)氣體能在主氣路和旁路之間必須能快速平穩(wěn)的切換，且切換時(shí)，要維持氣路壓力平衡。
[0004]一些主流MOCVD設(shè)備中主要是通過在主路和旁路氣路間裝一個(gè)壓差計(jì)，利用主氣路和旁路之間的壓差信號(hào)，再通過旁路前端安裝的質(zhì)量流量計(jì)控制旁路氣體流量，從而使得旁路的壓力時(shí)刻跟隨主路的壓力變化，從而達(dá)到切換時(shí)主旁路的壓差平衡。然而在該MOCVD設(shè)備中，旁路的后端需要安裝一個(gè)針閥，針閥長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)堵被住，造成不便，維護(hù)非常麻煩，所以發(fā)明一種 結(jié)果簡(jiǎn)單，解決針閥堵塞問題的氣路控制系統(tǒng)十分必要。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于提供一種能精確控制主路和旁路之間進(jìn)行快速平穩(wěn)地切換、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量少的MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種生長(zhǎng)氮化鎵(GaN)的MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)，包括:主載氣管道，主氣路管道和旁路管道，特征是:主載氣管道通入H2或隊(duì)或4、N2混合的載氣，主氣路管道中通入的反應(yīng)氣體有五種有機(jī)源:三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1)、三甲基銦(TMIn)、p型摻雜劑二茂鎂(CP2Mg)和n型摻雜劑硅烷=SiH4 ;主載氣管道、主氣路管道和旁路管道的前端均安裝有質(zhì)量流量計(jì)(MFC)，主載氣管道、主氣路管道的末端均裝有常閉閥，在主氣路管道的質(zhì)量流量計(jì)后裝有一個(gè)壓力傳感器(PT)，在壓力傳感器的后面依次安裝有六個(gè)四通切換閥，在旁路管道上依次安裝有六個(gè)三通切換閥，每個(gè)四通切換閥和對(duì)應(yīng)的三通切換閥之間連接有支管道，SiH4和五種有機(jī)源從各自源瓶中流出后分別與六個(gè)四通切換閥依次連接，可通過四通切換閥切入主氣路管道，或可通過三通切換閥切入旁路管道，在旁路管道的最后端安裝有一個(gè)壓力控制器(PC);主載氣管道的出氣端通過主氣路管道的常閉閥后的主載氣管道三通接入主氣路管道。
[0007]主載氣管道和主氣路管道分開。
[0008]在生長(zhǎng)陡峭異質(zhì)結(jié)或需要突變摻雜時(shí)，需要變換多種或不同的反應(yīng)氣體使它們可以在主氣路管道和旁路管道之間進(jìn)行快速平穩(wěn)的切換，這就需要主氣路管道和旁路管道之間一直保持恒定的壓差，當(dāng)主氣路管道的氣壓發(fā)生改變，也需要旁路管道的氣壓也要跟隨改變，且始終保持一個(gè)跟隨關(guān)系。本發(fā)明采用。
[0009]主氣路管道前端裝有壓力傳感器(PT)，旁路末端裝壓力控制器(PC)，主氣路管道上安裝有六個(gè)四通切換閥，在旁路管道上安裝有六個(gè)三通切換閥，每一個(gè)四通切換閥與相對(duì)應(yīng)的三通切換閥通過相應(yīng)的支管連接，反應(yīng)氣體切入主氣路管道有后，主氣路管道前端連接的壓力傳感器(PT)會(huì)把主氣路管道的壓力值實(shí)時(shí)傳輸給MOCVD的可編程邏輯控制器(PLC)，PLC則會(huì)控制旁路管道后端的壓力控制器(PC)，根據(jù)主氣路管道壓力的變化隨時(shí)改變旁路管道中的壓力，以保持主氣路管道和旁路管道始終保持壓差跟隨關(guān)系。主載氣路和主氣路管道分開，三通切換閥關(guān)閉、四通切換閥打開，反應(yīng)氣體切入主氣路管道，小流量的載氣經(jīng)主氣路管道前的質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)入主載氣管道，帶動(dòng)反應(yīng)氣體在主氣路管道中運(yùn)輸，主載氣通過主載氣管道三通接入主氣路管道的主載氣則運(yùn)輸反應(yīng)氣體進(jìn)入噴頭。
[0010]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、主載氣管道和主氣路管道分為兩路，這樣的設(shè)計(jì)使得主氣路管道只需使用較小流量的載氣就確保反應(yīng)氣體的在主氣路管道中輸送，主氣路管道中壓力小，從而減小主氣路管道上各個(gè)四通切換閥間的壓差，利于快速平穩(wěn)地切換有機(jī)源，方便各種摻雜突變和陡峭異質(zhì)結(jié)的生長(zhǎng)。
[0011]2、壓力控制器控制旁路管道的氣壓，既無需流量補(bǔ)償，也不需改變旁路管道的氣體流量，旁路管道的流量恒定，主氣路管道和旁路管道的切換閥間的壓差對(duì)等，根據(jù)材料生長(zhǎng)需要，各類有機(jī)源可以在主氣路管道和旁路管道之間進(jìn)行快速平穩(wěn)的切換；
3、本發(fā)明取消了傳統(tǒng)的針閥，無需擔(dān)心長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)造成針閥堵塞的的問題，減輕了維護(hù)工。通過接在旁路管道后端的壓力控制器的控制就能達(dá)到旁路管道的壓力跟隨主氣路管道的壓力變化的目的【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是具體實(shí)施例意圖:
其中:1 一主載氣管道，11 一主載氣三通，2—質(zhì)量流量控制器，3—常閉閥4一主氣路管道，41—四通切換閥，5—壓力傳感器，4一四通切換閥，6—支管道，7—壓力控制器，8—源瓶，9一芳路管道質(zhì)，91一二通切換【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0012]一種生長(zhǎng)氮化鎵(GaN)的MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)，包括:主載氣管道1，主氣路管道4和旁路管道9，主載氣管道1通入H2或N2或H2、N2混合的載氣，主氣路管道4中可通入的反應(yīng)氣體有五種有機(jī)源:三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)、p型摻雜 劑二茂鎂(CP2Mg)和n型摻雜劑硅烷:SiH4。主載氣管道1、主氣路管道4和旁路管道9的前端均安裝有質(zhì)量流量計(jì)(MFC)2，主載氣管道1、主氣路管道4的末端均裝有常閉閥11，在主氣路管道4的質(zhì)量流量計(jì)2后裝有一個(gè)壓力傳感器(PT) 5，在壓力傳感器5的后面依次安裝有六個(gè)四通切換閥41，在旁路管道9上依次安裝有六個(gè)三通切換閥91，每個(gè)四通切換閥41和對(duì)應(yīng)的三通切換閥91之間連接有支管道6，SiH4和五種有機(jī)源從各自源瓶8中流出后分別與六個(gè)四通切換閥41依次連接，可通過四通切換閥41切入主氣路管道4，或可通過三通切換閥91切入旁路管道9，在旁路管道9的最后端安裝有一個(gè)壓力控制器(PC)7。主載氣管道I的出氣端通過主氣路管道的常閉閥3后的主載氣管道三通11接入主氣路管道4。
[0013]主載氣管道1和主氣路管道4分開。
[0014]首先，反應(yīng)氣體從源瓶8流出預(yù)先在旁路管道9準(zhǔn)備，四通切換閥41打開，三通切換91關(guān)閉，反應(yīng)氣體切入主氣路管道4，主氣路管道4通入小流量的載氣運(yùn)輸反應(yīng)氣體至主載管道三通11處，反應(yīng)氣體再一起由主載氣載入噴頭。，四通切換閥41關(guān)閉，三通切換閥91打開反應(yīng)氣體則又會(huì)切入旁路管道10準(zhǔn)備。主氣路管道41有反應(yīng)氣體進(jìn)入后，主氣路管道中有一定壓力，主氣路管道4前端連接的壓力傳感器(PT) 5會(huì)把主氣路管道4的壓力值實(shí)時(shí)傳輸給MOCVD的可編程邏輯控制器(PLC)，PLC則會(huì)控制旁路管道9后端的壓力控制器(PC) 7，根據(jù)主氣路管道4壓力的變化隨時(shí)改變旁路管道9中的壓力，以保持主氣路管道4和旁路管道9始終保持壓差跟隨關(guān)系，使得各種氣體可以快速平穩(wěn)的在主氣路管道4和旁路管道9間切換。主氣路管道4小載氣運(yùn)輸反應(yīng)氣體，主氣路管道4中壓力小，各反應(yīng)氣體的四通切換閥處壓差小，更利于切換。
【權(quán)利要求】
1.一種MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)，包括:主載氣管道，主氣路管道和旁路管道，特征是主載氣管道通入H2或N2或H2、N2混合的載氣，主氣路管道中通入的反應(yīng)氣體有五種有機(jī)源:三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基鋁、三甲基銦、P型摻雜劑二茂鎂和n型摻雜劑硅烷:SiH4 ;主載氣管道、主氣路管道和旁路管道的前端均安裝有質(zhì)量流量計(jì)(MFC)，主載氣管道、主氣路管道的末端均裝有常閉閥，在主氣路管道的質(zhì)量流量計(jì)后裝有一個(gè)壓力傳感器(PT)，在壓力傳感器的后面依次安裝有六個(gè)四通切換閥，在旁路管道上依次安裝有六個(gè)三通切換閥，每個(gè)四通切換閥和對(duì)應(yīng)的三通切換閥之間連接有支管道，SiH4和五種有機(jī)源從各自源瓶中流出后分別與六個(gè)四通切換閥依次連接，可通過四通切換閥切入主氣路管道，或可通過三通切換閥切入旁路管道；主載氣管道的出氣端通過主氣路管道的常閉閥后的主載氣管道三通接入主氣路管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)，其特征在于:在旁路管道的最后端安裝有一個(gè)壓力控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD氣路壓差控制系統(tǒng)，其特征在于:主載氣管道和主氣路管 道分開。
【文檔編號(hào)】C23C16/455GK103757606SQ201310748891
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】蒲勇, 徐龍權(quán), 丁杰 申請(qǐng)人:南昌黃綠照明有限公司, 南昌大學(xué)