[发明专利]用于改善碲镉汞液相外延薄膜表面形貌的石墨舟

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料的液相外延生长技术，特别是指一种用于碲镉汞液相外延材料生长的石墨舟，用该石墨舟生长碲镉汞液相外延材料能抑制材料表面波纹的缺陷。

背景技术

碲镉汞外延薄膜材料是制造各种波段红外探测器的首选材料。在军事、国防以及空间领域有着重要的应用背景。近年来发展的第二代红外探测器——碲镉汞焦平面器件，是一种多个探测单元的二维阵列，制备这种器件需要大面积、化学组分均匀的外延薄膜材料。液相外延是目前最为成熟的一种碲镉汞薄膜生长技术。液相外延通常有三种生长工艺，浸渍式液相外延、倾舟式液相外延、水平推舟式液相外延。其中，水平推舟式液相外延工艺具有生长母液用量少、组分容易控制等优点，从而得到广泛的应用。但是，用水平推舟液相外延工艺生长的碲镉汞外延薄膜，在薄膜材料的表面，常常会出现规则的宏观纹理，称之为表面波纹，见图4a。表面波纹的横向尺度为毫米量级，纵向高度起伏通常超过10微米，而液相外延薄膜的平均厚度通常为10～20微米，因此，表面波纹的起伏尺度接近或超过外延层厚度，严重影响了外延材料的厚度均匀性。见文献：B.PELLICIARI，Journal of Crystal Growth 86(1988)pp146-160和J CBrice，Semicond.Sci.Technol.2(1987)pp710-715。在B.PELLICIARI的文章中称之为“长程扰动”，在J C Brice的研究论文中也观察到了由于这种缺陷所引起的材料组分不均匀性，并将这种缺陷的起因归结为生长熔体的对流。

在富碲水平推舟液相外延工艺中，生长母液是预先按照比例合成好的碲镉汞多晶料，由于在生长温度下，母液中汞的蒸汽压高于碲、镉的蒸汽压，从而造成母液中汞元素相对减少，称之为母液汞损失。为了对生长母液进行汞损失的补充，在石墨舟的母液槽的前侧或后侧需要一个附加的槽，称之为汞源槽。汞源槽用于放置碲化汞，汞源槽与母液槽之间有通道相通，用来对生长母液补充汞，见图1。在B.PELLICIARI的文章中也采用这种石墨舟结构。碲镉汞液相外延的温度通常为450～500摄氏度，汞源槽中的汞分压要高于母液槽的汞分压，分压差一方面导致气态汞原子向母液槽迁移。但另一个不利的方面是：熔融态母液的对流强度是与液面上方的压力有关的，如果汞源槽放在母液槽的后面，则在靠近汞源槽的外延薄膜附近，由于汞分压高，对流强，生长的外延薄膜表面会出现严重的表面波纹。同样，如果汞源槽放在母液槽的前方，则在外延薄膜前方靠近汞源槽的位置会出现表面波纹。图4a的液相外延薄膜，在薄膜的一侧，表面波纹很严重，其原因就是汞源槽位于母液槽的一侧引起的。

发明内容

基于上述已有的石墨舟结构上存在的问题，本发明的目的是提出一种新的用于水平推舟液相外延的石墨舟。该石墨舟可减缓母液中的汞分压对流强度，降低和减少外延材料表面的波纹。

本发明的石墨舟包括：底板、滑块、盖板和底座，底板固定在底座上，滑块置在底板的上面，滑块相对底板可左右移动。底板上开有与外延衬底一样大小的衬底孔道，衬底孔道以底座作为托底构成衬底槽，衬底槽内置有调节衬底与槽口高度的石英垫片，石英垫片上放置衬底。滑块上开有放置母液的母液孔道，母液孔道以底板作为托底构成母液槽，母液槽的大小略小于衬底，以离开衬底的周边1mm为宜。盖板盖在滑块上，在盖板上面有一与盖板成一体的用于放置碲化汞的汞源槽，汞源槽上盖有汞源槽盖板，汞源槽的相对两槽壁内各均布嵌有二条通道，通道的一端与汞源槽上部相通，另一端贯通盖板，当盖板盖在滑块上时，要使通道下端的开孔正好落在母液槽内，通过通道使母液槽与汞源槽相通。

本发明的改进之处主要在于：将原置于母液槽的前方或后方的汞源槽改为置于母液槽的正上方，两槽之间有通道相通，汞源槽产生的汞蒸气通过通道从母液槽的顶面向母液补充汞，使得汞源槽产生的汞蒸气对母液的补充更为均匀，从而母液上方的压力更为均匀；同时母液槽前后方的结构相似，促使母液槽周围的温场更为均匀。

由于母液的对流主要是由于温场的非均匀性和液面上方压力的不均匀引起的，本发明的优点是：可以最大程度上消除压力和温场的不均匀，减缓母液对流，从而降低外延材料表面的波纹。

附图说明

图1是未经改进的石墨舟剖面结构示意图。

图2是本发明的石墨舟剖面结构示意图。

图3是采用本发明的石墨舟外延生长时的剖面结构示意图。