[发明专利]化学气相淀积材料生长设备的反应源进气分配方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及制备薄膜材料的CVD材料生长设备的反应源进气分配方法与装 置的优化设计，主要是通过让分解温度相差较大的反应源气体分别经各自的输运 通道单独进入反应腔体，并对分解温度较高的反应源气体进行加热预分解后，再 让其与分解温度较低的源气体充分混合而进行反应，从而完成薄膜材料的外延生 长过程。

背景技术

用于薄膜材料的外延生长方法包括：化学气相淀积(CVD)、电子回旋共振 等离子化学气相淀积(ECR-MPCVD)、液相外延生长(LPE)、气相外延生长 (VPE)、分子束外延生长(MBE)等。其中CVD生长技术属最为常用的方法 之一，其特点是设备成本较低、生产批量大、薄膜均匀性好、易控制薄膜组分和 掺杂等。

在用CVD设备进行材料生长的过程中，通常是让不同的反应源气体在进入 反应腔之前先进行混合，然后再一起被引入反应腔中，在衬底表面附近，已混合 的反应气体分子在生长温度下分解、再经化学反应实现原子的重新结合，从而在 衬底上淀积出所需的薄膜材料。如果参与反应的反应源中，不同的源气体分解温 度相差较大，某一气源的气体分子在相对较低的温度下就可以发生分解，而另一 气源的气体分子的分解需要较高的温度，这种差异将导致在高温的衬底表面附 近，分解温度较低的源气体已经充分分解，而分解温度较高的源气体却还未能完 全分解，从而造成不同反应源气体分子之间不能充分反应。这样不但会降低反应 速率，减小气源气体的利用率，而且可能会影响外延薄膜材料的质量。因为分解 温度较低的反应源气体的最终分解产物可能会与分解温度较高的反应源气体的 中间产物反应而生成一些其它物质淀积到衬底上，或者分解温度较低的反应源气 体的最终分解产物处于过剩状态而未完全反应即淀积到衬底上，这些都将严重降 低外延的薄膜材料的质量。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于CVD材料生长设备的反应源进气分配方法与 装置的优化设计，主要是通过让分解温度相差较大的反应源气体分别经各自的输 运通道单独进入反应腔体，并对分解温度较高的源气体进行加热预分解后，再让 其预分解产物和分解温度较低的源气体在气体混流区混合，在反应区完成化学反 应以进行薄膜材料的外延生长。

本发明的技术方案是：CVD材料生长设备的反应源进气分配方法是让分解温 度相差较大的反应气源经各自的输运通道单独地进入反应腔体，并对分解温度较 高的源气体进行加热预分解后再让其与分解温度较低的反应源气体充分混合后 在合适的温度下进行反应以外延生长薄膜材料。对于分解温度较高的反应源气 体，在输运至石墨反应腔进气端前需对其进行加热使其预分解，这个过程是通过 在导引气体的细石英管周围配置石墨管感应件、经射频加热的方法来实现的。细 的导引石英管分别把分解温度较低的反应源气体和已经预分解的分解温度较高 的反应源气体及其中间产物输运到石墨反应腔的进气端附近，然后再让两者充分 混合后在石墨反应腔中的被加热的衬底表面进行反应并淀积。

CVD材料生长设备：反应腔加热装置采用射频感应加热器，射频感应加热 器的感应件为石墨腔，置石墨基座于其中以放置衬底，石墨腔位于石英管内以构 成石英管反应腔。分解温度较低的反应源气体和分解温度较高的反应源气体分别 通过石英管封口法兰后经细石英管导入反应腔的进气端附近；气源气体在经细石 英管的输运过程中，导引分解温度较高的源气体的细石英管周围配置石墨管以构 成感应件，用射频感应加热的方式对管中所通过的分解温度较高的源气体进行加 热而使其预分解。

本发明方案的优点是：

1、提高薄膜材料外延生长过程中的生长速率。

2、提高反应源气体的利用率以节省材料制备成本。

3、降低反应过程中的杂质淀积以提高外延薄膜的质量。

附图说明

下图是本发明的结构示意图，

具体实施方式

如图所示，此设计方案的实施过程主要如下所述：

CVD材料生长设备的反应源进气分配的装置：加热装置采用射频感应加热 器，射频感应加热器的感应件为石墨腔；石墨腔中配以石墨基座以放置衬底，石 墨腔位于石英管内；分解温度较低的反应源气体和分解温度较高的反应源气体分 别通过石英管封口法兰后经细导引石英管导入反应腔的进气端附近；导引分解温 度较高的源气体的细石英管周围配置石墨管以构成感应件。