[发明专利]一种用于MOCVD设备的加热器

说明书

技术领域

    本发明涉及制备半导体薄膜的技术，尤其涉及一种用于MOCVD设备的加热器。

背景技术

金属有机化合物化学气相沉积（Metal-organic Chemical Vapor DePosition，简称MOCVD）是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术。 MOCVD设备主要包括气路系统、加热系统、反应室和检测及控制系统等几个部分。其中加热系统主要是对反应发生的衬底进行加热，提供反应所需要的温度，必须满足加热均匀，升温降温速度快，温度稳定时间短等要求。

现有加热器存在以下不足和缺陷：

1. 加热底座高温抗蠕变性能较差。加热底座工作时间长、温度高，容易氧化以及变形，并无法使用在氧化性气氛中。

2.温场均匀性较差。对于生产型MOCVD来说基本上都是6片以上的多片机，需要加热的面积更大，如果温度梯度很大的话，外延片生长的质量将受到很大的影响。

3.加热精度控制低，控温方式不合理。

4.加热炉体材料成本高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于MOCVD设备的加热器。

本发明采用以下技术方案是，设计一种用于MOCVD设备的加热器，包括圆盘状炉体和设于该炉体上的加热体，所述的炉体分成内圈、中圈和外圈三个区域，这三个区域分别设置有三组加热体，每组加热体由单独的加热电源控制器进行控制。

每组加热体的电极通过可控硅调功器与变压器和电源连接，每组加热体上设置有热偶温控表，该热偶温度表将温度信号通过触发器传递给可控硅调功器，通过可控硅调功器对电压、电流和功率进行精确控制。 

所述的炉体材料采用铁铬铝合金。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.用铁铬铝合金作为加热炉体，正常工艺时，加热体的蠕变量非常小，且表面形成了一层致密坚硬的抗氧化层；

2.在环形片状的加热体上焊接固定杆，大大的降低了装配的难度，减小装配时电阻加热体的变形，有效的保证装配精度；

3.加热体分三个区域进行独立的加热，可以对每个加热体施加不同的功率，从而保证了温场的均匀性；

4.采用可控硅调功器、温控表、触发器等电气元件组成的串级电路，实现自动合理的控温方式，满足MOCVD设备加热对温度的苛刻要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。

针对MOCVD设备对加热温度的要求，本发明主要从三个方面来进行加热器的设计：加热炉体材料的选择、加热体结构的设计和加热控温器的设计。

如图1所示，本发明提出的用于MOCVD设备的加热器包括圆盘状炉体，其中，炉体分成内圈、中圈和外圈三个区域，这三个区域分别设置有内圈加热体21、中圈加热体22和外圈加热体23，每组加热体由单独的加热电源控制器进行控制。

如图1所示，本发明中内圈加热体21、中圈加热体22和外圈加热体23是各自独立的。在这三组加热体中，中圈加热体是最大的，为保证装配的精度和防止变形，将固定杆4焊接在加热体22上，装配时就可以用来连接到发热体支撑架上，这样就能有效控制装配的精度，从而满足设备在加热过程中对温度的要求。

本发明设计的加热器中，总电源通过变压器，得到需要的电压，接到可控硅调功器，凭借其先进的数字控制算法，优化电能的使用效率，再接到各自的电极杆3上，从而实现对加热体的加热。加热产生的温度，通过热偶感应给温控表，温控表将信号传递给可控硅的触发器，通过可控硅调功器对电压、电流和功率的精确控制，实现精密控温。 

由于MOCVD设备中的石墨载片台由中心向外侧的温度是逐渐降低的，于是需要通过改变加热电阻片局部的功率对电炉的加热温度分布进行调整。本发明中将电阻加热体分成三个区域进行加热，每个区域都有单独的加热电源来进行控制，这样就可以通过调节各区域的加热功率来对电炉的加热温度和加热均匀性进行调节。

本发明中，加热炉体材料选择铁铬铝合金，该合金具有以下优点：

1.富氧环境中使用温度高，铁铬铝合金最高使用温度可达1400℃；

2.使用寿命长，在富氧环境中相同的较高使用温度下，铁铬铝元件的寿命可为镍铬元件的2-4倍；

3.表面负荷高,由于铁铬铝合金允许的使用温度高，寿命长，所以元件表面负荷也可以高一些，这不仅使升温快，也可以节省合金材料；