[发明专利]具有纳米结构材料的超高真空低温泵装置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及低温泵系统及其真空实现方法。

背景技术

真空系统广泛地应用于科学研究和工业中。半导体制造领域在需要高真空系统的许多重要技术领域之中。通常，器件的性能高度依赖于真空系统中存在的压强和杂质。生长环境中的残余气体和/或者其它杂质可能是产品污染的重要来源。

超高真空状态（regime）是以压强低于10^-9托为特征的真空状态且不易实现。虽然泵可以不断地从真空室中去除粒子以试图减小真空室中的压强，但是气体通过表面解吸从腔室的壁进入真空室或者渗透穿过壁进入真空室。特别地，当压强较低时，腔室内部和真空室外部的周围环境之间的压强差使渗透更加严重。

低温泵是可以用于通过在低温下去除封闭真空室中的气体来试图实现超高真空条件的一种类型的真空器件。低温泵通过将粒子冷凝在冷表面上来捕获粒子。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种低温泵系统，包括：罐，具有连接至真空室的法兰；低温叶片阵列，布置在所述罐内；固定粘合层，位于所述低温叶片阵列的叶片上；以及吸附材料，位于所述固定粘合层上，所述吸附材料和所述固定粘合层中的至少一个包括碳纳米管材料。

在该低温泵系统中，所述吸附材料包括活性炭材料，所述碳纳米管材料混合在所述活性炭材料中的孔内。

在该低温泵系统中，所述固定粘合层包括所述碳纳米管材料。

在该低温泵系统中，所述碳纳米管材料与所述固定粘合层混合。

在该低温泵系统中，所述吸附材料包括活性炭材料。

在该低温泵系统中，所述固定粘合层的热导率大于没有与纳米结构材料混合的第二固定粘合层的热导率。

在该低温泵系统中，所述低温叶片阵列的工作温度为约8开尔文。

在该低温泵系统中，所述碳纳米管材料包括单壁碳纳米管。

在该低温泵系统中，所述碳纳米管材料包括多壁碳纳米管。

在该低温泵系统中，所述碳纳米管材料具有结晶缺陷。

在该低温泵系统中，纳米结构材料的所述结晶缺陷是用于要被所述碳纳米管材料吸附的粒子的结合位点。

在该低温泵系统中，所述粒子包括H₂O、O₂、CO₂、H₂、N₂或者He。

在该低温泵系统中，所述真空室用于物理汽相沉积（PVD）、分子束外延（MBE）或者注入室。

根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括：将固定粘合层施加在低温叶片阵列的叶片上；以及将吸附材料施加在所述固定粘合层上，其中，所述吸附材料包括位于活性炭材料的孔内的纳米结构材料。

在该方法中，通过球磨法将所述纳米结构材料混合在所述活性炭材料的孔内。

在该方法中，所述纳米结构材料在所述活性炭材料开始吸附粒子之前饱和。

在该方法中，所述纳米结构材料具有结晶缺陷。

在该方法中，所述纳米结构材料的所述结晶缺陷通过化学吸附形成与分子的化学键。

在该方法中，所述纳米结构材料的所述结晶缺陷通过物理吸附形成与原子种类的化学键。

根据本发明的又一方面，提供了一种多段低温泵系统，包括：罐，具有连接至真空室的法兰；第一段，位于所述罐内，所述第一段与所述真空室流体连通并且包括入口阵列以凝结具有第一温度范围内的沸点的气体；以及第二段，位于所述罐内，所述第二段与所述真空室流体连通，但是所述第二段相对于所述真空室位于所述第一段的流体下游，所述第二段包括冷镦机以冷却所述第二段中的低温叶片阵列，所述低温叶片阵列上包括碳纳米管材料以捕获具有第二温度范围内的沸点的气体，所述第二温度范围小于所述第一温度范围。

附图说明

图1示出了具有位于低温叶片阵列上的示例性吸附层的低温泵的剖视图。

图2示出了根据一些实施例的低温泵结构的部分的截面图。

图3示出了活性炭材料和纳米结构材料的示例性结构的示图。

图4示出了根据一些可选实施例的低温泵结构的部分的截面图。

图5示出了实现用于低温泵的超高真空度的一些实施例的流程图。

图6示出了实现用于低温泵的超高真空度的一些可选实施例的流程图。

具体实施方式