[实用新型]高通量组合半导体材料芯片合成设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及高通量组合半导体材料芯片的生产设备，具体涉及一种高通量组合半导体材料芯片合成设备。

背景技术

高新半导体材料,包括半导体/金属合金、金属氧化物、介电氧化物，以及纳米结构和薄膜材料等在现代光电信息通讯、新能源、航空，以及国防等领域有广泛而重要的应用。这些材料通常由二元以上的多元素构成，材料组成和结构与其电学、光学和催化性能等紧密相关。与有机化学合成不同，上述半导体材料材料稳定性主要受热力学和温度控制，材料合成的组分和构成无法通过动力学逐级控制反应的速率与产物，没有特定的规律可循，这使得相关材料合成长期依赖于随机性的逐一试探和摸索，大大延长了材料发现与合成的周期和成本。其次，现代理论研究和计算水平可以对新材料的结构和物化性质进行模拟和预测，然而落后的材料合成速度无法及时对理论结果进行验证，这些都严重制约了以高新半导体材料为基础的高新科技产品研发和技术发展。

高通量组合半导体材料芯片合成技术，通过在固态原子或离子在极短的扩散尺度进行薄膜沉积，同时配合分立的掩膜板面阵阵列转换，或者连续匀速的掩膜板运动，以及相应的工艺温度和气氛控制程序，实现高通量组合新材料芯片制备，以指数量级加快新材料的发现与筛选速度，是加速高新材料合成与筛选，以及优化合成工艺和确定合成路线的必要手段。

用于高通量组合半导体材料芯片合成的物理薄膜沉积手段，包括磁控/离子束溅射、电子束沉积和脉冲激光沉积等。其中，溅射方法虽然广泛使用于金属单质和多元素化合物沉积，但由于使用工作气体，存在二次溅射造成材料交叉污染问题。电子束沉积采用磁偏转电子枪直接轰击坩埚源材料，污染小，适用于高纯金属薄膜和非吸收性材料(如SiO2)的沉积制备。脉冲激光沉积采用冷源高能脉冲激光烧蚀靶源材料，在非热力学平衡条件下将靶源材料的化学计量比完整复制到样品上，适用于复杂多元素化合物沉积。

实用新型内容

为解决上述技术问题，我们提出了一种高通量组合半导体材料芯片合成设备，其目的：在超高真空腔室中同时配置了脉冲激光和电子束双沉积源，分别利用脉冲激光沉积(pulsed laser depos i tion/PLD)的非热力学平衡沉积过程，将靶源材料的化学计量比例完整复制到样品薄膜，以及电子束沉积(electron beam deposi tion/EB)用于沉积高纯金属薄膜的优势，适用于包括金属合金、金属氧化物、介电氧化物，以及纳米结构和薄膜等材料，大大提高了高通量组合半导体材料芯片制备的灵活性，具有普遍适用性。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种高通量组合半导体材料芯片合成设备，包括进样室和以进样室为中心的两条样品传递方向上设有的设备，沿第一样品传递杆的传递方向依次设有第一样品传递杆、进样室和超高真空主沉积腔室，沿第二样品传递杆的传递方向依次设有第二样品传递杆、后处理退火与气氛腔、进样室和手套箱；

超高真空主沉积腔室的顶部设有样品台，超高真空主沉积腔室的侧壁上设有PLD伸缩靶台、电子束源和掩膜板装置，超高真空主沉积腔室的侧壁还设有与PLD伸缩靶台的激光扫描区域相应的激光入射口；

PLD伸缩靶台与样品台的距离小于电子束源与样品台的距离；

掩膜板装置上装设有掩膜板和掩膜板的传动控制装置；

进样室与超高真空主沉积腔室和手套箱之间均设有插板阀。

优选的，超高真空主沉积腔室的本底真空度≤6×10^-7Pa，进样室和后处理退火与气氛腔的本底真空度≤6×10^-4Pa。

优选的，超高真空主沉积腔室配置有至少四路气体，使用多通道气体流量仪控制。

优选的，PLD伸缩靶台采用倾斜偏轴布局，即处在激光扫描区域的靶源中轴线相对于样品台中轴线偏离，同时PLD伸缩靶台的法向与样品台法向成30°或45°的角度；PLD伸缩靶台设有至少五个靶源位置，采用转盘型或者直线型排布，每个靶源可以自转，所有靶源位置可以通过公转或直线运动切换到激光扫描区域；PLD伸缩靶台可直线伸缩。

优选的，PLD伸缩靶台位于超高真空主沉积腔室的上部,从侧面沿水平方向引入超高真空主沉积腔室。

优选的，电子束源位于超高真空主沉积腔室的下部，从侧面沿水平方向引入超高真空主沉积腔室。

优选的，电子束源设有至少五个坩埚位置，采用直线型排布，可进行直线坩埚换位。

优选的，进样室与超高真空主沉积腔室之间的插板阀为超高真空插板阀，进样室与手套箱之间的插板阀为高真空插板阀。