[发明专利]一种用于MOCVD制备薄膜的流道可调反应腔装置在审

专利信息
申请号: 201910638245.X 申请日: 2019-07-16
公开(公告)号: CN110284122A 公开(公告)日: 2019-09-27
发明(设计)人: 袁文;莫思铭;蔡渊;周国山 申请(专利权)人: 苏州新材料研究所有限公司;江苏永鼎股份有限公司;东部超导科技(苏州)有限公司
主分类号: C23C16/455 分类号: C23C16/455;C23C16/52
代理公司: 苏州创元专利商标事务所有限公司 32103 代理人: 范晴;吴音
地址: 215125 江苏省苏州市*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 可调 加热器 角度可调 冷壁 喷淋头 弹性密封片 加热器外壳 反应腔 流道 薄膜 制备 气体扩散空间 金属有机源 薄膜沉积 单端开口 外部设置 衬底基 近距离 均匀性 衬底 温升 出口
【说明书】:

发明公开了一种用于MOCVD制备薄膜的流道可调反应腔装置,包括加热器、可调喷淋头、角度可调冷壁和弹性密封片;加热器上方设置有角度可调冷壁;可调喷淋头设置在角度可调冷壁的一侧部;可调喷淋头与角度可调冷壁和加热器之间设置有弹性密封片;角度可调冷壁的另一侧部,与加热器之间设置有流向出口;加热器外部设置有加热器外壳;可调喷淋头、加热器、加热器外壳、角度可调冷壁以及弹性密封片之间构成一个单端开口的空间。本案由于可调喷淋头不正对加热器和衬底基带,温升小,可近距离布置;气体扩散空间小,提高了金属有机源的利用率,降低成本;可调喷淋头、角度可调冷壁与衬底的方向、角度和距离都可调,方便的调整薄膜沉积的均匀性。

技术领域

本发明涉及一种金属有机源化学气相沉积(MOCVD)所用的气体反应腔装置,可用于YBCO超导带材的制备。

背景技术

金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,缩写为MOCVD),是在气相外延生长 (VPE)的基础上发展起来的一种薄膜的气相外延生长技术,广泛应用于以Ⅲ、 Ⅱ族元素的有机化合物以及含有Ⅴ、Ⅵ族元素的气体原料等作为气相沉积的源材料,经过输运、扩散以及表面化学反应,在高温的衬底上生长Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。MOCVD法适用范围广,几乎可以生长所有化合物及合金材料;可实现大面积均匀薄膜的快速沉积,具有规模化生产优势;金属有机源保存在真空室外,生长过程中源的填装或成分的更改非常方便,适合长时间连续的薄膜制备,易于随时调节薄膜组分;可以生长超薄外延层,并能获得突变的界面。正是鉴于上述优点,MOCVD生长技术已经成为各国科学工作者研究的热点。

多数MOCVD的生长条件是在真空下进行,生长中使用载气(通常为N2或Ar)将原料蒸汽以及反应气体按一定比例通入反应腔内,在高温衬底表面发生反应,反应器壁面可采用冷壁或热壁。由于MOCVD使用的原料气体,特别是金属有机化合物(MO)源大都是易燃、易爆而且有相当毒性的物质,对于系统的密闭性和可靠性有很高的要求。

对于超导薄膜及涂层,制约其大规模应用的重要因素就是高昂的成本。在MOCVD薄膜的制备过程中,一般需要加热器对薄膜所附着的衬底加热到800度以上,而通过在衬底上方设置一个结构复杂的气体喷淋头来制备超导薄膜。在规模化制备中,高温的加热器及衬底有比较大的面积,热辐射功率很大。如果气体喷淋头距离衬底很近(比如10mm),则很容易因喷淋头过热导致其上产生反应沉积薄膜。如果这样的情况发生,则进一步的会影响衬底上沉积薄膜的成分,也可能引起喷淋头堵塞,导致生产不稳定。而如果为了降低喷淋头温度将其放置到远离衬底的位置(比如300mm),则会影响沉积速率,降低原料利用率,导致成本的上升。

因此MOCVD喷淋头与衬底的合理配置是至关重要的。

发明内容

本发明目的是:提供了一种能提高金属有机源利用率的MOCVD反应腔装置,实现均匀、快速沉积,且便于调整。

本发明的技术方案是:一种用于MOCVD制备薄膜的流道可调反应腔装置,包括加热器、可调喷淋头、角度可调冷壁和弹性密封片;所述加热器上方设置有角度可调冷壁;所述可调喷淋头设置在角度可调冷壁的一侧部;所述可调喷淋头与角度可调冷壁之间设置有弹性密封片;所述可调喷淋头与加热器之间设置有弹性密封片;所述角度可调冷壁的另一侧部,与加热器之间设置有流向出口;所述加热器外部设置有加热器外壳;所述可调喷淋头、加热器、加热器外壳、角度可调冷壁以及弹性密封片之间构成一个单端开口的空间。

优选的,所述可调喷淋头设置在喷淋头固定轴上;所述可调喷淋头绕着喷淋头固定轴转动。

优选的,所述角度可调冷壁设置在冷壁固定轴上;所述角度可调冷壁绕着冷壁固定轴转动。

优选的,所述角度可调冷壁上设置有导热铜条若干。

优选的,所述加热器与加热器外壳之间设置有保温层。

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