[发明专利]一种实时测量MOCVD反应腔内气相温度的飞秒CARS系统

说明书

本发明公开了一种实时测量MOCVD反应腔内气相温度的飞秒CARS系统，包括MOCVD腔体系统、飞秒CARS系统，所述MOCVD腔体系统上设MOCVD反应腔激光入射口和MOCVD反应腔激光出射口，所述飞秒CARS系统的激光出射口与所述MOCVD反应腔激光入射口连接，所述飞秒CARS系统的激光入射口与所述MOCVD反应腔激光出射口连接。本发明利用飞秒CARS的知识，通过飞秒激光脉冲激发MOCVD中气相分子的拉曼振动，测量CARS信号，从而得到气相分子的温度信息，这为MOCVD气相测温提供了一种全新的解决方案。主要优点在于气相测温范围大，测量精度高，响应时间短，可测量反应腔全场温度。同时飞秒CARS系统的光学回路简单，成本低。

技术领域

本发明涉及MOCVD领域，尤其涉及一种实时测量MOCVD反应腔内气相温度的飞秒CARS系统。

背景技术

金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)是一种利用有机金属热分解反应进行气相外延生长薄膜的化学气相沉积技术。MOCVD技术能够在生长过程中精确控制外延厚度，因此被用于制造以GaN为代表的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料薄膜。然而采用MOCVD技术生长薄膜的环境复杂，生长流程冗长，这些都对薄膜的品质包括薄膜均匀性，缺陷密度等有着极大影响。其中温度是影响薄膜品质的关键因素，主要影响MOCVD反应腔体内化学反应，沉积吸附、缺陷演化等多个外延生长过程。提升薄膜质量必须精确控制MOCVD反应腔温度，因而精确实时测量MOCVD反应腔温度，尤其是气相的温度对提高薄膜的质量有着重大的工程意义。

由于MOCVD生长环境恶劣，只能采用非接触式测温技术。目前已知的MOCVD反应腔红外测温技术只能测量衬底表面或腔体表面温度，并且红外测温技术的响应时间一般在百毫秒内，采用特殊的探测头其响应时间也只能降到十微秒，然而MOCVD反应腔内的各类气相化学反应时间在亚微秒尺度内，该时间尺度内的由于化学反应而导致的温度变化也严重影响最终的薄膜质量。

飞秒相干反斯托克斯拉曼光谱(Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy，简称CARS)是利用飞秒激光脉冲作为泵浦光和斯托克斯光，两者共同作用激发分子的拉曼振动，并通过时间延迟探测光探测被激发分子拉曼振动模的时间演化过程，探测得到的飞秒CARS信号既能够反映物质微观的分子超快动力学过程。由于自然界中的物质都以特定的频率振动，特征频率在飞秒至皮秒量级，而宏观温度的表现源于微观粒子的振动，因此飞秒CARS可以用于分析分子的宏观温度信息。如CN105203223A公布了一种基于CARS光谱测量一维扫描火焰温度的装置，该装置采用飞秒激光器，分束片，反射镜等部件，可简单、精确测量火焰的温度。CN105043559A公布了一种基于双焦透镜的CARS光谱测温装置，该装置采用双透镜，能够测量两个或多个位置的温度。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种实时测量MOCVD反应腔内气相温度的飞秒CARS系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括MOCVD腔体系统、飞秒CARS系统，所述MOCVD腔体系统上设MOCVD反应腔激光入射口和MOCVD反应腔激光出射口，所述飞秒CARS系统的激光出射口与所述MOCVD反应腔激光入射口连接，所述飞秒CARS系统的激光入射口与所述MOCVD反应腔激光出射口连接。MOCVD腔体系统提供产生气相化学反应的腔室，所述飞秒CARS系统用于测量前者气相的温度。

所述MOCVD腔体系统由腔体壁和反射镜组成，所述反射镜为多个，多个所述反射镜均匀分布于所述腔体壁的内壁及底部，所述腔体壁内填充气相物质，所述腔体壁的上段两侧分别设置所述MOCVD反应腔激光入射口和所述MOCVD反应腔激光出射口。

所述MOCVD腔体系统内的所述反射镜与计算机电性连接，所述反射镜通过计算机控制角度变化。