[实用新型]生长亚微米级金刚石薄膜的提升旋转装置

说明书

一种生长亚微米级金刚石薄膜的提升旋转装置，包括支架、升降转轴、升降机构和旋转机构，升降机构和旋转机构均设置在支架上，升降转轴连接在升降机构上并与旋转机构连接，升降转轴的顶端连接生长垫盘。本实用新型通过调节生长垫盘高度和旋转速率的方式控制外延薄膜沉积效率，优化各外延区域的沉积速率，随着生长过程中籽晶衬底高度的升高动态调节垫盘的高度并旋转，能保证同一籽晶衬底的生长延续性与均匀性，保证了晶体质量。

技术领域

本实用新型涉及一种生长亚微米级金刚石薄膜过程中使籽晶提升旋转的装置，属于金刚石同质或异质外延生长技术领域。

背景技术

金刚石具有超高的硬度、高热导率、高热学稳定性与5.47eV的禁带宽度且广域透光等出色的物理化学性能，一直备受各领域的关注，被称为“终极半导体材料”。目前半导体器件用的金刚石单晶主要靠硼、磷等元素进行掺杂或表面氢原子终端来实现材料导电。其中元素掺杂的技术还有大量掺杂浓度、激活与电阻率较高等科学技术问题需要解决。而氢原子终端已经可以实现低载流子密度的电学传导。近20年来，各国科学家都针对于不同金刚石单晶衬底质量、不同氢终端接触、氢终端表面处理对于后续半导体器件的影响做出了大量的研究。金刚石表面碳原子悬挂键连接氢原子形成氢终端后表现出负电子亲和势，使得金刚石表面产生电荷极化效应，导致表面附近的碳原子产生能带弯曲形成二维空穴气(2DHG)实现表界面导电。因此非掺杂本征金刚石基半导体器件仅适用金刚石表界面形成电学完成空穴传输。

目前微波等离子体化学气相沉积是制备高质量金刚石单晶体材料与多晶薄膜的方法。该种设备可以进行大尺寸金刚石同质与异质外延的高速沉积生长，是目前合成金刚石珠宝领域、金刚石镀层等非常重要的设备。该类型的设备使用微波作为激发源激发氢气与甲烷形成等离子体辉光，在几千度高温下将甲烷裂解成为自由碳基团与多种离子。通过随后尝试的自由碳活性基团吸附在生长衬底的表面，形成碳元素的沉积。在这个过程中，等离子体既实现了金刚石生长原材料的制备，又为自由碳基团的稳定传输提供驱动力。传统的珠宝领域金刚石材料的制备，研究人员均将工艺优化重心放在金刚石生长速率的提升与晶体质量的平衡上。目前微量氮元素掺杂的金刚石单晶生长已可以达到100μm/h以上。

然而对于非掺杂本征半导体器件用途的金刚石材料制备而言，外延层厚度仅需要10μm以下即可实现氢终端的界面导电效应。并且金刚石层厚度太大还容易额外引入生长缺陷与非金刚石杂质相。同时超薄的金刚石层外延厚度也使得后续的表面加工成为最大的难点。

因此对于半导体器件用金刚石外延薄膜的制备，更重要的是在限制金刚石单晶层厚度的情况下保证金刚石层的晶体质量与各位置的生长速率均匀性。因此必须降低金刚石外延层的生长速率并有效控制全片生长速率的有效来实现大面积高质量低厚度的金刚石单晶薄膜制备。

现有化学气相沉积金刚石薄膜在生长过程中，存在籽晶衬底的生长钼垫盘调整性不足，不能减少与等离子体之间的温差，降低温度梯度，也无法调节生长速率提高晶体质量。

实用新型内容

本实用新型针对现有化学气相沉积金刚石薄膜在生长过程中存在的籽晶生长垫盘调整性不足、晶体质量有待提高的问题，提供一种薄膜沉积效率高、明显改善沉积薄膜质量的生长亚微米级金刚石薄膜的提升旋转装置。

本实用新型的生长亚微米级金刚石薄膜的提升旋转装置，采用以下技术方案：

该装置，包括支架、升降转轴、升降机构和旋转机构，升降机构和旋转机构均设置在支架上，升降转轴连接在升降机构上并与旋转机构连接。

所述升降机构包括升降电机、升降主动齿轮、升降被动齿轮和螺杆，升降电机固定安装在所述支架上，升降主动齿轮安装在升降电机的转轴上，升降被动齿轮与升降主动齿轮啮合并通过升降轴承座安装在支架上，螺杆与升降被动齿轮通过螺纹连接。所述螺杆上端通过轴承安装所述升降转轴。所述螺杆上带有轴向的定位滑槽，定位滑槽中设置有定位销，定位销固定在支架上。升降电机通过齿轮传动使升降被动齿轮转动，转动的升降被动齿轮通过螺纹传动带动螺杆及升降转轴升降。