[其他]配制液态掺杂剂稀溶液的气体载运方法及其装置

说明书

本发明和掺杂的气相化学淀积技术领域相关。

现有的容量法、重量法或半定量的滴加方法（见杨英等《砷化镓气相外延中的N型掺杂》载于中国《一九八一年砷化镓及有关化合物会议论文集》160页;四机部一四四六研究所《掺锡的砷化镓气相外延》载于中国《一九七七年砷化镓及其它Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体会议文集》295页）都要先配好母液再稀释。用微量取样器虽可省去配母液，但准确性很差。所有这些方法都要暴露于空气中操作，由于AsCl₃剧毒，SiCl₄、PCl₃、S₂Cl₂、SnCl₄、AsCl₃等极易水解发烟，PCl₃易氧化，在往返的溶液转移、计量、摇匀等操作中，不但使这些超纯液体受到空气和过多容器的沾污，且对人体极为有害。对于BCl₃，沸点为12℃，接触室温下的器皿就要气化，更使这种操作无法进行。本发明的目的，就是开创一个没有这些弊端的新配液途径，其方法是将高纯载气以低流速先通过恒温的掺杂剂冒泡瓶（2），再流经基质液（指硅外延用的SiCl₄、GaAs外延用的AsCl₃等，文中均同）的冒泡瓶（3），精确控制流过气体的体积，就可将掺杂剂适量地载入到基质液中。

附图说明：

图1中载气通过质量流量计（1）经石英四通活塞（7）、（8）分别和石英掺杂剂冒泡瓶（2）、石英基质液冒泡瓶（3）相通，两瓶的进气管上的螺旋叶（4）大大增加了气泡和液体的接触时间，使气液两相达到平衡。瓶（2）外套一恒温槽（5）。瓶（3）通过其外部的恒温槽（12）适当降温，为的是加快已气化了的掺杂剂的溶解过程，并减少基质液的损失，（6）为其进气管下端口。吸收瓶（11）能把基质液和掺杂剂吸净，接于三通活塞（9）上的管（10）为接入反应系统中用。图2与图1完全相同，只是瓶（2）中没有螺旋叶，这是对于掺杂剂的气化易达平衡时用的装置。

发明的详细说明：

此方法的原理是，在低流速时，让气液两相充分接触而达平衡，这是成功的关键。因此，若从瓶（2）流过的载气总体积为V，其所携出的掺杂剂的克分子数n_d有如下近似关系：

nd≈ (Pd V)/(RT)

式中P_d为掺杂剂在该温度T下的饱和蒸气压。当流经瓶（3）时，对于半导体掺杂来说，可以认为掺杂剂溶于基质液中是完全的。通过上式理论计算，可以选择合适的瓶（2）温度T，以得到易于准确控制的通气量。

操作程序，瓶（2）（3）恒温后，有以下五步：

1、用载气分别冲洗管道和瓶子（2）（3）（11），驱净空气。

2、去除掺杂剂的低沸点成分。使载气流经瓶（2）而不经瓶（3）放空，将掺杂剂中的低沸点杂质带走。至于哪些高沸点杂质，如氯化物水解后的产物，则不易载带出来，取中馏分用，气体载带法就有纯化掺杂剂之功效。当用冷凝式冒泡瓶或串接一个简易精馏柱时，这种提纯效果就更好。

3、关闭瓶（2）（3），用载气冲净管道中的掺杂剂，这是为了计量体积上的准确。

4、气体载带。将流量调至适用于载带的最佳流速。最佳流速与掺杂剂、基质液的种类，使用温度，瓶（2）瓶（3）的结构尺寸有关。通常使用条件下，最佳流速都在300ml/分以下。自瓶（2）鼓出第一个气泡开始，以实际流量计算，到达所需载气量时，立即切断流经瓶（2）的载气。

5、全溶与混匀。让载气继续流经瓶（3）不过瓶（2），以便使自活塞（7）经活塞（8）到管口（6）这段管道中的掺杂剂都溶进基质液中，并利用气泡的搅动，使其充分混匀。瓶（3）就是外延用的冒泡瓶，无需溶液再转移。

此法的显著优点是：

1、隔绝空气操作，避免了氯化物的水解、氧化等空气沾污及对人体毒害。

2、有纯化掺杂剂功效。

3、解决了象BCl₃这类在室温下就沸腾的掺杂剂的配制问题。把BCl₃放在干冰中，气体载带就很方便了。

4、操作简便，设备无需投资，大都是外延实验室已有的。