[实用新型]真空系统用石英活性气体发生装置

说明书

本实用新型涉及等离子体技术和晶体生长技术，特别是一种真空系统用石英活性气体发生装置。

在超高真空环境下工作的处于激发状态(活性)的原子、分子的集合体(或等离子体)发生装置在半导体晶体生长以及半导体表面处理等领域有广泛的用途。如在III-V族半导体GaN系材料的分子束外延生长以及II-VI族半导体ZnSe系材料的P型掺杂中都使用氮(N)活性原子、分子作为材料主元素的束流源和掺杂剂源。在Si、GaAs等半导体表面处理工艺中，利用活性氢原子清洗可以有效地清除表面氧化物，实现材料表面的低温清洁。

英国现有的在超高真空环境下工作的活性原子、分子发生装置是使用不锈钢材料作为主要支撑和真空密封结构，等离子体发生腔用氮化硼材料制成，且氮化硼反应炉和不锈钢外壳部分连接较为复杂，导致产品价格十分昂贵，使许多使用单位难以承受。并且由于该装置与真空系统的接口规格在制造时必须确定，事后用户难以根据自己的真空系统接口灵活变更。

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便、成本低廉的真空系统用石英气态活性原子、分子发生装置。

本实用新型的目的通过如下技术方案完成：本活性气体发生装置包括等离子体发生部分、接口、气路与阀门。由减压阀一端连接气源，另一端通过气路顺序连接角阀和真空漏阀；真空漏阀通过波纹管连接石英的管状反应腔，石英管状反应腔的另一端的端面烧结有凹形泻流孔；石英管状反应腔通过接口与超高真空系统相连接。由不锈钢套与法兰螺纹齿合压缩氟橡胶环形成密封面。即接口密封由氟橡胶圈被不锈钢套与劈状挤压块及石英反应腔侧面三者挤压后密封。在石英管状反应腔两端分别与不锈钢气路及超高真空系统的连接处设有水冷套，水冷套与石英管状反应腔的间隙中填有金属铟。在石英管状反应腔的外部耦合有射频辐射线圈。射频辐射线圈用空心铜质材料做成，线圈导线用水冷却。射频辐射线圈用氟塑料支柱支撑于机架上，保持与石英管状反应腔之间无接触。

本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型的活性原子、分子发生装置的主体部分使用较为廉价的高纯石英材料，石英结构同时起到等离子体反应腔、真空密封、气路以及支撑的作用，大大简化了等离子体发生器的结构和制备成本，使之成为一种廉价的常用设备。本实用新型的装置已经在分子束外延超高真空系统上试用。利用本装置产生的氮等离子体已经成功地获得了ZnSe、ZnTe等II-VI族半导体料的P型重掺杂。

2.本实用新型的石英管状反应腔的直径尺寸可根据不同真空系统的要求以及使用目的而定。

3.本实用新型的石英管状反应腔与超高真空系统的接口具有拆卸方便、易于与各类不同真空系统连接的优点。

4.本实用新型在水冷套与石英管反应腔之间用铟填隙，增强了热的有效传导。

5.本实用新型可通过控制凹形泻流孔大小及漏阀开启大小来达到调节活性粒子束流和背景真空的要求。

本实用新型附图说明如下：

图1为本实用新型的等离子体发生装置结构示意图。

图2为本实用新型的石英管状反应腔端面的泻流孔剖面图，图2为图1中标记12的局部放大剖视图。

图3为本实用新型的石英管状反应腔到超高真空系统的接口的剖视图。

图4为本实用新型的气体源气路到石英管状反应腔的接口的剖视图。

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述：

本实用新型的离子体发生装置请参阅图1。气源1提供的气体首先经减压阀2减压至0.1～0.2MPa，然后再通过气路3并顺序通过角阀7、真空漏阀8将体气微量地泄漏至石英管状反应腔4。在石英管状反应腔内的气体经射频辐射线圈的耦合激励，在适当的气体压强下形成处于各种激发状态的气体原子及分子的混合体。反应气体经石英管状反应腔前端面上的泻流孔12泄入超高真空室13。

根据气体的放电条件，石英管状反应腔体内的气体放电压强应为1.3～1.3×10^-2Pa量级。该气体压强由真空漏阀8的气体漏率、石英管状反应腔前端面上的泻流孔12的尺寸以及真空室内排气泵的排气量协调控制达到。在使用时，石英管状反应腔前端面上的泻流孔12的尺寸以及真空室内排气泵组的排气量是已经确定的量，可由真空漏阀8调整至合适的气体放电压强。

石英管状反应腔前端面上的泻流孔12的尺寸的大小可调节不同的气体通量和作用范围，可根据不同的使用目的确定。但由于该泻流孔的石英管状反应腔内气体压强的决定，故直径一般在0.1～0.4mm之间选择。