一种三状态分子束外延用束源炉快门.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112746318A(43)申请公布日2021.05.04(21)申请号202011453051.1(22)申请日2020.12.11(71)申请人湖南烁科晶磊半导体科技有限公司地址410000湖南省长沙市高新开发区岳麓西大道1698号麓谷科技创新创业园A1栋1-1023房(72)发明人杜鹏龚欣付宏伟魏唯陈峰武王慧勇肖慧宁澍陈长平(74)专利代理机构湖南兆弘专利事务所(普通合伙)43008代理人徐好(51)Int.Cl.C30B23/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种三状态分子束外延用束源炉快门(57)摘要本发明公开了一种三状态分子束外延用束源炉快门，在具备束流开启与束流关断两种状态的基础上，新增第三种束源炉保护状态，处于束源炉保护状态的快门可以有效阻挡冷屏内壁上吸附的材料碎片掉落入束源炉中，具有可以保护束源炉内源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性、降低设备维护时间、提高设备生产效率等优点。CN112746318ACN112746318A权利要求书1/1页1.一种三状态分子束外延用束源炉快门，其特征在于：具备三种状态：束流开启状态、束流关断状态和束源炉保护状态；快门处于束流开启状态时，快门叶片(23)完全避开束流蒸发路径(4)；快门处于束流关断状态时，快门叶片(23)完全挡住束流蒸发路径(4)；快门处于束源炉保护状态时，快门叶片(23)位于束源炉(3)的炉口上方，阻挡冷屏(5)内壁上吸附的材料碎片掉落入束源炉(3)中。2.根据权利要求1所述的三状态分子束外延用束源炉快门，其特征在于：包括位于真空腔室(1)内的快门叶片(23)、用于带动快门叶片(23)上下摆动和线性伸缩的快门杆(22)、以及用于安装快门杆(22)的快门法兰(21)。3.根据权利要求2所述的三状态分子束外延用束源炉快门，其特征在于：所述快门杆(22)一端位于真空腔室(1)内，快门杆(22)另一端位于真空腔室(1)外并连接有驱动装置。4.根据权利要求3所述的三状态分子束外延用束源炉快门，其特征在于：所述驱动装置通过波纹管实现真空动密封。5.根据权利要求4所述的三状态分子束外延用束源炉快门，其特征在于：所述快门叶片(23)采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成，所述快门杆(22)采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成。6.根据权利要求5所述的三状态分子束外延用束源炉快门，其特征在于：所述快门叶片(23)与所述快门杆(22)固定连接，所述快门叶片(23)与所述快门杆(22)之间的夹角为60°至150°。2CN112746318A说明书1/3页一种三状态分子束外延用束源炉快门技术领域[0001]本发明涉及半导体设备，尤其涉及一种三状态分子束外延用束源炉快门。背景技术[0002]分子束外延(MBE)是在超高真空环境下，把构成晶体各组分和掺杂的原子或分子，以一定的热运动速度、按一定的成分比例从束源炉中喷射到衬底表面上进行外延生长来制备单晶薄膜的一种方法。[0003]其中束源炉和束源炉快门是分子束外延设备的重要组成部分，束源炉通过加热坩埚中的源料来获得稳定可控的蒸发束流，每一个束源炉配备有独立的束源炉快门，束源炉快门通过放行或遮挡来实现对蒸发束流的开关控制。现有技术中的束源炉快门主要分为两种形式：线性运动快门与旋转运动快门，都只具备束流开启和束流关断两种状态。[0004]冷屏也是分子束外延设备的重要组成部分之一，冷屏一般采用液氮来冷却，工作温度在77K左右：一是用于吸附未参与外延生长的多余的原子或分子，提高腔内真空度；二是用于吸收来自束源炉加热器和样品架加热器的多余的热量辐射，减少腔内热负荷。然而，分子束外延设备在长时间工艺运行后，冷屏内壁上吸附的材料不断累积、逐渐变厚，最终形成极易脱落的材料碎片，这些材料碎片一旦掉落入下方束源炉中，将交叉污染束源炉内源料，影响外延薄膜质量，也导致蒸发束流不可控，影响后续工艺的稳定性和重复性。发明内容[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以保护束源炉内源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性的三状态分子束外延用束源炉快门。[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：[0007]一种三状态分子束外延用束源炉快门，具备三种状态——束流开启状态、束流关断状态、束源炉保护状态；快门处于束流开启状态时，快门叶片完全避开束流蒸发路径；快门处于束流关断状态时，快门叶片完全挡住束流蒸发路径；快门处于束源炉保护状态时，快门叶片位于束源炉的炉口上方，阻挡冷屏内壁上吸附的材料碎片掉落入束源炉中。[0008]作为上述技术方案的进一步改进：所述快门包括