一种分子束外延衬底加热辅助装置的制作方法

本技术属于分子束外延设备，涉及一种带衬底辅助加热的分子束外延衬底加热装置。

背景技术：

1、衬底加热器部件是分子束外延设备中的一个重要部件，作为衬底托的支撑载体不单要求它具有精良的机械性能，还要求它能够为衬底提供均匀的热量，保证衬底温度最大限度的均匀性，以满足分子束外延生长的基本要求。

2、在分子束外延生长技术中，衬底的生长温度是非常重要的控制参数之一，它直接影响材料的晶体质量、材料组分、电学参数等，例如在碲镉汞等分子束外延生长中，生长温度范围一般只有±2℃。在同样的束流下，温度高于最佳温度时，达到衬底表面的汞原子很容易再次蒸发，衬底会形成缺汞的缺陷，反之会在样品中形成富汞的缺陷，最终影响面阵器件的性能。同时，由于温度的偏差，也会使得碲与汞结合碲化汞成分在碲镉汞三元合金材料中的组分比例发生变化，从而使得碲镉汞材料的红外探测波长发生变化。如果这种组分变化发生在材料的纵向深度方面，造成了组分不均匀直接影响器件的电学性能，而同样的情况发生在样品的横向平面范围内，则会使面阵器件的光电响应不均匀，很难得到满足要求的红外图像。因此，分子束外延衬底的横向温度均匀性是设备制造商以及用户非常关注的一个参数。

3、在早期的分子束外延设备中，衬底的加热部分通常采用单一的加热丝来提供必要的热量，加热丝有的是由钽丝绕城螺旋状，然后在衬底加热盘上按照预先模拟得到的热场分布来绕制，同样也有用钽片来绕制的加热丝。随着衬底面积的增大，单一的加热丝很难满足大面积均匀性温度场的需求。单从衬底头上的加热盘去设计或改进，很难做到整个衬底的温度均匀，这是由于具有一定温度的衬底盘可以看作一个不断向外辐射的整体，尽管衬底加热盘通过绕制可以使得衬底的边缘加热丝更密集以求提高边缘的温度，但是由于侧面只有辐射屏蔽罩，很难使得边缘温度得到提升，往往会形成衬底边缘温度比中心区温度低几度的情况。因此，一般号称可以装载6寸衬底的衬底头，往往要加工成7寸甚至8寸的大小，这是由于边缘温度低的情况只能靠大衬底盘的面积来弥补。

4、造成这样衬底边缘温度低的主要原因是衬底头侧面只有辐射屏蔽罩起到保温作用，侧面和衬底面的辐射性能存在差异，特别是衬底面和侧面交接地方辐射不均匀，很难保证衬底盘的边缘和中心区域辐射量一致，因此必然会造成衬底平面温度场的不均匀。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是：分子束外延生长技术过程中，衬底温度是需要高精度控制的重要参数，若衬底温度存在偏差，会导致面阵器件的性能发生较大变化。然而现阶段的分子束外延设备中仅仅从衬底头上加热盘上设计或改进很难做到整个衬底面积的温度场均匀。为克服衬底温度场分布不均匀这一问题，本实用新型设计了一个衬底托加热辅助装置，通过控制辅助加热装置的输出功率来调控衬底边缘的温度场，达到减小与衬底中心区域温度差的目的，此外该装置还可以有效起到保护衬底加热器部件的作用，防止源材料在衬底热器部件上的沉积，避免衬底受到衬底热器部件上沉积物的二次污染。

2、本实用新型解决其技术问题的技术方案是：

3、一种分子束外延衬底加热辅助装置，该衬底加热辅助装置安装在分子束外延设备衬底加热部分多层圆筒状屏蔽罩内部；该装置包括在多层圆筒状屏蔽罩内设置的衬底加热辅助装置内套以及位于多层圆筒状屏蔽罩与衬底加热辅助装置内套夹层的加热丝绝缘支撑部件、衬底加热辅助装置加热丝、加热丝供电线和热电偶。

4、优选的，所述衬底加热辅助装置内套整体上采用长条状的高纯钽片带围成一个内径与多层圆筒状屏蔽罩适应的的圆带环。

5、优选的，所述加热丝绝缘支撑部件用于悬空支撑衬底加热辅助装置加热丝。

6、优选的，所述衬底加热辅助装置加热丝采用钽片加工成矩形波状，其两端留有加热丝供电线。

7、优选的，所述热电偶紧贴衬底加热辅助装置内套并安装在加热丝绝缘支撑部件中；所述热电偶采用将k型热电偶。

8、优选的，所述绝缘用加热丝绝缘支撑部件采用氮化硼材料或陶瓷片。

9、本使用新型的工作原理：

10、本实用新型的原理或者工作过程为，当衬底需要加热时，把衬底加热辅助装置放下来为衬底提供辅助加热。在使用辅助加热装置时，调整辅助加热器相对衬底的位置，使得辅助衬底加热装置面向束源炉对地方覆盖一定厚度的材料。此时的辅助加热器作为一个辐射体，对衬底提供稳定的热辐射，根据衬底需要的温度对辅助加热器的输出功率和输出温度进行调控。

11、调控辅助加热器的输出功率和输出温度的方式为，利用红外测温仪对衬底面上的经向温度进行测量，记录此时各点的温度，然后缓慢增加衬底辅助加热器的功率，观察各点的温度不变，重复多次直到衬底边缘的温度与中心温度相同，记录此时的加热功率和温度用于材料生长。

12、本实用新型的有益效果：

13、本实用新型的装置能够为衬底提供辅助加热，使分子束外延生长过程中衬底边缘温度与衬底中心温度保持一致，最大程度提高衬底温度场的均匀性，满足分子束外延生长的需求。

技术特征：

1.一种分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

7.根据权利要求1-6任一项所述的分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

8.根据权利要求1-6任一项所述的分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

9.根据权利要求6所述的分子束外延衬底加热辅助装置，其特征在于：

技术总结本技术公开了一种分子束外延衬底加热辅助装置，该衬底加热辅助装置(92)安装在分子束外延设备衬底加热部分多层圆筒状屏蔽罩内部；该装置包括在多层圆筒状屏蔽罩(91)内设置的衬底加热辅助装置内套(921)以及位于多层圆筒状屏蔽罩(91)与衬底加热辅助装置内套(921)夹层的加热丝绝缘支撑部件(922)、衬底加热辅助装置加热丝(923)、加热丝供电线(924)和热电偶。本技术的装置能够为衬底提供辅助加热，使分子束外延生长过程中衬底边缘温度与衬底中心温度保持一致，最大程度提高衬底温度场的均匀性，满足分子束外延生长的需求。技术研发人员：王善力,杨春章,孔金丞,李艳辉,陈卫业,杨晋,赵丽,姬荣斌受保护的技术使用者：昆明物理研究所技术研发日：20230906技术公布日：2024/6/2