一种减少分子束外延束源炉炉口污染的装置的制作方法

本技术属于分子束外延设备，涉及一种减少分子束外延束源炉炉口污染的装置。

背景技术：

1、分子束外延材料中的宏观缺陷产生因素包括了来自束源炉方面影响，除了束源炉内材料蒸发过程中束流不均匀，材料使用过程受到污染等因素之外，束源炉炉口及周边环境在使用过程中沉积下来一下残留物是造成外延薄膜材料中宏观缺陷增多一个重要的因素。

2、一般分子束外延生长腔内部常配置整体的液氮冷阱用于吸附残余材料，腔体上配置的多个束源炉周围也都处于液氮冷阱的包裹中，这样，有利于束源炉整体的温度控制，防止束源炉之间热辐射对控制束源炉温度带来干扰。为防止使用过程中束源炉蒸发出的束流之间相互污染，在束源炉炉口之间常用钼或钛等做成隔板来防止隔壁束源炉蒸发材料沉积过来，隔板一般简单地安装在冷阱上，这样隔板几乎与液氮冷阱的温度处于同一水平，在使用过程中炉口小挡板虽然打开了，但由于束流的空间余弦分布，还是有部分束流会沉积在冰冷的隔板上，这种常用的方式一直在分子束外延设备上使用，启动防止束源炉交叉污染的作用。然而，在使用过程中就会发现，随着生长次数的增加，束源炉炉口及隔板上会慢慢沉积一些材料，伴随着外延材料的宏观缺陷慢慢增加，分子束外延设备不得不停止生长，开腔体进行包括束源炉炉口的整个清洁处理过程，而设备的再次启用就需要一段时间的恢复过程。目前，分子束外延设备采用普遍双温区的束源炉，让束源炉接近炉口的部分处于温度相对较高的温区，这对缓解炉口沉积物形成有一定的积极作用。如果顶部高温区仍处于液氮冷阱环境中，其炉口周边仍然存在再次沉积蒸发束流的风险。为此，非常有必要通过改进工艺方法和设备结构，减少束源炉炉口的沉积物，使得外延材料中的宏观缺陷密度降低。

技术实现思路

1、针对这个问题，发明人从设备的结构和工艺方法考虑，通过将隔板表面进行平滑度处理，并且使隔板的温度达到一定的温度，就会大大降低隔板沉积材料的概率，为此，设计了一套方案来减少炉口沉积物的形成：

2、一种减少分子束外延束源炉炉口污染的装置，该装置包括带有加热功能的隔板以及隔板支架；所述隔板表面进行平滑度处理，用于降低隔板表面沉积；所述隔板支架与液氮冷阱不接触或利用隔热材料进行隔热。

3、优选的，所述带有加热功能的隔板上安装有温度可调的加热器，温度调节范围在0-300℃之间。

4、优选的，所述加热器采用钽丝绕制；所述加热器采用石墨制作。

5、优选的，所述隔板与加热器集成为一体；所述隔板采用pbn材料。

6、优选的，所述隔板表面的平滑度处理包括精密抛光、纳米涂层或等离子体处理。

7、优选的，束源炉安装后炉口高于液氮冷阱面10mm以上。

8、发明人在安装束源炉的时候，特意使束源炉的炉口平面高于周边液氮冷阱壁15mm以上，保证束源炉内的坩埚顶端或束流出口离开液氮冷阱一段距离，目的减小液氮冷阱温度对炉口温度的降低作用，让炉口真正处于较高的温度(如图1)。

9、然后，将带有加热功能的隔板架安装在束源炉炉口周围，隔板架与冷阱经过隔热处理后，使用过程中可以调整加热功率控制炉口周围的温度，既可以防止炉口材料的二次沉积，又能最小限度地影响液氮的消耗。

10、带有加热功能的隔板架可以通过几种方式或者结合来实现：第一种是在每个隔板靠近束源炉炉口附近增加一个薄片加热器；第二种是简单地在与炉口平面位置上面一定距离增加一个温度可调的加热环。这两种方式都需要在加热器或加热环的外面用表面经过平滑度处理的金属罩覆盖，形状要保证不阻碍束流的射出。第三种方式是可以采用pbn包裹内部石墨加热器的方式，做成一体式的加热隔板，非常方便实用。

11、本实用新型的有益效果：

12、本实用新型在束源炉使用过程中，通过给加热板使得束源炉炉口周围的隔板具有一定温度，有效地减轻了隔板上沉积物的产生，减低了沉积物再次蒸发到衬底上的风险。

技术特征：

1.一种减少分子束外延束源炉炉口污染的装置，其特征在于，该装置包括带有加热功能的隔板以及隔板支架；所述隔板表面进行平滑度处理，用于降低隔板表面沉积；所述隔板支架与液氮冷阱不接触或利用隔热材料进行隔热。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述带有加热功能的隔板上安装有温度可调的加热器，温度调节范围在0-300℃之间。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述加热器采用钽丝绕制。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述加热器采用石墨制作。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述隔板与加热器集成为一体。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述隔板采用pbn材料。

7.如权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于：束源炉安装后炉口高于液氮冷阱面10mm以上。

技术总结本技术公开了一种减少分子束外延束源炉炉口污染的装置，该装置包括带有加热功能的隔板以及隔板支架；所述隔板表面进行平滑度处理，用于降低隔板表面沉积；所述隔板支架与液氮冷阱不接触或利用隔热材料进行隔热。该装置在束源炉使用过程中，通过给加热板使得束源炉炉口周围的隔板具有一定温度，有效地减轻了隔板上沉积物的产生，减低了沉积物再次蒸发到衬底上的风险。技术研发人员：杨春章,王善力,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