一种金属有机物化学气相沉积设备

本发明涉及金属化学气相沉积，具体涉及一种金属有机物化学气相沉积设备。

背景技术：

1、mocvd(中文名为金属有机物化学气相沉积设备)是由气相外延发展而来的一种新型半导体材料生长技术，以相应的金属有机化合物和氢化物气体作为前体材料，通过喷淋头导入到沉积衬底表面进行高温分解反应，能够实现多种单晶半导体材料的生长。目前，mocvd技术已成为主流的半导体材料制备方案之一，在新型微电子、光电子器件制备领域均具有重要应用价值。

2、然而，现有传统的mocvd设备主要采用垂直式的喷淋头，待沉积衬底放置于喷淋头正下方的石墨盘中，靠近其外边缘。在这种配置条件下，前体材料到达衬底表面的流场沿石墨盘径向出现分布不均，进而导致半导体材料的厚度和掺杂等均匀性较差。尽管设计增加喷淋头和样品台的间距能够在一定程度上改善半导体材料生长的均匀性，但沉积衬底表面的前体材料分子稀薄，难以实现外延层的快速生长，且前体材料的损耗巨大。因此，如何通过mocvd内部结构设计优化，实现具有高均一性、高质量半导体材料的生长，是需要解决的关键技术难题。

3、有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种金属有机物化学气相沉积设备，来解决上述存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种金属有机物化学气相沉积设备，包括设备主体，以及设置于所述设备主体内的喷淋头和样品台，所述喷淋头包括扩散腔和多个倾角喷管，多个所述倾角喷管在所述扩散腔下表面以阵列形式分布，且单个所述倾角喷管均与所述扩散腔中心纵向轴线成锐角状；所述样品台用于放置待沉积衬底，所述样品台设置有升降组件，所述升降组件可运作驱动所述样品台移动朝所述喷淋头靠近及远离。

4、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，所述样品台还包括驱动件，所述石墨盘与所述样品台之间为可转动连接，且所述驱动件设置于所述样品台内部，所述驱动件与所述石墨盘中心位置传动连接，用于驱动所述石墨盘旋转。

5、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，所述驱动件包括驱动电机和至少两个传动齿轮，两个所述传动齿轮分别设置于所述驱动电机上以及所述石墨盘中心位置，且两个所述传动齿轮之间相互啮合。

6、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，所述倾角喷管沿所述扩散腔中心向外的分布密度呈逐渐递减状。

7、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，所述扩散腔具有多个进料口，多个所述进料口分别用于连接多个管路，以通入多种前体材料。

8、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，所述样品台包括石墨盘，所述石墨盘表面至少部分下凹形成凹槽，所述凹槽深度尺寸为a，待沉积衬底的厚度尺寸为b，且a≥b。

9、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，所述凹槽具有多个，多个凹槽以所述石墨盘中心位置为轴心，呈环绕式且间隔均匀分布。

10、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，所述升降组件包括滚珠丝杆和伺服电机，所述样品台与所述设备主体之间为可滑动连接，所述滚珠丝杆可转动设置于所述设备主体内部，所述滚珠丝杆与所述样品台之间为螺纹连接，所述伺服电机与所述滚珠丝杆传动连接，所述伺服电机用于驱动所述滚珠丝杆转动进而控制所述样品台升降运作。

11、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，还包括控制器，所述控制器与所述升降组件及所述驱动件电性连接，所述控制器用于控制所述样品台升降的距离、频率及速度和所述石墨盘旋转的时间、速度。

12、作为所述金属有机物化学气相沉积设备的一种改进，所述倾角喷管与所述扩散腔中心纵向轴线所形成锐角的角度为10度-30度。

13、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

14、1)本发明通过喷淋头的设置，其倾角喷管具有倾斜角度，使得前体材料在扩散到待沉积衬底表面时，能够在横向和纵向同时提供梯度的前体材料分布。这种梯度分布确保了衬底的不同位置都能接触到不同浓度的前体材料，从而有助于实现更均匀的半导体材料生长。

15、2)其次，配合喷淋头的是可升降的样品台，通过升降组件的运作，能够控制样品台实现升降循环，样品台上的待沉积衬底液随之循环升降，这种升降循环使得待沉积衬底能够循环地进入不同浓度的前体材料分布区域。通过这种方式，待沉积衬底的不同位置都能有机会与高浓度和低浓度的前体材料氛围交替接触，从而进一步提高半导体材料在衬底面内的均一性和晶体质量。

16、3)综上所述，本设备具有倾斜角度的喷淋头和可升降样品台的组合设计，能够实现具有良好面内均一性的半导体材料生长。不仅提高了半导体材料的质量，还降低了前体材料的损耗，提高了设备的生产效率。

技术特征：

1.一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，包括设备主体，以及设置于所述设备主体内的喷淋头和样品台，所述喷淋头包括扩散腔和多个倾角喷管，多个所述倾角喷管在所述扩散腔下表面以阵列形式分布，且单个所述倾角喷管均与所述扩散腔中心纵向轴线成锐角状；所述样品台用于放置待沉积衬底，所述样品台设置有升降组件，所述升降组件可运作驱动所述样品台移动朝所述喷淋头靠近及远离。

2.根据权利要求1所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，所述样品台还包括驱动件，所述石墨盘与所述样品台之间为可转动连接，且所述驱动件设置于所述样品台内部，所述驱动件与所述石墨盘中心位置传动连接，用于驱动所述石墨盘旋转。

3.根据权利要求2所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，所述驱动件包括驱动电机和至少两个传动齿轮，两个所述传动齿轮分别设置于所述驱动电机上以及所述石墨盘中心位置，且两个所述传动齿轮之间相互啮合。

4.根据权利要求2所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，所述倾角喷管沿所述扩散腔中心向外的分布密度呈逐渐递减状。

5.根据权利要求4所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，所述扩散腔具有多个进料口，多个所述进料口分别用于连接多个管路，以通入多种前体材料。

6.根据权利要求2所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，所述样品台包括石墨盘，所述石墨盘表面至少部分下凹形成凹槽，所述凹槽深度尺寸为a，待沉积衬底的厚度尺寸为b，且a≥b。

7.根据权利要求6所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，所述凹槽具有多个，多个凹槽以所述石墨盘中心位置为轴心，呈环绕式且间隔均匀分布。

8.根据权利要求2-7任意一项所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，所述升降组件包括滚珠丝杆和伺服电机，所述样品台与所述设备主体之间为可滑动连接，所述滚珠丝杆可转动设置于所述设备主体内部，所述滚珠丝杆与所述样品台之间为螺纹连接，所述伺服电机与所述滚珠丝杆传动连接，所述伺服电机用于驱动所述滚珠丝杆转动进而控制所述样品台升降运作。

9.根据权利要求8所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述升降组件及所述驱动件电性连接，所述控制器用于控制所述样品台升降的距离、频率及速度和所述石墨盘旋转的时间、速度。

10.根据权利要求8所述的一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，所述倾角喷管与所述扩散腔中心纵向轴线所形成锐角的角度为10度-30度。

技术总结本发明提供了一种金属有机物化学气相沉积设备，包括设备主体，以及设置于所述设备主体内的喷淋头和样品台，所述喷淋头包括扩散腔和多个倾角喷管，多个所述倾角喷管在所述扩散腔下表面以阵列形式分布，且单个所述倾角喷管均与所述扩散腔中心纵向轴线成锐角状；所述样品台用于放置待沉积衬底，所述样品台设置有升降组件，所述升降组件可运作驱动所述样品台移动朝所述喷淋头靠近及远离。本发明通过喷淋头的设置，其倾角喷管具有倾斜角度，使得前体材料在扩散到待沉积衬底表面时，能够在横向和纵向同时提供梯度的前体材料分布。这种梯度分布确保了衬底的不同位置都能接触到不同浓度的前体材料，从而有助于实现更均匀的半导体材料生长。技术研发人员：黎大兵,陈洋,孙晓娟,张山丽,蒋科,贲建伟受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5