專利名稱：一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜制備裝置，特別是一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置。
背景技術(shù)：
作為一種可以生長(zhǎng)高質(zhì)量薄膜甚至能生長(zhǎng)單晶薄膜的薄膜制備方法，液相外延法(Liquid Phase Expiate LPE)制備膜是一種重要的液相薄膜生長(zhǎng)技術(shù),與固相成膜技術(shù)不同，LPE薄膜生長(zhǎng)時(shí)其生長(zhǎng)的原料在高溫熔化，呈熔融狀態(tài)，這樣產(chǎn)生的好處是熔體中原料各組份可以充分混合均勻，通過(guò)選擇合適的襯底，可以獲得高質(zhì)量甚至單晶薄膜。這種方法適用于生長(zhǎng)組成復(fù)雜的固相成膜法難以生長(zhǎng)的膜。但是這種方法的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是生長(zhǎng)獲得的薄膜厚度不能控制，而且薄膜表面可能會(huì)有斑點(diǎn)，破壞薄膜的完整性。實(shí)用新型專利“一種垂直浸潰液相外延膜生長(zhǎng)裝置” (ZL 200720072276. 6)設(shè)計(jì)了一種雙加熱系統(tǒng)的垂直浸潰液相外延薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng)，利用第二加熱系統(tǒng)對(duì)脫離熔體后的襯底溫度進(jìn)行控制，希望 能夠控制襯底上熔體外延結(jié)晶成膜的過(guò)程，獲得表面完整的薄膜。但是這種設(shè)備的第二加熱系統(tǒng)距離襯底較遠(yuǎn)，對(duì)襯底溫度控制不容易，在實(shí)際操作過(guò)程中需要嚴(yán)重依賴經(jīng)驗(yàn)，很不方便。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了提供一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本說(shuō)明書提供了一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置，其特征是包括一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置，其特征是包括(I)籽晶桿；
(2)襯底；(3)爐蓋，(4)發(fā)熱體，(5)爐膛壁，(6)熔體，(7)坩堝，(8)耐火磚，(9)保溫磚，
(10)爐殼，(11)陶瓷發(fā)熱體。陶瓷發(fā)熱體(11)的特征是它受一個(gè)獨(dú)立的溫度控制系統(tǒng)控制，其位置是位于籽晶桿和襯底之間，與襯底直接相連。通常的直浸潰LPE薄膜生長(zhǎng)裝置只有一個(gè)加熱系統(tǒng)，其典型的薄膜生長(zhǎng)過(guò)程為首先在熔體熔點(diǎn)溫度附近將固定在籽晶桿上的襯底(有時(shí)有過(guò)渡層)垂直進(jìn)入熔體中，襯底上粘附一層熔體，將籽晶桿上提，使襯底與熔體脫離進(jìn)入空氣中；然后迅速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，使襯底上沒(méi)有成膜的熔體在旋轉(zhuǎn)作用下脫離膜表面，在這個(gè)過(guò)程中襯底(有時(shí)有過(guò)渡層)表面的熔體迅速固化形成膜；最后按照一定降溫速率將爐體降溫至室溫，取下襯底(有時(shí)有過(guò)渡層)獲得生長(zhǎng)膜。因此這種LPE膜生長(zhǎng)包括熔體粘附到襯底、脫離熔體的襯底旋轉(zhuǎn)和熔體在襯底上固化成膜三個(gè)過(guò)程。由于熔體與上方空氣的溫度有一定差別，通常上方空氣溫度低，后兩個(gè)過(guò)程即脫離熔體的襯底旋轉(zhuǎn)和熔體在襯底(有時(shí)有過(guò)渡層)上固化成膜同時(shí)進(jìn)行，這樣產(chǎn)生的缺點(diǎn)是一、通常脫離熔體后襯底上粘附的熔體降溫固化過(guò)程不能控制，襯底(有時(shí)有過(guò)渡層)表面固化成膜和被吸附在襯底(有時(shí)有過(guò)渡層)上的熔體與空氣接觸的部分熔體幾乎同時(shí)降溫固化，熔體固化很快，如襯底表面接觸的熔體在襯底(有時(shí)是過(guò)渡層)作用下快速成膜；[0007]二、襯底材料底部吸附的熔體通常不是均勻分布，在襯底底部會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)一些地方熔體聚集過(guò)多的現(xiàn)象，在熔點(diǎn)附近這些熔體粘度很大，加上熔體快速固化，旋轉(zhuǎn)襯底很難將襯底表面的的熔體甩平，導(dǎo)致積聚熔體過(guò)多的地方部分熔體則通常凝固成粉末狀。其結(jié)果是這樣生長(zhǎng)獲得的膜表面有許多粉末點(diǎn)，膜表面不平整。而且膜的厚度幾乎不能夠人為控制，生長(zhǎng)獲得的膜質(zhì)量不穩(wěn)定，很難獲得較大面積的完整膜。實(shí)用新型專利“一種垂直浸潰液相外延膜生長(zhǎng)裝置”(ZL 200720072276. 6)雖然設(shè)計(jì)了一種雙加熱系統(tǒng)的垂直浸潰液相外延薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng)，利用第二加熱系統(tǒng)對(duì)脫離熔體后的襯底溫度進(jìn)行控制，希望能夠控制襯底上熔體外延結(jié)晶成膜的過(guò)程，獲得表面完整的薄膜。但是這種設(shè)備的第二加熱系統(tǒng)距離襯底較遠(yuǎn)，對(duì)襯底溫度控制不是很方便，利用第二溫控系統(tǒng)控制襯底溫度實(shí)際操作困難。本實(shí)用新型提供的LPE膜生長(zhǎng)裝置，通過(guò)控制近鄰熔體上方部分區(qū)域空氣的溫 度，使深入到熔體中的襯底提拉脫離熔體進(jìn)入這部分區(qū)域后，緊貼在襯底上面的陶瓷發(fā)熱體在獨(dú)立溫度控制系統(tǒng)的控制下發(fā)熱，使襯底溫度達(dá)到熔體的熔點(diǎn)，襯底上吸附的熔體不會(huì)固化，而仍保持熔液狀態(tài)，在這種狀態(tài)下快速旋轉(zhuǎn)籽晶桿使襯底和被吸附的熔體快速旋轉(zhuǎn)，緊鄰襯底底部襯底吸附的熔體被受旋轉(zhuǎn)作用下，一些地方過(guò)多聚集的熔體高速旋轉(zhuǎn)作用力的作用下被甩離襯底，達(dá)到使這部分熔體脫離襯底表面的效果。同時(shí)這時(shí)襯底上吸附的熔體溫度可以人為控制，使這部分熔體的粘度可以調(diào)節(jié)，選擇合適的籽晶桿旋轉(zhuǎn)速度，就可以達(dá)到調(diào)節(jié)襯底底部吸附熔體的量的效果，當(dāng)將籽晶桿上移至低溫區(qū)是襯底表面吸附的熔體在襯底(有時(shí)有過(guò)渡層)的作用下固化結(jié)晶成膜，獲得的膜的厚度就可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置在籽晶桿和襯底之間的陶瓷發(fā)熱體，通過(guò)控制襯底的溫度，可以調(diào)節(jié)被襯底吸附的熔體的粘度，在襯底旋轉(zhuǎn)力的作用下，使襯底底部吸附的熔體表面平整，并影響被甩熔體的量，從而達(dá)到影響膜厚度的效果，保證了垂直浸潰LPE膜生長(zhǎng)方法能夠生長(zhǎng)組分均勻的組分復(fù)雜的膜的同時(shí)，能夠獲得生長(zhǎng)獲得人面積厚度較均勻的高質(zhì)量膜，而且通過(guò)調(diào)節(jié)熔體上方的溫度和籽晶桿旋轉(zhuǎn)速率可以調(diào)節(jié)膜的厚度，使LPE膜生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)高質(zhì)量薄膜成為可能。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
通過(guò)下面實(shí)施例加以說(shuō)明
實(shí)施例參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的可控垂直浸潰LPE膜生長(zhǎng)裝置，(I)鉬金籽晶桿；(2)鈮酸鉀鋰單晶襯底；(3)爐蓋，(4)硅碳棒發(fā)熱體，(5)爐膛壁，(6)鈮酸鉀鋰熔體，(7)鉬金坩堝，
(8)耐火磚，(9)保溫磚，(10)爐殼，(11)陶瓷發(fā)熱體。陶瓷發(fā)熱體(11)的特征是它受一個(gè)獨(dú)立的溫度控制系統(tǒng)控制，其位置是位于籽晶桿和襯底之間，與襯底直接相連。該陶瓷發(fā)熱體為獨(dú)立發(fā)熱體，與第一發(fā)熱體沒(méi)有關(guān)聯(lián)，可單獨(dú)作用。主發(fā)熱體和陶瓷發(fā)熱體均具有各自獨(dú)立的溫度控制系統(tǒng)。[0015]主發(fā)熱體(4)在溫控系統(tǒng)的控制下升溫到1100°C，將坩堝(7)中的鈮酸鉀鋰熔化成熔體(6)后，降溫至998°C，這是這種組分的鈮酸鉀鋰熔體的凝固溫度(也就是熔點(diǎn))，恒溫半小時(shí)后，將籽晶桿(I)及綁在下面的陶瓷發(fā)熱體(11)和鈮酸鉀鋰單晶襯底(2)下降，并在獨(dú)立溫控系統(tǒng)控制下快速加熱陶瓷發(fā)熱體(11)，使襯底(2)溫度恒溫在1000°C，10分鐘后，使襯底(2)按觸到熔體￠)的上表面，半分鐘后提升籽晶桿(I)。以600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速高速順時(shí)針旋轉(zhuǎn)籽晶桿(I)半分鐘，然后一相同轉(zhuǎn)速右旋轉(zhuǎn)籽晶桿(I)半分鐘，停止籽晶桿旋轉(zhuǎn)，并控制硅碳棒發(fā)熱體(4)和陶瓷發(fā)熱體(11)，使襯底(2)以300°C/小時(shí)速度降溫至500°C后，停止加熱降至室溫，可以獲得厚度為O. 5微米的完整鈮酸鉀鋰單晶薄膜。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置陶瓷發(fā)熱體(11)，對(duì)坩堝(7)(熔體)上方的空氣溫度控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)被籽晶桿(I)下端襯底吸附的熔體的粘度，在襯底旋轉(zhuǎn)力的作用下，使襯底底部吸附的熔體表面平整，并影響被甩熔體的量，從而達(dá)到影響膜厚度的效果，保證了垂直浸潰LPE膜生長(zhǎng)方法能夠生長(zhǎng)組分均勻的組分復(fù)雜的膜。因此，本裝置可以通過(guò)控制陶瓷發(fā)熱體 的溫度和籽晶桿的轉(zhuǎn)速，很方便底控制生長(zhǎng)獲得的薄膜的厚度。
權(quán)利要求1.一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置，其特征是包括(I)籽晶桿；(2)襯底；(3)爐蓋；(4)發(fā)熱體，其特征是它受一個(gè)獨(dú)立的溫度控制系統(tǒng)控制，其位置是位于籽晶桿和襯底之間，與襯底直接相連；(5)爐膛壁；(6)熔體；(7)坩堝；(8)耐火磚；(9)保溫磚；(10)爐殼；(11)陶瓷發(fā)熱體。
專利摘要一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置，包括(1)籽晶稈；(2)襯底；(3)爐蓋，(4)發(fā)熱體，(5)爐膛壁，(6)熔體，(7)坩堝，(8)耐火磚，(9)保溫磚，(10)爐殼，(11)陶瓷發(fā)熱體。陶瓷發(fā)熱體(11)的特征是它受一個(gè)獨(dú)立的溫度控制系統(tǒng)控制，其位置是位于籽晶稈和襯底之間，與襯底直接相連。發(fā)熱體(4)和陶瓷發(fā)熱體(11)均具有各自獨(dú)立的溫度控制系統(tǒng)；本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置陶瓷發(fā)熱體，通過(guò)控制位于陶瓷發(fā)熱體下是襯底的溫度，以調(diào)節(jié)被襯底吸附的熔體的粘度，影響熔體在籽晶稈旋轉(zhuǎn)主用下被甩熔體的量，使襯底底部吸附的熔體表面平整，并達(dá)到影響膜厚度的效果，保證垂直浸漬液相外延膜生長(zhǎng)方法能夠生長(zhǎng)所需要的膜。
文檔編號(hào)C30B19/10GK202610387SQ201120551449
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者萬(wàn)尤寶, 張建新 申請(qǐng)人:嘉興學(xué)院