一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，解决采用氢气对衬底表面预处理会破坏二维材料的问题，属于半导体材料生长技术领域。系统包括二维材料生长腔室、外延层生长腔室，以及连通二维材料生长腔室和外延层生长腔室的真空互联腔室，其真空度与二维材料生长腔室和外延层生长腔室相匹配。本发明专利技术的集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，保证柔性衬底在真空环境下传递，避免柔性衬底受外界环境污染，避免去除污染物带来的柔性衬底的损伤，可以直接外延生长高质量氮化物外延层。

【技术实现步骤摘要】
一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统
本专利技术涉及半导体材料生长
，尤其涉及一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统。
技术介绍
氮化物作为三代半导体材料的重要的组成在国民生产生活中扮演着越来越重要的角色，其在发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、光探测器(PD)、微波射频器件以及电力电子器件等领域已取得部分应用。现阶段，氮化物半导体器件材料制备所采用的通常方法即为外延生长。由于其同质衬底的缺乏，同质外延生长工艺尚不成熟，通常采用异质衬底进行异质外延制备方法。但是异质外延所带来的晶格失配和热失配会导致大量的位错等缺陷，大幅降低氮化物外延层的质量，限制了其器件应用。随着二维材料的发展，利用氮化物外延层和二维材料之间以范德瓦尔斯力相结合的物理特性，可以彻底解决异质外延应力失配问题。通常在异质衬底外延生长氮化物之前需要用氢气对衬底表面进行预处理以清除表面污染，但是如选用二维材料作为氮化物生长的柔性衬底，氢气衬底表面预处理会破坏二维材料，因此在该领域需要一种新方法来解决此问题。
技术实现思路
本专利技术针对氢气对衬底表面预处理会破坏二维材料的技术问题，提供一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，实现氮化物柔性衬底构建与外延生长，解决氮化物材料中的应力和缺陷问题，为高质量氮化物材料提供生长系统。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，包括以下部分：二维材料生长腔室，用于提供满足二维材料衬底层的生长的真空环境；外延层生长腔室，用于提供满足氮化物外延层的生长的真空环境；以及连通二维材料生长腔室和外延层生长腔室的真空互联腔室，用于将二维材料衬底由二维材料生长腔室真空传递至外延层生长腔室，其真空度与二维材料生长腔室和外延层生长腔室相匹配。具体地，二维材料生长腔室的真空度可以根据不同材料生长要求具体设定。具体地，外延层生长腔室的真空度可以根据不同材料生长要求具体设定。具体地，真空互联腔室的真空度需要根据权力要求2和3具体设定与生长腔室相匹配的真空度。优选地，二维材料生长腔室内安置有第一加热系统和第一样品台，第一样品台位于第一加热系统的上方。优选地，所述第一加热系统为石墨加热平台或钨加热平台，加热温度最高为2000℃.优选地，第一样品台为石墨样品台。其直径可以根据衬底尺寸具体设定。优选地，外延层生长腔室内安置有第二加热系统和第二样品台，第二样品台位于第二加热系统的上方。优选地，所述第二加热系统为石墨加热平台或钨加热平台，加热温度最高为1800℃。优选地，第二样品台为石墨样品台。其直径可以根据衬底尺寸具体设定。优选地，真空互联腔室内安置有机械传递装置，所述机械传递装置包括一个旋转台和两个固定于旋转台上的伸缩臂，旋转台的旋转角度为360°，其直径可以根据衬底尺寸具体设定。具体地，伸缩臂的伸缩尺寸可以根据两个生长腔室实际距离进行具体设计。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，将二维材料生长腔室与外延层生长腔室利用真空互联腔室相连接，以实现二维柔性衬底层生长-真空环境衬底传递-氮化物外延层生长的全真空一体化过程。本专利技术提供了一体化真空生长环境，保证柔性衬底在真空环境下传递，避免柔性衬底受外界环境污染，避免去除污染物带来的柔性衬底的损伤。因此，二维柔性衬底无需氢气预处理过程就可以直接外延生长高质量氮化物外延层。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统结构示意图。附图标记说明：1、二维材料生长腔室；2、真空互联腔室；3、外延层生长腔室；4、第一加热系统；5、第一样品台；6、第二加热系统；7、第二样品台；8、旋转台；9、伸缩臂。具体实施方式本专利技术公开了一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，包括二维材料生长腔室1，外延层生长腔室3，以及连通二维材料生长腔室1和外延层生长腔室3的真空互联腔室2，保证衬底在真空环境下进行传递，避免外界环境的污染，实现柔性衬底生长后直接外延生长氮化物外延层的目的。其中，二维材料生长腔室1，其腔体材料和腔室内真空度可以根据具体生长要求进行设计；其中设置的第一加热系统4，其加热丝材料选择和加热方式可以根据具体生长要求进行设计；其中设置的第一样品台5的材料选择可以根据具体生长温度要求进行选择，其尺寸可以根据衬底尺寸进行设计。真空互联腔室2的真空度可以需要与二维材料生长腔室1以及外延层生长腔室3的真空度相匹配。真空互联腔室2中设置机械传递装置，包括旋转台8和两个伸缩臂9，伸缩臂9的伸缩尺寸，旋转台8的旋转角度以及所承载样品尺寸可以根据具体需要进行调节。伸缩臂9可采用套筒结构。外延层生长腔室3，其腔体材料，腔室内真空度可以根据具体生长要求进行设计。外延层生长腔室3，其中设置的第二加热系统6，其加热丝材料选择和加热方式可以根据具体生长要求进行设计；其中设置的第二样品台7的材料选择可以根据具体生长温度要求进行选择，其尺寸可以根据衬底尺寸进行设计。为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详细介绍。实施例1如图1所示，首先，设计二维材料生长腔室1，其腔室内需要满足真空度10-4Pa。安置于二维材料生长腔室1内的第一加热系统4选择石墨加热平台，加热温度最高到1600℃。第一样品台5设计为可以盛放2inch圆形晶片衬底的石墨样品台。其次，真空互联腔室2，其腔室内需要满足真空度10-2Pa。其中安置有机械传递装置，其两条伸缩臂9分别指向二维材料生长腔室1和外延层生长腔室3，伸缩尺寸为0.5米，其旋转台8的旋转角度为360°，所承载样品尺寸为2inch。第三，设计外延层生长腔室3，其腔室内需要满足真空度10-4Pa。安置于外延层生长腔室3内的第二加热系统6选择石墨加热平台，加热温度最高到1100℃。第二样品台7设计为可以盛放2inch圆形晶片衬底的石墨样品台。实施例2如图1所示，首先，设计二维材料生长腔室1，其腔室内需要满足真空度10-4Pa。安置于二维材料生长腔室1内的第一加热系统4选择钨加热平台，加热温度最高到1700℃。第一样品台5设计为可以盛放4inch圆形晶片衬底的石墨样品台。其次，真空互联腔室2，其腔室内需要满足真空度10-2Pa。其中安置有机械传递装置，其两个伸缩臂9分别指向二维材料生长腔室1和外延层生长腔室3，伸缩尺寸为1.5米，其旋转台8的旋转角度为360°，所承载样品尺寸为4inch。第三，设计外延层生长腔室3，其腔室内需要满足真空度10-3Pa。安置于外延层生长腔室3内的第二加热系统6选择石墨加热平台，加热温度最高到1300℃。第二样品台7设计为可以盛放4inch圆形晶片衬底的石墨样品台。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，其特征在于，包括以下部分：二维材料生长腔室，用于提供满足二维材料衬底层的生长的真空环境；外延层生长腔室，用于提供满足氮化物外延层的生长的真空环境；以及连通二维材料生长腔室和外延层生长腔室的真空互联腔室，用于将二维材料衬底由二维材料生长腔室真空传递至外延层生长腔室，其真空度与二维材料生长腔室和外延层生长腔室相匹配。

【技术特征摘要】
1.一种集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，其特征在于，包括以下部分：二维材料生长腔室，用于提供满足二维材料衬底层的生长的真空环境；外延层生长腔室，用于提供满足氮化物外延层的生长的真空环境；以及连通二维材料生长腔室和外延层生长腔室的真空互联腔室，用于将二维材料衬底由二维材料生长腔室真空传递至外延层生长腔室，其真空度与二维材料生长腔室和外延层生长腔室相匹配。2.根据权利要求1所述的集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，其特征在于，二维材料生长腔室内安置有第一加热系统和第一样品台，第一样品台位于第一加热系统的上方。3.根据权利要求2所述的集氮化物柔性衬底构建与外延的一体化系统，其特征在于，所述第一加热系统为石墨加热平台或钨加热平台，加热温度最高为2000℃。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎大兵，贾玉萍，孙晓娟，蒋科，石芝铭，刘贺男，贲建伟，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22