一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法及应用技术

一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法及应用，属于薄膜材料领域。该方法在缓冲层生长完成后，用主挡板隔绝III族元素束源炉和衬底，既给了缓冲层充分的稳定时间，又保持III族元素束源炉始终处于开启状态，维持其内外温度的稳定，从而有效避免了过冲效应带来的测定误差，以获得更高的测定精度。本发明专利技术还提供一种上述方法在单晶薄膜沉积工艺中的应用，其采用上述的单晶薄膜沉积速率在线测定的方法对薄膜生长速率进行精确测定，并以此为依据调整薄膜生长相关的仪器参数，让薄膜在最适生长速度下生长，从而优化薄膜产品质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜材料领域，具体而言，涉及一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法及应用。
技术介绍
分子束外延(MBE)技术是指在超高真空条件下，利用精密控温的源炉把所需组元以热蒸发产生的原子或分子喷射到具有一定取向、一定温度和一定旋转速率的清洁衬底上，经过表面吸附、扩散迁移、进入晶格位置形成薄膜材料，未进入晶格的原子/分子则从表面脱附。分子束外延的生长速率较低，如0.1μm/s-2.0μm/s，这使得原子在衬底表面具有足够的迁移时间，有利于获得超薄层和单原子层界面突变的异质结构，从而得到非常平整的表面和界面。因此，分子束外延技术在微波器件、红外-太赫兹光电器件以及太阳能电池等重要单元器件的研究和生产的重要手段。分子束外延的生长中薄膜沉积速率的精确测定是实现薄膜材料精密制备的重要基础。薄膜沉积速率的测定方法包括在线测定和离线测定。离线测定方法有表面轮廓仪、扫描电镜、高分辨X射线衍射等，这些方法需要将样品取出超高真空生长室，程序复杂、耗时，且无法对生长速率进行实时调节，不利于半导体薄膜材料的精密制备。在线测定的方法通常采用反射式高能电子衍射，将高能电子束发射到衬底上，随着衬底表面原子填充率在全满和半满之间交替变化，反射到荧光屏的反射式高能电子衍射(RHEED)斑点的强度发生周期性振荡，每一次振荡对应为一个单原子层的沉积，通过振荡周期T秒和薄膜单原子层厚度d纳米可以得到该组元砷化物的沉积速率d/T纳米/秒，该方法无需将薄膜材料取出即可实现测定，能够实现对薄膜生长的实时监测和调节。但是在现有技术中，该方法的精度仍有待进一步的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，该方法能够有效避免过冲效应造成的测定误差，提高测定精度。本专利技术的另一目的在于提供一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法在单晶薄膜生长工艺中的应用，该在线测定的方法能对单晶薄膜沉积速率进行测定并以此为依据对单晶薄膜生长工艺的工艺参数进行校正，从而使单晶薄膜能够更好地生长。本专利技术的实施例是这样实现的：一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，其利用III族元素分子束和As分子束经分子束外延沉积，包括：将衬底置于分子束外延设备的真空生长室，在衬底上生长缓冲层。在衬底生长缓冲层后，关闭位于提供III族元素分子束的III族元素束源炉和提供As分子束的As束源炉与衬底之间的分子束主挡板，同时开启III族元素束源炉和As束源炉，并维持60～90s后再打开分子束主挡板，在单晶薄膜沉积生长的过程中获取单晶薄膜沉积的反射式高能电子衍射强度振荡信息。根据反射式高能电子衍射强度振荡信息计算单晶薄膜沉积速率。一种上述的单晶薄膜沉积速率在线测定的方法在单晶薄膜生长工艺中的应用。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术提供了一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，该方法在缓冲层生长完成后，用主挡板隔绝III族元素束源炉和衬底，既给了缓冲层充分的稳定时间，又保持III族元素束源炉始终处于开启状态，维持其内外温度的稳定，从而有效避免了过冲效应带来的测定误差，以获得更高的测定精度。本专利技术还提供上述方法在单晶薄膜生长工艺中的应用，其采用上述的单晶薄膜沉积速率在线测定的方法对薄膜生长速率进行精确测定，并以此为依据调整单晶薄膜生长相关的仪器参数，让薄膜在最适生长速度下生长，从而优化薄膜产品质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术第一实施例所提供的一种单晶薄膜沉积速率在线测定的设备的示意图；图2为本专利技术第二实施例所提供的一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法的RHEED强度振荡曲线；图3为现有技术的单晶薄膜沉积速率在线测定方法的RHEED强度振荡曲线；图4为现有技术中单晶薄膜沉积中过冲效应示意图。图标：110-电子枪；120-荧光屏；130-衬底加热台；140-衬底；150-III族元素束源炉；160-As束源炉；170-III族元素束源炉挡板；180-As束源炉挡板；190-主挡板。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。为了更好的体现本专利技术的技术特点，以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。本实施例提供一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，其采用如图1所示的设备来进行在线测定，该设备包括电子枪110、荧光屏120、用于放置衬底140的衬底加热台130、III族元素束源炉150和As束源炉160。如图1所示，衬底140静置的设置于衬底加热台130的下表面的中部，衬底140采用面积为100～550mm2的小面积衬底，具体到本实施例中，采用直接从市面上购得的10mm×10mm的标准衬底，在本专利技术的其它较佳实施例中，也可以采用从市面上购得的直径为2英寸的标准圆形衬底沿其直径分割成的1/4扇面。相比于传统的2英寸及2英寸以上大小的衬底来说，采用小面积的衬底140，可以使从III族元素束源炉150和As束源炉160发射出来的分子束和从电子枪110发射出来的高能电子束喷射到衬底140的表面的位置非常接近，从而使检测区域靠近薄膜生长中心区域，得到的数据更加的精确。在衬底140的下方设置有指向衬底140的III族元素束源炉150和As束源炉160，III族元素束源炉150的炉口位置设置有控制III族元素束源炉150开启和关闭的III族元素束源炉挡板170，同理，As束源炉160的炉口位置设置有控制As束源炉160开启和关闭的As束源炉挡板180。在衬底140下方，设置可选择性地将衬底140与III族元素束源炉150和As本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，所述单晶薄膜利用III族元素分子束和As分子束经分子束外延沉积，其特征在于，其包括：将衬底置于分子束外延设备的真空生长室，在所述衬底上生长缓冲层；在所述衬底生长所述缓冲层后，关闭位于提供所述III族元素分子束的III族元素束源炉和提供所述As分子束的As束源炉与所述衬底之间的分子束主挡板，同时开启所述III族元素束源炉和所述As束源炉，并维持60～90s后再打开所述分子束主挡板，在单晶薄膜沉积生长的过程中获取所述单晶薄膜沉积的反射式高能电子衍射强度振荡信息；根据反射式高能电子衍射强度振荡信息计算所述单晶薄膜沉积速率。

【技术特征摘要】
1.一种单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，所述单晶薄膜利用III族元素分子束和As分子束经分子束外延沉积，其特征在于，其包括：将衬底置于分子束外延设备的真空生长室，在所述衬底上生长缓冲层；在所述衬底生长所述缓冲层后，关闭位于提供所述III族元素分子束的III族元素束源炉和提供所述As分子束的As束源炉与所述衬底之间的分子束主挡板，同时开启所述III族元素束源炉和所述As束源炉，并维持60～90s后再打开所述分子束主挡板，在单晶薄膜沉积生长的过程中获取所述单晶薄膜沉积的反射式高能电子衍射强度振荡信息；根据反射式高能电子衍射强度振荡信息计算所述单晶薄膜沉积速率。2.根据权利要求1所述的单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，其特征在于，所述衬底的面积为100～550mm2。3.根据权利要求2所述的单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，其特征在于，所述衬底为直径为2英寸的圆形衬底的1/4或10mm×10mm的方形衬底。4.根据权利要求1所述的单晶薄膜沉积速率在线测定的方法，其特征在于，所述真空生长室的压力低于2×10-7Torr。5.根据权利要求1所述的单晶薄膜沉积速...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈昌乐，蒋涛，王雪敏，吴卫东，黎维华，李佳，杨奇，湛治强，彭丽萍，王新明，樊龙，邓青华，赵妍，张颖娟，阎大伟，肖婷婷，孙亮，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51