液体输送金属有机物化学汽相沉积设备制造技术

本发明专利技术是一种液体输送金属有机物化学汽相沉积设备，包含有多元汽化组件、反应室、射频放电等离子体、真空组件、操作防护与排放处理组件、电控组件。多元汽化组件由多路液态源输送通道、两路气体输送通道、雾化器、汽化器、阀门和管道构成，将液源雾化、汽化后，用载气送反应室，与反应气体生成所需氧化物，沉积在温度可控的衬底上形成薄膜。电控组件用可编程控制器ＰＬＣ实现全工艺的自控。本发明专利技术解决了传统ＭＯＣＶＤ不同材料间蒸气压差大难控制及输送障碍，对源材料要求降低，易于多薄膜交替沉积，可获组分精确的多组分薄膜及超晶格结构。可实现铁电、超导及氧化物电极薄膜的沉积，薄膜质量高；设备自动化程度高、结构紧凑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学汽相沉积生长
，具体是一种液体输送金属有机物化学汽相沉积设备。
技术介绍
金属有机物化学汽相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)，是制备高质量外延膜的一项技术，所制备的外延膜主要用于光电、半导体和微波器件，也和制备超大规模集成电路芯片的技术相关。自20世纪60年代首次提出以来，经过70年代至80年代的发展，90年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术，特别是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的主流方法。到目前为止，从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本等主要指标来看还没有其它方法能与之相比。同时，MOCVD技术也广泛应用于功能金属氧化物薄膜的制备，如超导薄膜、铁电薄膜等。含铅铁电薄膜的MOCVD沉积已经逐步成为今后工业化制备铁电薄膜的主流方向之一。用MOCVD法沉积铁电薄膜，所选用的金属有机物应在高的蒸气压下具有高的分子稳定性，以避免输送过程中的分解。在功能金属氧化物的MOCVD技术中，组分的MO源先体有别于半导体MOCVD技术中的氢化物和甲、乙基有机化合物，通常采用金属醇盐和金属-双酮螯合物等液态和固态物质。由于一些功能金属氧化物的组分复杂，相应元素难以合成出气态MO源和有较高蒸气压的液态MO源物质，而蒸气压低、热稳定性差的MO源先体，不可能通过鼓泡器(bubbler)由载气气体输运到反应室。这就使得传统的MOCVD技术不能够制备上述的金属氧化物薄膜，更不能同时制备不同材料的薄膜。现以传统的气态源MOCVD设备沉积PZT薄膜为例，常用的先体为Pb(TMHD)2、Ti4、Zr4，其蒸汽压分别为6.65Pa、665Pa、133Pa，可见它们的蒸气压差较大，这就使得设备难于控制及造成输送的障碍。对源材料要求苛刻，这在很大程度上制约了金属氧化物的MOCVD技术的发展。中国专利200410065874.1的专利技术专利申请连通式多反应室高温有机金属化学汽相淀积装置，虽然它克服了同一台MOCVD设备只能用来生长同一种系列的薄膜材料的缺陷，但是该设备仍然是一种传统的气态源MOCVD设备，它对源材料的要求较高，需要MO源先体具有较高的蒸气压、良好的热稳定性。公开号为CN1377991A的专利申请是ZnO薄膜生长用MOCVD设备及其工艺，虽然具有可以提高ZnO薄膜生长质量和均匀性以及有利于P型或高阻掺杂的优点，但是该设备同样对源材料的要求比较高。之所以说以上
技术介绍
是传统的气态源MOCVD设备，是由于它们都是将源以气态的方式输送到反应室，输送管道里输送的是气体，流量控制也是控制的气体的流量。这种方式就使得MO源先体必须具备蒸气压高、热稳定性佳的特点，而对于欲制备一些功能金属氧化物薄膜去寻找合适的MO源先体是比较困难的事。本专利技术项目组对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，再尚未发现与本专利技术密切相关和一样的报道或文献。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述技术或设备存在的缺点，解决了传统MOCVD设备存在气态源MOCVD不同材料之间蒸气压差大难以控制及输送的障碍的问题，对源材料要求降低，便于实现金属氧化物薄膜中多种薄膜的交替沉积。提供一种可以获得超晶格结构的薄膜、获得组分精确的薄膜以及多组分的薄膜，薄膜质量高；可实现铁电薄膜、超导薄膜及氧化物电极薄膜的沉积，设备自动化程度高、结构紧凑的液体输送金属有机物化学汽相沉积设备。下面对本专利技术的技术方案进行详细说明本专利技术的实现在于液体输送金属有机物化学汽相沉积设备，包含有反应室组件、射频放电等离子体组件、真空组件、操作防护与排放处理组件、电控组件，射频放电等离子体组件通过输出电极接在反应室组件布气盒的电极上，反应室组件的气体输出管道连接到真空组件的气动阀门上，真空组件的废气输出通道直接连接到操作防护与排放处理组件的废气处理装置，其特征在于总设备还包含有多元汽化组件，多元汽化组件为可更换的整体化组件，主要由多路液态源输送通道、两路气体输送通道、雾化器、汽化器、阀门和管道构成，其中的雾化器处于汽化器顶部，采用密封圈密封，汽化器结构为圆筒状，圆筒中上部侧壁上焊接有管件，载气与反应气体的混合气体的通过管件进入汽化器；液态源输送通道的构成是相同的，液态源即MO源，单路液态输送通道按液体输入方向依次安装有MO源容器、电磁阀、输送泵、背压阀、电磁截止阀，各路液态源的输送通道的末尾电磁截止阀的输出通过转接件合并后又分为两路，一路通过电磁截止阀接到操作防护与排放处理组件，另一路通过电磁截止阀接到雾化器，被输送的液体经雾化和汽化后与载气与反应气体混合后的总气体通过波纹管输送到反应室组件；汽化器带有加热器，管件带有加热器，带有可编程触摸屏的电控组件与各构成组件电路连接，采用可编程控制器PLC构成了系统控制的核心，对全部工艺过程进行自动控制。本专利技术针对传统MOCVD设备存在气态源MOCVD不同材料之间蒸气压差大难以控制及输送的障碍的问题，设置了多元汽化组件，多元汽化组件的多路液态源的输送通道、两路气体输送通道、雾化器、汽化器等的设计从根本上解决了气液态组分的完整输送和有效控制，实现了对高质量的铁电薄膜、超导薄膜及氧化物电极薄膜的沉积，可获得组分精确的薄膜以及多组分的薄膜。多元汽化组件将一定浓度的液态源汽化，利用载气送入到反应室，在射频放电等离子体组件提供的电场激励下于两平板电极间产生等离子体放电，与反应气体生成所需要的氧化物，沉积在温度可控的衬底上，废气及未反应的物质经由真空系统，并通过操作防护与排放处理组件排放。汽化器和管件带有加热器。汽化组件设为整体组件可方便更换、清洗和维修，实现不同薄膜材料的沉积，可以有更大的应用范围。液态源盛放在容器中，液体输送通道还包括输送泵、阀门以及相应规格的管道。在阀门的配合下，输送泵可以将盛放在液态源容器中的具有一定浓度的液态源按一定的方式和速度输送到雾化器中进行雾化，然后在汽化器中汽化形成源蒸汽，利用载气将源蒸汽送入反应室。可以选择让一路液态源通道工作来进行精确组分的薄膜制备，也可以同时选择让多路液态源通道同时工作来进行多组分薄膜的制备。气体输送通道分别为载气通道和反应气体通道，载气和反应气体流量分别通过气体流量计控制，气体输送通道中的电磁阀用来控制气路的通与断。通过转接件将载气通路和反应气体通路组合成一路气体通路。本专利技术的实现还在于液体输送金属有机物化学汽相沉积设备的真空组件还包括有粉末捕捉器，粉末捕捉器由可方便拆卸的捕捉器上部分和捕捉器下部分组成，捕捉器下部分与一段不锈钢管焊接构成一整体，通过卡钳对捕捉器上下两部分固紧与松丌，粉末捕捉器为筒状结构，筒外壁固定安装有冷却装置，粉术捕捉器上端通过储气筒与反应室组件连接，粉末捕捉器下端分成两路，一路通过角阀连接到干泵，另一路通过角阀与罗茨泵连接。从反应室出来的气体从粉末捕捉器的入口进入，气体碰到冷壁后，形成粉末或液体落下，残余气体通过不锈钢管被泵组抽走。有效地解决了未反应物质的即时排放。本专利技术的实现还在于液体输送金属有机物化学汽相沉积设备，反应室组件中的上下电极为可调间距电极，即与射频放电等离子体组件相连的上电极平板由布气盒充当，布气盒底部均匀分布有小孔，下电极由衬底台构成，该两电极之间的间距采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体输送金属有机物化学汽相沉积设备，包含有反应室组件、射频放电等离子体组件、真空组件、操作防护与排放处理组件、电控组件，射频放电等离子体组件通过输出电极接在反应室组件布气盒的电极上，反应室组件的气体输出管道连接到真空组件的气动阀门上，真空组件的废气输出通道直接连接到操作防护与排放处理组件的废气处理装置，其特征在于：总设备还包含有多元汽化组件（１），多元汽化组件（１）为可更换的整体化组件，主要由多路液态源输送通道、两路气体输送通道、雾化器（１９）、汽化器（２０）、阀门和管道构成，其中的雾化器（１９）处于汽化器（２０）顶部，采用密封圈（５６）密封，汽化器结构为圆筒状，圆筒中上部侧壁上焊接有管件（５１），载气与反应气体的混合气体（５２）的通过管件（５１）进入汽化器（２０）；液态源输送通道的构成是相同的，液态源即ＭＯ源，单路液态输送通道按液体输入方向依次安装有ＭＯ源容器、电磁阀、输送泵、背压阀、电磁截止阀，各路液态源的输送通道的末尾电磁截止阀的输出通过转接件合并后又分为两路，一路通过电磁截止阀接到操作防护与排放处理组件（５），另一路通过电磁截止阀接到雾化器（１９），被输送的液体经雾化和汽化后与载气与反应气体混合后的总气体（４０）通过波纹管输送到反应室组件（２）；汽化器（２０）带有加热器（５４），管件（５１）带有加热器（５０），带有可编程触摸屏的电控组件（６）与各构成组件电路连接，采用可编程控制器ＰＬＣ构成，对全部工艺过程进行自动控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫国，周顺，高爱华，张伟，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]