一种用于碲镉汞液相外延薄膜材料生长的带有母液清除装置的石墨舟制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于碲镉汞液相外延薄膜材料生长的带有母液清除装置的石墨舟，包括：底板、滑块以及固定底板和滑块的底座，底板上开有一孔道，孔道内置有调节衬底与孔道口高度的石英垫片，石英垫片上放置衬底。滑块上开有放置母液的孔道，它的特征是：在孔道的后面与底板相接触的滑块面上开有二个长方形的小槽，小槽的长度方向与滑块的移动方向相垂直，小槽是通过滑块的移动来完成收集外延薄膜生长结束后残留在薄膜上的母液。采用本装置可生长出表面如镜面一样光亮，无沾液的ＨｇＣｄＴｅ液相外延层，而且本装置也适用于Ⅱ－Ⅵ族或Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体的液相外延层上残留母液的去除。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜单晶的外延生长技术，特别是一种用于碲镉汞液相外延薄膜材料生长的带有母液清除装置的石墨舟。
技术介绍
目前推舟式碲镉汞液相外延薄膜材料生长过程中所用的石墨舟是由底座、底板和滑块构成。底板上开有一和衬底一样大小的孔道，用来放置衬底，滑块上也开有一孔道用于放置母液，通过移动滑块或者底板使母液与衬底相接触，在衬底上外延生长一层薄膜材料。由于碲的表面张力较小，在500℃时约为177dyn/cm，所以以水平方式生长时，母液到处流动，生长结束后，移去滑块，尽靠滑块平面是难以推掉母液的，结果导致母液与外延层沾连，见图3。沾连的母液在冷却时，由于和外延薄膜的热应力不同，会在母液周围产生大量的位错，从母液边缘开始一直可扩展2-3mm。如果衬底的尺寸为20×20mm2，沾连的母液最大可达7×20mm2，占了近三分之一的面积，如果再把周围的应力区域去掉，实际可用的面积为10×20mm2，只有原来衬底面积的一半，因此母液的沾连大大的降低了液相外延薄膜的有效使用面积。见M GAstles，N Shaw and G Blackmore Semicond Sci Technol Vol 8(1993)S211；Yasumura K，Murakmi T，et al.，J.Cryst.Growth，Vol 117，1992，20。本专利技术的目的是提供一种带有母液清除装置的石墨舟，通过清除装置来除去外延层表面残留的母液，提高外延薄膜的有效使用面积。本专利技术的带有母液清除装置的石墨舟包括底板、滑块以及固定底板和滑块的底座，底板放在底座上，滑块置在底板的上面。底板上开有与外延衬底一样大小的孔道，孔道内置有调节衬底与孔道口高度的石英垫片，石英垫片上放置衬底。滑块上开有放置母液的孔道，孔道的大小略小于衬底，以离开衬底的周边0.5mm为宜，在孔道的后面与底板相接触的滑块面上开有二个长方形的小槽，小槽的长度方向与滑块的移动方向相垂直，小槽的截面形状为前低后高形似一把铲子，为使小槽收集残留母液更彻底，小槽的长度应大于衬底边长1-2mm。在外延生长薄膜时，通过移动滑块或底座使母液覆盖在衬底上，进行薄膜生长，生长结束后，小槽是通过滑块的移动来完成收集外延薄膜生长结束后残留在外延薄膜上的母液。本专利技术的最大优点是滑块中增加了形似一把铲子的小槽，在外延薄膜生长结束后，通过滑块的移动和母液的表面张力能有效地除去残留在外延薄膜上的母液。本装置主要是用于碲镉汞液相外延中残留母液的清除，当然也可用作其他II-VI族或III-V族化合物半导体液相外延中的残留母液的去除。附图说明图1为液相外延石墨舟中底板上安放石英垫片和衬底的示意图；图2为液相外延石墨舟中滑块上母液移在衬底上进行外延生长时的示意图；图3为生长结束后母液从衬底上移开有残留母液的示意图；图4为本专利技术在滑块上开有两条小槽，把衬底上残余母液刮去的示意图；图5为滑块与底板相接触的一面开有两条小槽的平面图； 图6为石墨底板上三个间隙的示意图。具体实施例方式如图4所示，本专利技术的带有母液清除装置的石墨舟包括底板1、滑块2以及固定底板和滑块的底座9，底板放在底座上，滑块置在底板的上面。(1)滑块滑块上开有一孔道11，作为放置母液用，孔道的尺寸略小于衬底，以离开衬底的周边0.5mm为宜，如果衬底的尺寸为20×20mm2，则孔道的尺寸为19×19mm2，这样不至于母液从衬底与底板之间的缝隙中流下去，紧接着孔道后面，与底板相接触的一面开有两条长方形的小槽8，小槽的长度方向与滑块的移动方向相垂直，小槽的长度略大于衬底，即，如果衬底的尺寸为20×20mm2，小槽的长度为22mm，小槽的截面形状为前低后高形似一把铲子，前缘高度为1.5mm，后边高度为2mm，小槽的宽度为4mm-6mm，见图4，前低后高形似一把铲子的小槽，滑块在底板上移动时，象推土机一样把残留母液去除。(2)石墨底板石墨底板上开有放置石英垫片和衬底的孔道10，如图6所示，石英垫片4放在下面，衬底5放在石英垫片上，石英垫片是作为调节衬底离开孔道口高度用，在具体的操作过程中还应考虑存在下面几个间隙，即底板1与底座9之间间隙d，石英垫片4与底板1之间间隙f，石英垫片4与衬底5之间间隙e，通过测量这些间隙都小于5um，而且石英垫片与衬底的不平整度也小于5um，因此考虑到上述因素，放入衬底后，衬底与滑块的间隙应为35um，15um是外延薄膜层6的厚度，留下的20um为上述的间隙与不平整的迭加。如果外延层6生长后没有间隙，那么表面会给滑块2擦伤，如果生长后间隙太大，那么表面会留下很多母液。由于衬底5的厚度在抛光时很难精确控制，一般都有10um的上下浮动，因此要选择不同厚度的石英垫片4与其相配。石英垫片的厚度级差为20um，再通过衬底装舟前的腐蚀时间的控制，一般基本上可控制在衬底与滑块2的间隙为35um。如果底板1在放入石英垫片4后用厚度仪在四角测量，如图1所示的a+b的高度，并且把Δ(a+b)的高度控制在小于5um，放入衬底5后其最终的35um的间隙最大也有15um的变化，因此仔细调节各种间隙，尽量减少35um的间隙中的变化，再加上滑块2中的两个小槽8的使用可使得外延层6表面既不擦伤，又没有沾液。整套操作的实施是先测量衬底5的厚度，再挑选相配的石英垫片4，放入底板1后在四角测量a+b的高度，并把Δ(a+b)的高度控制在5um以内，用腐蚀剂控制衬底5的厚度为b，留下的a的高度为外延层6加上20um，在生长结束后，由于残留母液具有一定的张力，在滑块移动时经两小槽8的刮动，外延薄膜层表面既无残留母液，又没擦伤薄膜层表面。本专利技术设计人在衬底为Cd0.96Zn0.04Te，厚度890um，尺寸20×20mm2，采用本装置后生长出表面如镜面一样光亮，无沾液的Hg0.77Cd0.23Te液相外延层，厚度为15um，红外响应波长为8um左右。在尺寸为20×30mm2，厚度为900um，Cd0.96Zn0.04Te衬底上，采用本装置后生长出无沾液的，表面光亮Hg0.774Cd0.226Te液相外延层，厚度为15um，红外响应波长为10um左右。上述液相外延材料都已成功的制作出256元线列和64×64元面阵红外焦平面。权利要求1.一种用于碲镉汞液相外延薄膜材料生长的带有母液清除装置的石墨舟，包括底板(1)、滑块(2)以及固定底板和滑块的底座(9)，底板放在底座上，滑块置在底板的上面；A.底板上开有与外延衬底(5)一样大小的孔道(10)，孔道内置有调节衬底与孔道口高度的石英垫片(4)，石英垫片上放置衬底(5)；B.滑块上开有放置母液(3)的孔道(11)，孔道的大小略小于衬底(5)，以离开衬底的周边0.5mm为宜；其特征在于C.在孔道(11)的后面与底板(1)相接触的滑块(2)面上开有二个长方形的小槽(8)，小槽的长度方向与滑块的移动方向相垂直。2.根据权利要求1.一种用于碲镉汞液相外延薄膜材料生长的带有母液清除装置的石墨舟，其特征在于所说的小槽(8)的截面形状为前低后高形似一把铲子，小槽的长度略大于衬底，以超出衬底边两头1mm为宜。全文摘要本专利技术公开了一种用于碲镉汞液相外延薄膜材料生长的带有母液清除装置的石墨舟,包括:底板、滑块以及固定底板和滑块的底座,底板上开有一孔道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于碲镉汞液相外延薄膜材料生长的带有母液清除装置的石墨舟，包括：底板（１）、滑块（２）以及固定底板和滑块的底座（９），底板放在底座上，滑块置在底板的上面；Ａ．底板上开有与外延衬底（５）一样大小的孔道（１０），孔道内置有调节衬底与孔道 口高度的石英垫片（４），石英垫片上放置衬底（５）；Ｂ．滑块上开有放置母液（３）的孔道（１１），孔道的大小略小于衬底（５），以离开衬底的周边０．５ｍｍ为宜；其特征在于：Ｃ．在孔道（１１）的后面与底板（１）相接触的滑块（２）面上开有二个 长方形的小槽（８），小槽的长度方向与滑块的移动方向相垂直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新强，杨建荣，魏彦锋，徐琰，徐庆庆，何力，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]