一种三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，其包括复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件、双色碲镉汞材料生长室组件、输送组件及送出样组件，所述复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件和双色碲镉汞材料生长室组件按照工艺顺序呈独立的线性布局、依次布置，相互之间通过真空样品传送腔相连，相互之间通过真空闸阀进行隔离。本发明专利技术具有结构简单、工艺适配性强、自动化程度高、可以提高生产效率等优点。可以提高生产效率等优点。可以提高生产效率等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统


[0001]本专利技术主要涉及到化合物半导体分子束外延生长系统
，特指一种三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统。

技术介绍

[0002]硅(Si)基碲镉汞(HgCdTe)材料外延属于异质外延生长，Si衬底与HgCdTe外延层之间晶格失配度高，这就导致外延材料位错密度很高，直接严重影响红外器件的性能。复合衬底技术可以抑制高密度缺陷密度产生，为Si基HgCdTe材料的实用化奠定了基础。传统的双腔分子束外延系统只能满足双色碲镉汞材料和大面积碲镉汞材料外延工艺中的一种工艺，无法同时满足两种工艺，导致设备生产能力不足，工艺性能单一，设备运行效率不高。
[0003]传统技术在硅基碲镉汞分子束外延生长领域存在以下问题：
[0004]1、Hg元素影响腔室压力，复合衬底材料质量差。从Si衬底脱氧到As钝化工艺，对于环境杂质及其敏感，要求极高的背景真空度，通常在10
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11
Torr量级，但HgCdTe生长室由于Hg元素的存在，背景压力通常较高，无法达到真空要求，严重影响复合衬底材料质量，因此复合衬底材料需要独立腔室进行生长。
[0005]2、腔室功能单一且混用，HgCdTe材料质量差。分子束外延的主要难点在于束流的径向均匀性与稳定性、衬底加热器温度的径向均匀性与稳定性。衬底加热器存在边缘效应，采用双加热丝独立控温可大大提高温度均匀性，但双加热丝设计在温度调整过程中升降温速率及到达目标温度后的迅速稳定能力相对较差，通常需多出约10秒到20秒的时间，这在一定程度上会降低双色HgCdTe材料的质量及组分界面陡峭度，因此大面阵HgCdTe材料外延生长室不能用于双色HgCdTe材料的外延生长。
[0006]3、缺少对双色HgCdTe材料外延生长腔室的优化设计。由于双波段吸收层和阻挡层的HgCdTe材料组分不同，为保证组分界面陡峭，在生长过程中要迅速切换不同束流强度的源，需配备2个CdTe源、2个Te源、2个Hg源；由于不同组分材料的生长温度有一定的差异，短波吸收层组份x～0.4、阻挡层组分x～0.5、中波吸收层组份x～0.3，分别对应190℃、185℃、198℃，且材料的晶体质量对生长温度极为敏感，因此对衬底加热器温度的快速升降能力要求较高，并且要求温度在快速调整后也能快速稳定。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、工艺适配性强、自动化程度高、可以提高生产效率的三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，其包括复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件、双色碲镉汞材料生长室组件、输送组件及送出样组件，所述复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件和双色碲镉汞材料生长室组件按照工艺顺
序呈独立的线性布局、依次布置，相互之间通过真空样品传送腔相连，相互之间通过真空闸阀进行隔离。
[0010]作为本专利技术系统的进一步改进：所述真空样品传送腔内设置有与复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件、双色碲镉汞材料生长室组件位置相对应的三段腔室，相邻两段腔室之间通过闸板阀隔开。
[0011]作为本专利技术系统的进一步改进：所述复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件、双色碲镉汞材料生长室组件分别与所述真空样品传送腔中的对应腔室之间通过闸板阀隔开。
[0012]作为本专利技术系统的进一步改进：所述复合衬底生长室组件的前端设置有装载室和除气腔室，基片通过装载室装片，接着进入除气腔室，在除气腔室里面完成衬底除气与离子溅射清洗；所述除气腔室与真空样品传送腔通过闸板阀隔开。
[0013]作为本专利技术系统的进一步改进：所述双色碲镉汞材料生长室组件的尾端设置有卸载室，通过卸载室完成取片；所述卸载室与真空样品传送腔通过闸板阀隔开。
[0014]作为本专利技术系统的进一步改进：所述送出样组件包括三个磁力传样杆，通过磁力传样杆完成基片进出腔室；三个磁力传样杆分别为布置于复合衬底生长室组件进料处的第一磁力传样杆、布置于大面积碲镉汞材料生长室组件进料处的第二磁力传样杆、布置于双色碲镉汞材料生长室组件进料处的第三磁力传样杆。
[0015]作为本专利技术系统的进一步改进：所述复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件及双色碲镉汞材料生长室组件均包含超高真空子系统、基片台子系统、束源炉子系统、在线监测子系统和电控柜子系统；所述的超高真空子系统均包括超高真空腔体、超高真空测量规、超高真空获取泵组、液氮冷屏；所述的基片台子系统包括旋转基片台、基片加热器、磁力转轴、旋转电机、基片台主快门。所述超高真空腔体用来为复合衬底生长提供一个超高真空环境；所述超高真空测量规用于检测超高真空腔体内部的真空值；所述超高真空获取装置为用来抽真空的装置；所述液氮冷屏位于超高真空腔体内壁，包覆外延生长区域及束源炉周围区；所述旋转基片台用于承载Si衬底，基片加热器置于旋转基片台背部，通过热辐射给衬底加热；所述磁力转轴和旋转电机用于驱动旋转基片台均匀旋转。
[0016]作为本专利技术系统的进一步改进：所述复合衬底生长室组件中的束源炉子系统包括CdTe源、Te源、Zn源和As裂解源、束源炉挡板。
[0017]作为本专利技术系统的进一步改进：所述大面积碲镉汞材料生长室组件中的束源炉子系统包括Hg源、CdTe源、Te源、In源、As裂解源、束源炉挡板。
[0018]作为本专利技术系统的进一步改进：所述双色碲镉汞材料生长室组件中的束源炉子系统包括Hg源、CdTe源、Te源、In源、As裂解源、束源炉挡板。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点就在于：
[0020]本专利技术的一种三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，结构简单、工艺适配性强、自动化程度高、可以提高生产效率，可实现复合衬底材料、大面阵碲镉汞材料和双色碲镉汞材料的高质量连续生长，以保证工艺的完整性。本专利技术中，大面积碲镉汞材料生长室组件与双色碲镉汞材料生长室组件的双碲镉汞生长室设计，方便了提供更多的源炉配置、温度设置等工艺自由度，且在同一台设备上实现双色碲镉材料和大面积碲镉材料外延，减少了不同工艺之间的串扰与交叉污染，有效提升了硅基碲镉汞外延材料的质量和镀膜效率。
附图说明
[0021]图1是本专利技术在应用时所适用于的一个工艺流程示意图。
[0022]图2是本专利技术在具体应用实例中的结构原理示意图。
[0023]图3是本专利技术在具体应用实例中复合衬底生长室组件的主视结构原理示意图。
[0024]图4是本专利技术在具体应用实例中复合衬底生长室组件的俯视结构原理示意图。
[0025]图5是本专利技术在具体应用实例中大面积碲镉汞材料生长室组件的主视结构原理示意图。
具体实施方式
[0026]以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0027]在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，其特征在于，包括复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件、双色碲镉汞材料生长室组件、输送组件及送出样组件，所述复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件和双色碲镉汞材料生长室组件按照工艺顺序呈独立的线性布局、依次布置，相互之间通过真空样品传送腔相连，相互之间通过真空闸阀进行隔离。2.根据权利要求1所述的三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，其特征在于，所述真空样品传送腔内设置有与复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件、双色碲镉汞材料生长室组件位置相对应的三段腔室，相邻两段腔室之间通过闸板阀隔开。3.根据权利要求2所述的三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，其特征在于，所述复合衬底生长室组件、大面积碲镉汞材料生长室组件、双色碲镉汞材料生长室组件分别与所述真空样品传送腔中的对应腔室之间通过闸板阀隔开。4.根据权利要求1所述的三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，其特征在于，所述复合衬底生长室组件的前端设置有装载室和除气腔室，基片通过装载室装片，接着进入除气腔室，在除气腔室里面完成衬底除气与离子溅射清洗；所述除气腔室与真空样品传送腔通过闸板阀隔开。5.根据权利要求1所述的三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，其特征在于，所述双色碲镉汞材料生长室组件的尾端设置有卸载室，通过卸载室完成取片；所述卸载室与真空样品传送腔通过闸板阀隔开。6.根据权利要求1
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5中任意一项所述的三腔室硅基碲镉汞分子束外延生长系统，其特征在于，所述送出样组件包括三个磁力传样杆，通过磁力传样杆完成基片进出腔室；三个磁力传样杆分别为布置于复合衬底生长室组件进料处的第一磁力传样杆、布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长平，陈峰武，龚欣，魏唯，肖慧，宁澍，巩小亮，胡凡，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：