本发明专利技术公开一种氧化物薄膜生长用金属有机物化学气相沉积设备反应室。本反应室包括，反应室上法兰盘（1）、反应室下法兰盘（2）、反应室侧壁（3）、旋转轴（4）、电机（5）、磁流体密封轴承（6）、衬底托（7）、衬底加热器（8）、热电偶（9）、金属有机源进气口（10）、氧源进气口（11）、尾气排气口（12）、压力传感器（13）、下游压力控制阀（14）等部件。本发明专利技术的反应室实现反应气体从下往上垂直输运，能够有效抑制金属有机源与氧源的预反应对氧化物薄膜晶体质量的不利影响，有利于获得高质量的氧化物薄膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氧化物薄膜外延生长领域，特别涉及用于生长氧化物薄膜的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备。
技术介绍
ZnO是具有直接带隙的II-VI族宽禁带化合物半导体材料，与GaN具有相近的晶格常数和禁带宽度，同时ZnO有许多优于那些同类材料如GaN的基础性优势。ZnO的激子束缚能高达60 meV (GaN大约为25 meV)，远大于室温热离化能Q6 meV),更容易实现室温高效受激发射；ZnO具有较低的介电常数和大的机电耦合系数；高质量的SiO体单晶更容易获得，生长方法简单，成本低。这些优异的特性使得SiO在声表面波器件，场发射显示器， 气敏传感器，发光二极管，固态储氢技术，高速器件以及空间器件等方面有着巨大的应用前景。基于SiO的多元合金ZnMO (M为Mg，Be，Cd等)是一个直接带隙的禁带宽度涵盖紫外、 可见光的材料体系。通过能带工程实现了 ZnO基的异质结、量子阱或超晶格光电子器件。另一方面IIIA族金属Al，Ga，h掺杂的ZnO基透明导电薄膜在太阳能电池和发光二极管前极以及透明薄膜晶体管(TFT)上具有广泛的应用潜力。对于ZnO基氧化物薄膜的制备方法主要有M0CVD、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积(PLD)、射频磁控溅射(RFMS)和热蒸发法等等。MOCVD是一种广泛使用的半导体生长技术，对于III族氮化物材料的生长已经发展到非常成熟的阶段。该技术用于GaN基薄膜材料生长，成膜质量好，生长速度快，并且成本低，能实现大面积、均勻、一次多片生长，在GaN 基LED上获得了广泛的应用。目前国际上最大的两家MOCVD厂商Aixtron和Veeco占据着主要的市场份额，我国大多数光电子企业和部分研究院校都从这两家公司购买MOCVD设备。这些商用化的设备主要用于III族氮化物的外延生长，缺少适用于氧化物薄膜生长的 MOCVD设备。对于氧化物薄膜的MOCVD生长，则相较于氮化物薄膜落后。一方面因为ZnO材料中的基础问题，特别是P型掺杂机理尚未很好解决；另一方面由于常用的Si的金属有机源(如DEZn、DMZn)与氧源(如H20，02等)有强烈的预反应，气相中生成的颗粒一旦进入薄膜将降低薄膜的晶体质量。MOCVD设备由气体输运、反应室、自动控制、尾气处理以及原位监测等部分构成，其核心部分是反应室。III族氮化物薄膜的生长和P型掺杂方面取得的成功正是因为人们对 MOCVD反应室进行不断改进，摸索出了符合III族氮化物薄膜生长的反应室结构。MOCVD 的反应室根据气流与衬底的方向可分为两种，即水平式和垂直式。水平式结构的气流方向与衬底表面相平行，而垂直式的气流方向则与衬底表面相垂直。无论水平式或垂直式，反应室设计都应该满足薄膜生长均勻性好(组分均勻，厚度均勻)，晶体质量高，生长速率高等要求。对于氧化物薄膜的MOCVD生长，反应室的设计除了考虑加热系统热惯性小、反应气体混合充分、生长条件可重复等之外，关键的两点是避免尾气与反应气体的再反应和有效抑制金属有机源与氧源预反应的不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于氧化物薄膜生长的金属有机物化学气相沉积设备，能够有效抑制金属有机源与氧源的预反应对氧化物薄膜晶体质量的不利影响，获得高质量的ZnO基氧化物薄膜。其特点是(1)为垂直式，并且反应气体从下往上输运，金属有机源和氧源分开进入反应室，在衬底下方混合；(2)金属有机源和氧源的预反应生成的颗粒不会掉入薄膜中；(3)尾气排气口位于上法兰盘，在气流和热作用下，反应尾气在很短的时间内排出反应室，不会与反应气体再反应；(4)衬底托可以朝下放置方形、圆形各种尺寸小于3英寸的衬底，特别适于在缺少大尺寸ZnO单晶衬底下的同质外延生长。本专利技术氧化物薄膜生长用金属有机物化学气相沉积设备反应室，其特征在于包括一反应室上法兰盘。上法兰盘有两组循环水冷却槽。该法兰盘中心有一圆孔。中心圆孔旁边有一尾气排气孔，以及一测温孔。可选地，该反应室上法兰盘材料为不锈钢。一反应室下法兰盘。下法兰盘有两组循环水冷却槽。该法兰盘有均勻分布的多孔喷气口，多孔喷气口带有控温循环水槽装置。该法兰盘中心有一气体喷管。可选地，该反应室下法兰盘材料为不锈钢。一反应室侧壁。可选地，该反应室侧壁材料为透明石英玻璃。一加热装置，包括电阻式加热器和测温计。该加热器形状可以为片状，也可以为丝状。加热温度在室温和1000度之间可调。可选地，测温计为热电偶。一旋转装置，包括伺服电机，磁流体密封轴承，联轴器以及旋转轴。磁流体密封轴承固定于上法兰盘中心，一端利用联轴器与伺服电机连接，另一端与旋转轴连接。旋转速度在0到1200转每分钟连续可调。一衬底托，包括衬底托主体和衬底托盖。衬底托盖具有一个或多个卡槽。可选地，该衬底托材料为钼或不锈钢。一压力控制装置，包括压力传感器和下游压力控制阀。反应室压力在10到 760Torr连续可调。四路水冷装置，包括两路磁流体轴承冷却水，上法兰盘密封圈冷却水，下法兰盘密封圈冷却水。可选地，冷却水温度设置为15度。一金属有机源控温循环水槽。用来控制下法兰盘中金属有机源勻气室的温度。可选地，控温水槽的温度设置为30度。附图说明为进一步说明本专利技术的装置结构和具体原理，以下结合附图和示例详细说明。其中图1为本专利技术的设计示意图； 图2为衬底托的细节示意图。具体实施例方式请参阅图1，本专利技术一种氧化物薄膜生长用金属有机物化学气相沉积设备反应室，包括反应室上法兰盘(1)、反应室下法兰盘(2)、反应室侧壁(3)、旋转轴(4)、电机(5)、磁流体密封轴承(6)、衬底托(7)、衬底加热器(8)、热电偶(9)、金属有机源进气口(10)、氧源进气口(11)、尾气排气口(12)、压力传感器(13)、下游压力控制阀(14)等部件。在生长之前， 打开反应室，将清洗好的衬底生长面朝下置入衬底托(7)。图2详细给出了特殊设计的适合于衬底朝下、气流从下往上的氧化物薄膜外延生长的衬底托(7)。衬底托(7)由衬底托主体 (15)和衬底托盖(16)两部分构成。方形或圆形的衬底(17)置于衬底托盖(16)的卡槽内， 衬底托盖(16 )固定于衬底托主体(15 )下方。这样衬底(17 )即使在衬底托(7 )高速旋转的情况下也可以很好的固定，同时保证温度的均勻性，并且不会影响反应气体的输运。放置好衬底(17)之后，开启各路冷却水，开启机械泵对反应室抽真空，然后充氮气到常压，开启电机(5)，开启衬底加热器(8)，达到一定温度后，开始通入反应气体。氧源(A)可以为高纯水蒸气H20，笑气N20，氧气02或二氧化碳C02。金属有机源(B)可以为高纯载气(氮气或氩气) 携带的二乙基锌DESu二茂镁Cp2Mg、三甲基铝TMA1、三甲基镓TMGa。氧源(A)从氧源进气口( 11)进入反应室，金属有机源(B)从金属有机源进气口( 10)进入反应室。金属有机源(B) 在加热的衬底托(7)下方分解，与氧源(A)进行反应，沉积在固定于衬底托(7)下方的衬底 (17)上。衬底(17)可以为蓝宝石A1203、硅Si、石英玻璃，也可以为氧化锌单晶&ι0。衬底 (17)的温度由衬底加热器(8)和热电偶(9)控制。反应室内的压力由下游压力控制阀(14) 和压力传感器(13)控制。反应产生的尾气从尾气本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种氧化物薄膜生长用金属有机物化学气相沉积设备反应室，包含反应室上法兰盘（１）、反应室下法兰盘（２）、反应室侧壁（３）、旋转轴（４）、电机（５）、磁流体密封轴承（６）、衬底托（７）、衬底加热器（８）、热电偶（９）、金属有机源进气口（１０）、氧源进气口（１１）、尾气排气口（１２）、压力传感器（１３）、下游压力控制阀（１４）。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁凯，黄丰，林钟潮，黄顺乐，郑清洪，颜峰波，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：35
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