專利名稱：氣態(tài)束源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種氣態(tài)束源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，特別是指一種用于真空外延材料生長設備的氣態(tài)束源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置。
背景技術：
真空外延制備高純材料技術是目前人工制備高純化合物異質(zhì)結材料，納米材料等的普遍使用的先進技術手段。其工作原理是在高真空腔體內(nèi)，由各種各樣功能的束源爐(如固體熱蒸發(fā)分子束源爐，氣體裂解原子束源爐，氣體等離子激活原子束源爐等等)噴射出一定束流量(通常用分壓強定量表示)的某元素原子，至外延基底片上進行外延生長。或用粒子(離子，電子等)束槍發(fā)射出粒子束，轟擊靶材，由靶材濺射出的原子團或分子團噴射至外延基底片上進行外延生長。上述源爐或粒子束槍噴射口處可以安裝專用擋板，通過擋板的打開和關閉動作可以實現(xiàn)不同化合物材料的生長，停止，切換等。在上述各種束源爐中，固體熱蒸發(fā)分子束源爐的出射束流量可以用擋板實現(xiàn)瞬態(tài)控制。這種源爐在實際使用中，是將固體原材料裝填在爐體內(nèi)，加熱到一定溫度下溶化升華噴射出分子束。擋板對噴射束流量的關斷控制幾乎可以實現(xiàn)100％的關斷。因此用固態(tài)源爐生長的外延材料可以實現(xiàn)原子級精度的厚度控制。
而氣體裂解或等離子激活原子束源爐的工作物質(zhì)是氣態(tài)的，出射口的擋板不能實現(xiàn)對氣流的完全關斷控制，特別如等離子激活原子束爐，氣體首先要經(jīng)過源爐等離子化，一般情況下，這種對氣體的等離子化過程往往需要分鐘量級的時間，而且氣流的完全關斷/打開的切換無法實現(xiàn)瞬態(tài)控制。因此急需要一種新型裝置可以克服以上困難。保證真空外延材料系統(tǒng)的正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種氣態(tài)束源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，可以解決目前高真空外延系統(tǒng)中對氣態(tài)源爐氣流量開關的瞬態(tài)控制問題。利用這種裝置將使那些必須利用氣態(tài)源爐才能獲得的特殊組分的異質(zhì)結材料結構，同樣實現(xiàn)外延層的原子級厚度精度控制。
本發(fā)明一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其特征在于，其中包括一不銹鋼超高真空腔體；一氣動閥，該氣動閥與不銹鋼超高真空腔體的一端連接；一氣態(tài)束源爐，該氣態(tài)束源爐安裝在不銹鋼超高真空腔體內(nèi)；一氣動閥門，該氣動閥門與不銹鋼超高真空腔體的中段連接；一真空泵，該真空泵與氣動閥門的另一端連接；一手動閥，該手動閥與不銹鋼超高真空腔體的另一端連接；一質(zhì)量流量計，該質(zhì)量流量計與手動閥連接；一手動閥門，該手動閥門與質(zhì)量流量計連接；一氣體管路，該氣體管路的兩端分別與質(zhì)量流量計和手動閥門連接；一氣體容器，該氣體容器與手動閥門連接；
一超高真空腔體，該超高真空腔體與氣動閥連接，該超高真空腔體接有一高真空泵；一計算機分別控制質(zhì)量流量計、氣動閥和氣動閥門，實現(xiàn)氣流方向通入超高真空腔體或切換到旁路真空泵。
其中所述的不銹鋼超高真空腔體和超高真空腔體均采用內(nèi)膽拋光的不銹鋼材料制備，所有接口均采用刀口法蘭金屬圈密封設計，極限真空小于1E-8Pa。
其中所述的真空泵和高真空泵的抽速需滿足上述真空腔體的要求，根據(jù)負載氣體的性質(zhì)確定泵的種類，是否耐腐蝕等均應考慮在內(nèi)，如可以采用離子泵，配以冷凝泵或渦輪分子泵。
其中所述的氣動閥和氣動閥門均為超高真空閥，漏率小于1E-10Pam3/S。
其中所述的手動閥的接口要求采用VCR金屬超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S。
其中所述的質(zhì)量流量計的接口要求采用VCR金屬超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S。
其中所述的氣態(tài)束源爐種類由具體材料生長的要求確定，可以是等離子激活源爐，或者是高溫裂解爐。


為進一步說明本發(fā)明的技術內(nèi)容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中
圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明如圖1所示，一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其中包括一不銹鋼超高真空腔體1，該不銹鋼超高真空腔體1采用內(nèi)膽拋光的不銹鋼材料制備，所有接口采用刀口法蘭金屬圈密封設計，極限真空小于1E-8Pa；一氣動閥2，該氣動閥2與不銹鋼超高真空腔體1的一端連接，該氣動閥2均為超高真空閥，漏率小于1E-10Pam3/S；一氣態(tài)束源爐11，該氣態(tài)束源爐11安裝在不銹鋼超高真空腔體1內(nèi)，該氣態(tài)束源爐11種類由具體材料生長的要求確定，可以是等離子激活源爐，或者是高溫裂解爐；一氣動閥門3，該氣動閥門3與不銹鋼超高真空腔體1的中段連接，該氣動閥門3為超高真空閥，漏率小于1E-10Pam3/S；一真空泵4，該真空泵4與氣動閥門3的另一端連接，該真空泵4抽速需滿足上述真空腔體的要求，根據(jù)負載氣體的性質(zhì)確定泵的種類，是否耐腐蝕等均應考慮在內(nèi)，如可以采用離子泵，配以冷凝泵或渦輪分子泵；一手動閥6，該手動閥6與不銹鋼超高真空腔體1的另一端連接，該手動閥6的接口要求采用VCR金屬超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S；一質(zhì)量流量計5，該質(zhì)量流量計5與手動閥6連接，該質(zhì)量流量計5的接口要求采用VCR金屬超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S；一手動閥門7，該手動閥門7與質(zhì)量流量計5連接；一氣體管路9，該氣體管路9的兩端分別與質(zhì)量流量計5和手動閥門7連接；一氣體容器8，該氣體容器8與手動閥門7連接；一超高真空腔體12，該超高真空腔體12與氣動閥2連接，該超高真空腔體12接有一高真空泵13，該高真空泵13抽速需滿足上述真空腔體的要求，根據(jù)負載氣體的性質(zhì)確定泵的種類，是否耐腐蝕等均應考慮在內(nèi)，如可以采用離子泵，配以冷凝泵或渦輪分子泵，該超高真空腔體12采用內(nèi)膽拋光的不銹鋼材料制備，所有接口均采用刀口法蘭金屬圈密封設計，極限真空小于1E-8Pa；一計算機10分別控制質(zhì)量流量計5和氣動閥2和氣動閥門3，實現(xiàn)氣流方向通入超高真空腔體12或切換到旁路真空泵4。
工作過程可以分為三個步驟(1)真空預置狀態(tài)首先關閉所有手動閥門6和手動閥門7，打開氣動閥2和氣動閥門3，由真空泵4和高真空泵13分別對不銹鋼超高真空腔體1和超高真空氣體12預抽真空。真空度由各自的真空計檢測。
(2)氣態(tài)束源爐預置狀態(tài)調(diào)節(jié)過程真空泵達到所需要求后，打開手動閥6和手動閥門7，保持氣動閥門3開啟，關閉氣動閥2，在這種狀態(tài)(旁路狀態(tài)即反應氣體在通入氣態(tài)束源爐11不銹鋼超高真空腔體1后，由真空泵4抽出形成旁路)下，完成氣體的預置狀態(tài)。例如使用等離子激活氣態(tài)源爐時，在不銹鋼超高真空腔體1內(nèi)完成氣體的起輝過程。再如使用氫原子裂解爐時，可以在真空腔體完成氣體流量調(diào)節(jié)和預裂解設置。因此不銹鋼超高真空腔體1起到了給氣態(tài)源爐完成預置狀態(tài)的作用。
(3)氣體反應過程完成第二步驟后，在計算機10控制下，關閉氣動閥門3，同時打開氣動閥2，使得預置好后的反應氣體瞬態(tài)通入超高真空腔體12內(nèi)，開始材料的生長制備過程。當需要中斷反應氣體時，再同時關閉和開啟氣動閥2和氣動閥門3。此處操作的關鍵特點在于一定要同步開閉氣動閥2和氣動閥門3，這樣才能真正保障反應通入反應真空室的瞬態(tài)開閉特性，完成陡峭異質(zhì)結界面材料的生長制備，達到本發(fā)明的根本目的。
本發(fā)明的所提出的新型裝置，主要是解決目前真空外延材料制備技術所面臨的普遍問題即當無法實現(xiàn)對氣態(tài)源爐氣流量的瞬態(tài)控制。這種新型氣態(tài)束源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，可以瞬態(tài)控制通入外延真空系統(tǒng)中的氣流量。從而使那些必須利用氣態(tài)源爐才能獲得的特殊組分的異質(zhì)結材料結構，同樣實現(xiàn)外延層的原子級厚度精度控制。
權利要求
1.一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其特征在于，其中包括一不銹鋼超高真空腔體；一氣動閥，該氣動閥與不銹鋼超高真空腔體的一端連接；一氣態(tài)束源爐，該氣態(tài)束源爐安裝在不銹鋼超高真空腔體內(nèi)；一氣動閥門，該氣動閥門與不銹鋼超高真空腔體的中段連接；一真空泵，該真空泵與氣動閥門的另一端連接；一手動閥，該手動閥與不銹鋼超高真空腔體的另一端連接；一質(zhì)量流量計，該質(zhì)量流量計與手動閥連接；一手動閥門，該手動閥門與質(zhì)量流量計連接；一氣體管路，該氣體管路的兩端分別與質(zhì)量流量計和手動閥門連接；一氣體容器，該氣體容器與手動閥門連接；一超高真空腔體，該超高真空腔體與氣動閥連接，該超高真空腔體接有一高真空泵；一計算機分別控制質(zhì)量流量計、氣動閥和氣動閥門，實現(xiàn)氣流方向通入超高真空腔體或切換到旁路真空泵。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其特征在于，其中所述的不銹鋼超高真空腔體和超高真空腔體均采用內(nèi)膽拋光的不銹鋼材料制備，所有接口均采用刀口法蘭金屬圈密封設計，極限真空小于1E-8Pa。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其特征在于，其中所述的真空泵和高真空泵的抽速需滿足上述真空腔體的要求，根據(jù)負載氣體的性質(zhì)確定泵的種類，是否耐腐蝕等均應考慮在內(nèi)，如可以采用離子泵，配以冷凝泵或渦輪分子泵。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其特征在于，其中所述的氣動閥和氣動閥門均為超高真空閥，漏率小于1E-10Pam3/S。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其特征在于，其中所述的手動閥的接口要求采用VCR金屬超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其特征在于，其中所述的質(zhì)量流量計的接口要求采用VCR金屬超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，其特征在于，其中所述的氣態(tài)束源爐種類由具體材料生長的要求確定，可以是等離子激活源爐，或者是高溫裂解爐。
全文摘要
一種氣源爐瞬態(tài)開關控制真空裝置，包括一不銹鋼超高真空腔體；一氣動閥，與不銹鋼超高真空腔體的一端連接；一氣態(tài)束源爐，安裝在不銹鋼超高真空腔體內(nèi)；一氣動閥門，與不銹鋼超高真空腔體的中段連接；一真空泵，與氣動閥門的另一端連接；一手動閥，與不銹鋼超高真空腔體的另一端連接；一質(zhì)量流量計，與手動閥連接；一手動閥門，與質(zhì)量流量計連接；一氣體管路，其兩端分別與質(zhì)量流量計和手動閥門連接；一氣體容器，與手動閥門連接；一超高真空腔體，與氣動閥連接，該超高真空腔體接有一高真空泵；一計算機分別控制質(zhì)量流量計、氣動閥和氣動閥門，實現(xiàn)氣流方向通入超高真空腔體或切換到旁路真空泵。
文檔編號C23C16/52GK1548576SQ03136238
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月19日 優(yōu)先權日2003年5月19日
發(fā)明者牛智川, 倪海橋, 徐曉華, 徐應強, 張緯, 韓勤, 吳榮漢 申請人:中國科學院半導體研究所