一種能監(jiān)測(cè)mocvd石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及MOCVD (金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積）紅外測(cè)溫裝置，尤其涉及 一種可徑向移動(dòng)的能監(jiān)測(cè)MOCVD石墨盤上表面溫度分布的簡(jiǎn)易裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度作為MOCVD外延生長(zhǎng)的重要工藝參數(shù)，直接影響外延層的晶體質(zhì)量。在以 Si(Ill)為襯底，生長(zhǎng)GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)LED外延片的摻銦過程中，溫度每偏差1°C，將會(huì) 最終引起器件的中心波長(zhǎng)漂移約1.2nm。因此對(duì)外延片表面溫度的精確在線監(jiān)測(cè)與控制非 常必要。目前，常用的MOCVD紅外輻射測(cè)溫儀價(jià)格昂貴、修正校準(zhǔn)復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)數(shù)有限。如： 德國(guó)AIXTR0N公司的EpiTT 3W和其配套的溫度校準(zhǔn)修正設(shè)備，國(guó)內(nèi)售價(jià)高達(dá)85萬；ARGUS 校準(zhǔn)探測(cè)窗口時(shí)需要卸下MOCVD噴頭，放在配套的校準(zhǔn)光源上進(jìn)行校準(zhǔn)；Mikron M680要安 裝在MOCVD噴頭的預(yù)留探測(cè)孔上，測(cè)量點(diǎn)數(shù)有限，無法測(cè)量溫度分布。
[0003] 由于外延片的熱量來自下方石墨盤的熱傳遞與熱輻射，通過測(cè)量石墨盤溫度分布 可以間接反映外延片表面的溫度場(chǎng)情況。干凈石墨盤可近似為黑體，紅外測(cè)溫時(shí)不需要對(duì) 其進(jìn)行反射率校準(zhǔn)。Thomas Swan CCS MOCVD反應(yīng)室噴頭頂板上預(yù)留有ARGUS用徑向分布 的石英光學(xué)視窗。因此，開發(fā)一種可徑向移動(dòng)的、免反射率校準(zhǔn)的、監(jiān)測(cè)MOCVD石墨盤溫度 分布的簡(jiǎn)易裝置成為目前本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種可徑向移動(dòng)的、免反射率校準(zhǔn)的、能監(jiān)測(cè)MOCVD 石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置。
[0005] 本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種能監(jiān)測(cè)MOCVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置，裝置包括一底板，底板上通過支 架架設(shè)有一導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌側(cè)壁固定有磁柵尺，軌道正面安裝有滑塊，滑塊右側(cè)固定一磁頭， 磁頭信號(hào)輸出端連接至信號(hào)處理電路盒，信號(hào)處理電路盒連接至LCD顯示屏；在滑塊上安 裝一精密平移臺(tái)，精密平移臺(tái)上方安裝一紅外探頭。
[0007] 進(jìn)一步地，所述紅外探頭包括在探頭腔體中開設(shè)的進(jìn)光孔，沿進(jìn)光孔頂端設(shè)有一 中心波長(zhǎng)為940nm、半峰寬為10nm、OD值為6的窄帶濾光片，濾光片上方有光探測(cè)器。
[0008] 進(jìn)一步地，所述導(dǎo)軌有效長(zhǎng)度等于MOCVD噴頭的半徑。
[0009] 進(jìn)一步地，信號(hào)處理電路盒固定在紅外探頭上方。
[0010] 進(jìn)一步地，所述裝置安裝在MOCVD反應(yīng)室石英光學(xué)視窗的正上方，精密平移臺(tái)垂 直于導(dǎo)軌方向，通過調(diào)節(jié)紅外探頭的位置，紅外探頭的進(jìn)光孔能夠依次對(duì)準(zhǔn)石英光學(xué)視窗 下方的一排噴頭噴孔。
[0011] 本實(shí)用新型采用單色輻射測(cè)溫法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；將干凈石墨盤近似為黑體，不需反射 率修正；紅外探頭可徑向移動(dòng)，能夠監(jiān)測(cè)石墨盤的溫度分布。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2為本實(shí)用新型的紅外探頭剖面圖；
[0014] 圖3為本實(shí)用新型在MOCVD上的裝配圖；
[0015] 圖4為本實(shí)用新型安裝于MOCVD噴頭俯視圖；
[0016] 圖5為本實(shí)用新型的紅外信號(hào)放大電路簡(jiǎn)圖。
[0017] 圖中：1、光學(xué)窗口；2、電爐絲；3、石墨盤；4、噴淋板；5、噴孔；6、混氣室；7、反應(yīng)室 上蓋板；8、紅外探頭；9、進(jìn)光孔；10、濾光片；11、光探測(cè)器；12、信號(hào)處理電路盒；13、精密 平移臺(tái)；14、導(dǎo)軌；15、滑塊；16、磁頭；17、底板；18、支架；19、輸出端；20、LCD顯示屏。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0019] 如圖1所示，該能監(jiān)測(cè)MOCVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置，包括一底板17,底板17 上通過支架18架設(shè)有一導(dǎo)軌14,有效長(zhǎng)度等于MOCVD噴頭的半徑，在導(dǎo)軌14側(cè)壁固定有 磁柵尺，軌道14正面安裝有滑塊15,滑塊15右側(cè)固定一磁頭16,當(dāng)滑塊15在軌道上運(yùn)動(dòng) 時(shí)，磁頭16通過讀取磁柵尺信息可定滑塊15位置，精度為±15 μ m/m，磁頭16信號(hào)輸出端 連接至信號(hào)處理電路盒12 ;在滑塊15上安裝一中央驅(qū)動(dòng)型精密平移臺(tái)13,可移動(dòng)方向垂直 于導(dǎo)軌14方向，行程4mm。精密平移臺(tái)13上方安裝一 940nm紅外探頭8。紅外探頭8上方 固定有信號(hào)處理電路盒12,電路采用可充電式紐扣電池供電，信號(hào)處理電路盒12右端有信 號(hào)輸出端19,連接至IXD顯示屏20, IXD顯示屏20可顯示探頭位置與溫度。
[0020] 如圖2所示，紅外探頭8包括在探頭腔體中開設(shè)的進(jìn)光孔9,沿進(jìn)光孔9頂端設(shè)有 一中心波長(zhǎng)為940nm、半峰寬為10nm、OD值為6的窄帶濾光片10,濾光片10上方有光探測(cè) 器11。
[0021] 如圖3所示，能監(jiān)測(cè)MOCVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置應(yīng)用于MOCVD反應(yīng)室，反應(yīng) 室包括混氣室6,及置于混氣室6中的石墨盤3,對(duì)應(yīng)石墨盤3的上方設(shè)有噴淋板4,石墨盤 4下方設(shè)有電爐絲2 ;混氣室6中開設(shè)有若干個(gè)氣體通道；在混氣室6頂面設(shè)有一反應(yīng)室上 蓋板7,反應(yīng)室上蓋板7開有光學(xué)窗口 1，光學(xué)窗口 1與噴淋板4開設(shè)的噴孔5垂直對(duì)應(yīng)，其 中，光學(xué)窗口 1處設(shè)有一紅外探頭8,紅外探頭8通過信號(hào)處理電路盒12連接有IXD顯示屏 20 〇
[0022] 監(jiān)測(cè)裝置安裝于MOCVD反應(yīng)室上方的光學(xué)窗口 1的正上方，當(dāng)MOCVD的電爐絲2 通電時(shí)，熱量輻射至石墨盤3,高溫石墨盤3 ( -般在700至1200°C )向外輻射能量。紅外 輻射穿過噴淋板4上的噴孔5,經(jīng)過混氣室6,穿過反應(yīng)室上蓋板7上面光學(xué)窗口 1，進(jìn)入紅 外探頭8的進(jìn)光孔9。紅外福射由進(jìn)光孔9射至940nm窄帶濾光片10,940nm的紅外信號(hào)透 過窄帶濾光片10傳至光探測(cè)器11，光探測(cè)器11將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)送至信號(hào)處理電 路盒12。由信號(hào)處理電路盒12進(jìn)行信號(hào)放大、AD轉(zhuǎn)化、溫度值計(jì)算。
[0023] 圖4結(jié)合圖1、圖3所示，紅外探頭8固定在一中央驅(qū)動(dòng)型精密平移臺(tái)13上，可通 過調(diào)節(jié)精密平移13使紅外探頭8的進(jìn)光孔9對(duì)準(zhǔn)光學(xué)窗口 1下方的一排噴孔5。精密平移 臺(tái)13固定在一可沿導(dǎo)軌14運(yùn)動(dòng)的滑塊15上，滑塊15右邊有磁頭16,磁頭16可讀取磁柵 尺上的位置信息，將信號(hào)傳至信號(hào)處理電路盒12。導(dǎo)軌14固定在底板17上的兩個(gè)支架18 上，可調(diào)節(jié)導(dǎo)軌14使其沿石墨盤3的徑向平行于光學(xué)窗口 1下方的一排噴孔5。推動(dòng)滑塊 15分別探測(cè)石墨盤3徑向各點(diǎn)的溫度值即可得到石墨盤溫度分布。
[0024] 信號(hào)處理電路盒12的輸出端19連至IXD顯示屏20,可在IXD顯示屏20上顯示石 墨盤3的溫度以及探測(cè)位置。
[0025] 本實(shí)用新型沿徑向安裝于MOCVD反應(yīng)室噴頭石英光學(xué)視窗的正上方，精密平移臺(tái) 可垂直于導(dǎo)軌方向調(diào)節(jié)紅外探頭的位置，保證紅外探頭隨滑塊沿導(dǎo)軌從石英光學(xué)視窗的一 端移動(dòng)至另一端時(shí)，紅外探頭的進(jìn)光孔能夠依次對(duì)準(zhǔn)石英光學(xué)視窗下方的一排噴頭噴孔 (噴孔間距和直徑固定且已知，例如：Thomas Swan CCS MOCVD的噴孔間距為3. 3mm，噴孔直 徑為0. 5_)，從而可以測(cè)量MOCVD反應(yīng)室的石墨盤的溫度分布。
[0026] 如圖5所示，裝置采用可充電鈕扣鋰離子電池作為恒流源，在電池上并聯(lián)一放大 器，放大器輸入端連接有光探測(cè)器11，輸入端與輸出端并聯(lián)有RC電路。
[0027] 工作原理：當(dāng)石墨盤第二次Bake(在MOCVD生長(zhǎng)多爐外延片后，為了去除掉石墨盤 上的沉積物，在高溫下空燒）過程中，石墨盤的熱輻射穿過噴頭噴孔，透過石英光學(xué)視窗， 通過進(jìn)光孔照射至940nm窄帶濾光片，波長(zhǎng)為940nm的紅外線傳至光探測(cè)器，由光感探測(cè)器 將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。石墨盤第二次Bake幾乎為干凈石墨，可近似為黑體，由普朗 克黑體輻射公式、單色輻出度定義以及運(yùn)算放大器原理可得，電壓與溫度的關(guān)系為：
[0029] 式中K1= η/α (η為光探測(cè)器的量子效率，α為光傳播過程中衰減引入的系 數(shù)），可利用黑體爐對(duì)紅外探頭進(jìn)行校準(zhǔn)獲得。K2= 一輻射常數(shù)、e為電子 電量、R反饋電阻、h為普朗克常數(shù)、c為光速）已知。S為探測(cè)孔的有效面積，對(duì)于Thomas Swan CCS MOCVD可近似取0.5mm。因此，由上式可得石墨盤溫度。推動(dòng)紅外探頭，讓其沿導(dǎo) 軌運(yùn)動(dòng)，測(cè)量石墨盤徑向各點(diǎn)溫度，便可得到MOCVD石墨盤溫度分布。
[0030] 以上內(nèi)容僅為本實(shí)用新型優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施 方式僅限于此，對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型構(gòu)思的技術(shù)范 圍內(nèi)，可以做出一些簡(jiǎn)單的推演或者替換，都應(yīng)當(dāng)視為涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種能監(jiān)測(cè)MOCVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置，其特征在于：裝置包括一底板，底板 上通過支架架設(shè)有一導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌側(cè)壁固定有磁柵尺，軌道正面安裝有滑塊，滑塊右側(cè)固定 一磁頭，磁頭信號(hào)輸出端連接至信號(hào)處理電路盒，信號(hào)處理電路盒連接至IXD顯示屏；在滑 塊上安裝一精密平移臺(tái)，精密平移臺(tái)上方安裝一紅外探頭。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能監(jiān)測(cè)M0CVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置，其特征在于：所 述紅外探頭包括在探頭腔體中開設(shè)的進(jìn)光孔，沿進(jìn)光孔頂端設(shè)有一中心波長(zhǎng)為940nm、半峰 寬為10nm、0D值為6的窄帶濾光片，濾光片上方有光探測(cè)器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能監(jiān)測(cè)M0CVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置，其特征在于：所 述導(dǎo)軌有效長(zhǎng)度等于M0CVD噴頭的半徑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能監(jiān)測(cè)M0CVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置，其特征在于：所 述信號(hào)處理電路盒固定在紅外探頭上方。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能監(jiān)測(cè)M0CVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置，其特征在于：所 述裝置安裝在M0CVD反應(yīng)室石英光學(xué)視窗的正上方，精密平移臺(tái)垂直于導(dǎo)軌方向，通過調(diào) 節(jié)紅外探頭的位置，紅外探頭的進(jìn)光孔能夠依次對(duì)準(zhǔn)石英光學(xué)視窗下方的一排噴頭噴孔。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種能監(jiān)測(cè)MOCVD石墨盤溫度分布的簡(jiǎn)易裝置，裝置包括一底板，底板上通過支架架設(shè)有一導(dǎo)軌，導(dǎo)軌沿MOCVD反應(yīng)室徑向固定在石英光學(xué)視窗的正上方，在導(dǎo)軌側(cè)壁固定有磁柵尺，軌道正面安裝有滑塊，滑塊右側(cè)固定一磁頭，磁頭信號(hào)輸出端連接至信號(hào)處理電路盒，信號(hào)處理電路盒連接至LCD顯示屏；在滑塊上安裝一精密平移臺(tái)，精密平移臺(tái)上方安裝一紅外探頭。紅外探頭可隨滑塊移動(dòng)，能夠透過石英光學(xué)視窗下方的一排噴孔探測(cè)MOCVD石墨盤的紅外輻射，根據(jù)紅外輻射強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)溫。本實(shí)用新型采用單色輻射測(cè)溫法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；將干凈石墨盤近似為黑體，不需反射率修正；紅外探頭可徑向移動(dòng)，能夠監(jiān)測(cè)石墨盤的溫度分布。
【IPC分類】G01J5/00
【公開號(hào)】CN204988508
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520602944
【發(fā)明人】楊超普, 劉明寶, 耿西俠, 周春生, 李春, 劉彥峰, 張美麗, 張國(guó)春
【申請(qǐng)人】商洛學(xué)院
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年8月10日