專利名稱：一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種薄膜制備裝置，特別是一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置。
背景技術：
作為一種可以生長高質量薄膜甚至能生長單晶薄膜的薄膜制備方法，液相外延法(Liquid Phase Expiate LPE)制備膜是一種重要的液相薄膜生長技術,與固相成膜技術不同，LPE薄膜生長時其生長的原料在高溫熔化，呈熔融狀態(tài)，這樣產(chǎn)生的好處是熔體中原料各組份可以充分混合均勻，通過選擇合適的襯底，可以獲得高質量甚至單晶薄膜。這種方法適用于生長組成復雜的固相成膜法難以生長的膜。但是這種方法的一個嚴重缺點是生長獲得的薄膜厚度不能控制，而且薄膜表面可能會有斑點，破壞薄膜的完整性。實用新型專利“一種垂直浸潰液相外延膜生長裝置” (ZL 200720072276. 6)設計了一種雙加熱系統(tǒng)的垂直浸潰液相外延薄膜生長系統(tǒng)，利用第二加熱系統(tǒng)對脫離熔體后的襯底溫度進行控制，希望 能夠控制襯底上熔體外延結晶成膜的過程，獲得表面完整的薄膜。但是這種設備的第二加熱系統(tǒng)距離襯底較遠，對襯底溫度控制不容易，在實際操作過程中需要嚴重依賴經(jīng)驗，很不方便。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了提供一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置。為了實現(xiàn)本實用新型的目的，本說明書提供了一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置，其特征是包括一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置，其特征是包括(I)籽晶桿；
(2)襯底；(3)爐蓋，(4)發(fā)熱體，(5)爐膛壁，(6)熔體，(7)坩堝，(8)耐火磚，(9)保溫磚，
(10)爐殼，(11)陶瓷發(fā)熱體。陶瓷發(fā)熱體(11)的特征是它受一個獨立的溫度控制系統(tǒng)控制，其位置是位于籽晶桿和襯底之間，與襯底直接相連。通常的直浸潰LPE薄膜生長裝置只有一個加熱系統(tǒng)，其典型的薄膜生長過程為首先在熔體熔點溫度附近將固定在籽晶桿上的襯底(有時有過渡層)垂直進入熔體中，襯底上粘附一層熔體，將籽晶桿上提，使襯底與熔體脫離進入空氣中；然后迅速旋轉籽晶桿，使襯底上沒有成膜的熔體在旋轉作用下脫離膜表面，在這個過程中襯底(有時有過渡層)表面的熔體迅速固化形成膜；最后按照一定降溫速率將爐體降溫至室溫，取下襯底(有時有過渡層)獲得生長膜。因此這種LPE膜生長包括熔體粘附到襯底、脫離熔體的襯底旋轉和熔體在襯底上固化成膜三個過程。由于熔體與上方空氣的溫度有一定差別，通常上方空氣溫度低，后兩個過程即脫離熔體的襯底旋轉和熔體在襯底(有時有過渡層)上固化成膜同時進行，這樣產(chǎn)生的缺點是一、通常脫離熔體后襯底上粘附的熔體降溫固化過程不能控制，襯底(有時有過渡層)表面固化成膜和被吸附在襯底(有時有過渡層)上的熔體與空氣接觸的部分熔體幾乎同時降溫固化，熔體固化很快，如襯底表面接觸的熔體在襯底(有時是過渡層)作用下快速成膜；[0007]二、襯底材料底部吸附的熔體通常不是均勻分布，在襯底底部會隨機出現(xiàn)一些地方熔體聚集過多的現(xiàn)象，在熔點附近這些熔體粘度很大，加上熔體快速固化，旋轉襯底很難將襯底表面的的熔體甩平，導致積聚熔體過多的地方部分熔體則通常凝固成粉末狀。其結果是這樣生長獲得的膜表面有許多粉末點，膜表面不平整。而且膜的厚度幾乎不能夠人為控制，生長獲得的膜質量不穩(wěn)定，很難獲得較大面積的完整膜。實用新型專利“一種垂直浸潰液相外延膜生長裝置”(ZL 200720072276. 6)雖然設計了一種雙加熱系統(tǒng)的垂直浸潰液相外延薄膜生長系統(tǒng)，利用第二加熱系統(tǒng)對脫離熔體后的襯底溫度進行控制，希望能夠控制襯底上熔體外延結晶成膜的過程，獲得表面完整的薄膜。但是這種設備的第二加熱系統(tǒng)距離襯底較遠，對襯底溫度控制不是很方便，利用第二溫控系統(tǒng)控制襯底溫度實際操作困難。本實用新型提供的LPE膜生長裝置，通過控制近鄰熔體上方部分區(qū)域空氣的溫 度，使深入到熔體中的襯底提拉脫離熔體進入這部分區(qū)域后，緊貼在襯底上面的陶瓷發(fā)熱體在獨立溫度控制系統(tǒng)的控制下發(fā)熱，使襯底溫度達到熔體的熔點，襯底上吸附的熔體不會固化，而仍保持熔液狀態(tài)，在這種狀態(tài)下快速旋轉籽晶桿使襯底和被吸附的熔體快速旋轉，緊鄰襯底底部襯底吸附的熔體被受旋轉作用下，一些地方過多聚集的熔體高速旋轉作用力的作用下被甩離襯底，達到使這部分熔體脫離襯底表面的效果。同時這時襯底上吸附的熔體溫度可以人為控制，使這部分熔體的粘度可以調節(jié)，選擇合適的籽晶桿旋轉速度，就可以達到調節(jié)襯底底部吸附熔體的量的效果，當將籽晶桿上移至低溫區(qū)是襯底表面吸附的熔體在襯底(有時有過渡層)的作用下固化結晶成膜，獲得的膜的厚度就可以根據(jù)需要調節(jié)。本實用新型的有益效果本實用新型通過設置在籽晶桿和襯底之間的陶瓷發(fā)熱體，通過控制襯底的溫度，可以調節(jié)被襯底吸附的熔體的粘度，在襯底旋轉力的作用下，使襯底底部吸附的熔體表面平整，并影響被甩熔體的量，從而達到影響膜厚度的效果，保證了垂直浸潰LPE膜生長方法能夠生長組分均勻的組分復雜的膜的同時，能夠獲得生長獲得人面積厚度較均勻的高質量膜，而且通過調節(jié)熔體上方的溫度和籽晶桿旋轉速率可以調節(jié)膜的厚度，使LPE膜生長技術生長高質量薄膜成為可能。
圖I為本實用新型實施例的結構示意圖。本實用新型具體實施方式
通過下面實施例加以說明
實施例參見圖1，本實用新型的可控垂直浸潰LPE膜生長裝置，(I)鉬金籽晶桿；(2)鈮酸鉀鋰單晶襯底；(3)爐蓋，(4)硅碳棒發(fā)熱體，(5)爐膛壁，(6)鈮酸鉀鋰熔體，(7)鉬金坩堝，
(8)耐火磚，(9)保溫磚，(10)爐殼，(11)陶瓷發(fā)熱體。陶瓷發(fā)熱體(11)的特征是它受一個獨立的溫度控制系統(tǒng)控制，其位置是位于籽晶桿和襯底之間，與襯底直接相連。該陶瓷發(fā)熱體為獨立發(fā)熱體，與第一發(fā)熱體沒有關聯(lián)，可單獨作用。主發(fā)熱體和陶瓷發(fā)熱體均具有各自獨立的溫度控制系統(tǒng)。[0015]主發(fā)熱體(4)在溫控系統(tǒng)的控制下升溫到1100°C，將坩堝(7)中的鈮酸鉀鋰熔化成熔體(6)后，降溫至998°C，這是這種組分的鈮酸鉀鋰熔體的凝固溫度(也就是熔點)，恒溫半小時后，將籽晶桿(I)及綁在下面的陶瓷發(fā)熱體(11)和鈮酸鉀鋰單晶襯底(2)下降，并在獨立溫控系統(tǒng)控制下快速加熱陶瓷發(fā)熱體(11)，使襯底(2)溫度恒溫在1000°C，10分鐘后，使襯底(2)按觸到熔體￠)的上表面，半分鐘后提升籽晶桿(I)。以600轉/分鐘的轉速高速順時針旋轉籽晶桿(I)半分鐘，然后一相同轉速右旋轉籽晶桿(I)半分鐘，停止籽晶桿旋轉，并控制硅碳棒發(fā)熱體(4)和陶瓷發(fā)熱體(11)，使襯底(2)以300°C/小時速度降溫至500°C后，停止加熱降至室溫，可以獲得厚度為O. 5微米的完整鈮酸鉀鋰單晶薄膜。本實用新型通過設置陶瓷發(fā)熱體(11)，對坩堝(7)(熔體)上方的空氣溫度控制，實現(xiàn)調節(jié)被籽晶桿(I)下端襯底吸附的熔體的粘度，在襯底旋轉力的作用下，使襯底底部吸附的熔體表面平整，并影響被甩熔體的量，從而達到影響膜厚度的效果，保證了垂直浸潰LPE膜生長方法能夠生長組分均勻的組分復雜的膜。因此，本裝置可以通過控制陶瓷發(fā)熱體 的溫度和籽晶桿的轉速，很方便底控制生長獲得的薄膜的厚度。
權利要求1.一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置，其特征是包括(I)籽晶桿；(2)襯底；(3)爐蓋；(4)發(fā)熱體，其特征是它受一個獨立的溫度控制系統(tǒng)控制，其位置是位于籽晶桿和襯底之間，與襯底直接相連；(5)爐膛壁；(6)熔體；(7)坩堝；(8)耐火磚；(9)保溫磚；(10)爐殼；(11)陶瓷發(fā)熱體。
專利摘要一種厚度可控的液相外延薄膜制備裝置，包括(1)籽晶稈；(2)襯底；(3)爐蓋，(4)發(fā)熱體，(5)爐膛壁，(6)熔體，(7)坩堝，(8)耐火磚，(9)保溫磚，(10)爐殼，(11)陶瓷發(fā)熱體。陶瓷發(fā)熱體(11)的特征是它受一個獨立的溫度控制系統(tǒng)控制，其位置是位于籽晶稈和襯底之間，與襯底直接相連。發(fā)熱體(4)和陶瓷發(fā)熱體(11)均具有各自獨立的溫度控制系統(tǒng)；本實用新型通過設置陶瓷發(fā)熱體，通過控制位于陶瓷發(fā)熱體下是襯底的溫度，以調節(jié)被襯底吸附的熔體的粘度，影響熔體在籽晶稈旋轉主用下被甩熔體的量，使襯底底部吸附的熔體表面平整，并達到影響膜厚度的效果，保證垂直浸漬液相外延膜生長方法能夠生長所需要的膜。
文檔編號C30B19/10GK202610387SQ201120551449
公開日2012年12月19日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權日2011年12月13日
發(fā)明者萬尤寶, 張建新 申請人:嘉興學院