專利名稱：化學氣相淀積材料生長設(shè)備的裝樣、取樣和樣品轉(zhuǎn)移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備薄膜材料的CVD材料生長設(shè)備的襯底材料裝樣、取樣、轉(zhuǎn)移方法的優(yōu)化設(shè)計，通過全程對襯底材料采用氮氣等氣氛保護的方法實現(xiàn)襯底材料在進、出CVD材料生長設(shè)備的腔體或襯底材料在不同反應(yīng)腔體之間轉(zhuǎn)移的過程中免受大氣環(huán)境可能造成的沾污。
背景技術(shù)：
用于薄膜材料的外延生長方法包括化學氣相淀積(CVD)、電子回旋共振等離
子化學氣相淀積(ECR-MPCVD)、液相外延生長(LPE)、氣相外延生長(VPE)、分子束外延生長(MBE)等。其中CVD生長技術(shù)屬最為常用的方法之一，其特點是設(shè)備成本較低、生產(chǎn)批量大、薄膜均勻性好、易控制薄膜組分和摻雜等。
用CVD設(shè)備進行薄膜材料的生長之前，所用的襯底材料需經(jīng)過一系列化學、物理的方法處理后方可被裝進反應(yīng)腔體，這一系列的處理都必須確保襯底材料的表面清潔。在用CVD設(shè)備進行材料生長的過程中，各類反應(yīng)氣源進入反應(yīng)腔，在襯底表面附近，混合的反應(yīng)氣體分子在生長溫度下分解、再經(jīng)化學反應(yīng)實現(xiàn)原子的重新結(jié)合，從而在襯底上淀積出所需的薄膜材料。然而，某些反應(yīng)氣源在生長設(shè)備的氣源管道和反應(yīng)腔中具有明顯的記憶效應(yīng)，即生長過程中利用過此類氣源的生長裝置，不論經(jīng)過
怎樣的常規(guī)去除雜質(zhì)的處理方式，其氣路和反應(yīng)腔中始終會有該氣源的物質(zhì)殘留。因此，為了避免殘留氣源物質(zhì)對后續(xù)生長的污染，該類氣源往往需要使用獨立的氣源氣路和反應(yīng)腔體，這就需要在一個完整的材料生長過程中使襯底材料在不同反應(yīng)腔之間的轉(zhuǎn)移，只有避免在襯底材料的轉(zhuǎn)移過程中引入污染才能保證所制備的薄膜材料具有較高的質(zhì)量。
實現(xiàn)襯底材料轉(zhuǎn)移的通常方法包括手套箱、真空環(huán)境下的磁力推桿等。手套箱具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作空間大等優(yōu)點，缺點是操作要通過厚實的橡膠手套完成，
這就不可避免地限制了操作的靈活性，而維持大空間的保護氣氛也相應(yīng)地增加了所占空間和日常使用時的準備時間及使用成本。磁力推桿裝置具有操作可靠、使用成本低的優(yōu)點，其不足在于裝置及相關(guān)連接的結(jié)構(gòu)復雜、成本高、功能單一、所占空間大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種材料生長所用襯底的裝樣、取樣和樣品轉(zhuǎn)移的方法及裝置，確保在一個清潔的環(huán)境中，實現(xiàn)襯底材料的裝樣、取樣、轉(zhuǎn)移，確保材料不受外界環(huán)境的沾污。
本發(fā)明的技術(shù)方案是材料生長所用襯底的裝樣、取樣和樣品轉(zhuǎn)移的方法，在化學氣相淀積材料生長設(shè)備的反應(yīng)腔體與外界大氣之間設(shè)置一個只含單純氮氣或其它保護性氣氛的轉(zhuǎn)移腔及轉(zhuǎn)移樣品的相應(yīng)的機械裝置，襯底材料不論進、出反應(yīng)腔體或在不同反應(yīng)腔之間的轉(zhuǎn)移時，都要先通過這個轉(zhuǎn)移腔；只含單純氮氣或其它保護性氣體的轉(zhuǎn)移腔，其結(jié)構(gòu)是與外界相對封閉，只留供樣品架支撐杠升降的通孔和襯底裝樣、取樣的出入口，且在操作過程中，轉(zhuǎn)移腔及準備腔中的氣壓始終大于外界大氣壓。所述的用于進樣、取樣和轉(zhuǎn)移的機械裝置，是由動力裝置、絲杠、導軌及齒輪等構(gòu)成的牽引、傳動裝置，能夠完成轉(zhuǎn)移腔升降、平移、法蘭對接等動作的機械體系。反應(yīng)腔其實是由反應(yīng)腔及相連的準備腔二腔組成；反應(yīng)腔、轉(zhuǎn)移腔、準備腔三腔中，轉(zhuǎn)移腔在工作臺面的下部且為獨立結(jié)構(gòu)。
反應(yīng)腔、準備腔均位于工作臺面之上，其底座法蘭則固定于工作臺面，底座法蘭上供樣品架進出的出入口由位于轉(zhuǎn)移腔內(nèi)的支撐杠所牽引的接口法蘭通過升降密封，準備腔供襯底裝樣、取樣的出入口設(shè)有關(guān)閉裝置。轉(zhuǎn)移腔位于工作臺面之下、由支撐件固定于牽引平臺，轉(zhuǎn)移腔腔口與工作臺面的底面之間、底部供支撐杠升降的通孔與支撐杠之間留有間隙。升降絲桿和平移導軌等裝置位于轉(zhuǎn)移腔的下方，升降絲杠所驅(qū)動的升降平臺上安裝支撐杠、接口法蘭及樣品架。
襯底材料不論進、出反應(yīng)腔體，都要先通過這個轉(zhuǎn)移腔。
這樣就避免了大氣環(huán)境對襯底材料可能產(chǎn)生的污染。同時，在不同的反應(yīng)腔體之間，通過機械裝置，實現(xiàn)襯底材料在轉(zhuǎn)移腔與不同反應(yīng)腔之間的轉(zhuǎn)移。本發(fā)明方案的優(yōu)點是
1. 減小所占空間，為襯底材料的進樣、取樣、轉(zhuǎn)移過程提供保護氣氛，
2. 應(yīng)用必要的傳動裝置提高設(shè)備的自動化程度，提高裝、取樣品的操作靈活性。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。反應(yīng)腔l、移動腔2、接口法蘭3、底座法蘭4、準備腔2-l、樣品架5、升降絲桿6、平移裝置7、工作臺面8、支撐杠升降的通孔9、支撐件IO
具體實施例方式
1.裝樣工作臺面上方，位置為反應(yīng)腔，工作臺面下方為移動腔(轉(zhuǎn)移腔)。保持轉(zhuǎn)移腔、準備腔、反應(yīng)腔中氮氣壓強對大氣壓強處于正壓。樣品架由反應(yīng)腔進入轉(zhuǎn)移腔。平移至準備腔裝樣，后再回到反應(yīng)腔
樣品架由反應(yīng)腔進入轉(zhuǎn)移腔；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與反應(yīng)腔底座法蘭分離，通過升降和平移裝置完成轉(zhuǎn)移腔至用于裝樣、取樣的準備腔的移動；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與準備腔底座法蘭對接，樣品架進入準備腔；丌啟準備腔的樣品進出口，襯底材料由樣品進出口進入準備腔后置于樣品架，關(guān)閉準備腔進出口；襯底材料及樣品架由準備腔進入轉(zhuǎn)移腔；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與準備腔底座法蘭分離，通過升降和平移裝置完成轉(zhuǎn)移腔至反應(yīng)腔的移動；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與反應(yīng)腔底座法蘭對接，襯底材料及樣品架進入反應(yīng)腔。2.取樣保持轉(zhuǎn)移腔、準備腔、反應(yīng)腔中氮氣壓強對大氣壓強處于正壓，其后過程與裝樣過程的操作步驟相反。
襯底材料及樣品架由反應(yīng)腔進入轉(zhuǎn)移腔；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與反應(yīng)腔底座法蘭分離，通過升降和平移裝置完成轉(zhuǎn)移腔至準備腔的移動；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與準備腔底座法蘭對接，襯底材料及樣品架進入準備腔；丌啟準備腔進出口，襯底材料由樣品進出口取出，關(guān)閉準備腔進出口；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與準備腔底座法蘭分離，通過升降和平移裝置完成轉(zhuǎn)移腔至反應(yīng)腔的移動；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與反應(yīng)腔底座法蘭對接。
3.不同反應(yīng)腔之間的轉(zhuǎn)移(多只反應(yīng)腔時)保持轉(zhuǎn)移腔、準備腔、反應(yīng)腔中氮氣壓強對大氣壓強處于正壓，其后過程為取樣、裝樣過程的操作步驟相結(jié)合。
襯底材料及樣品架由反應(yīng)腔進入轉(zhuǎn)移腔；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與反應(yīng)腔底座法蘭分離，通過升降和平移裝置完成轉(zhuǎn)移腔至準備腔的移動；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與準備腔底座法蘭對接，襯底材料及樣品架進入準備腔；開啟準備腔進出口，襯底材料由樣品架移動至準備腔的樣品暫存位置，關(guān)閉準備腔進出口；轉(zhuǎn)移腔通過升降和平移裝置完成轉(zhuǎn)移腔至另一反應(yīng)腔的移動。
轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與反應(yīng)腔底座法蘭分離，通過升降和平移裝置完成轉(zhuǎn)移腔至準備腔的移動；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與準備腔底座法蘭對接；開啟準備腔進出口，襯底材料由準備腔的樣品暫存位置移動至樣品架，關(guān)閉準備腔進出口；襯底材料及樣品架自準備腔進入轉(zhuǎn)移腔；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與準備腔底座法蘭分離，通過升降裝置和平移裝置完成轉(zhuǎn)移腔至反應(yīng)腔的移動；轉(zhuǎn)移腔接口法蘭與反應(yīng)腔底座法蘭對接，襯底材料及樣品架進入反應(yīng)腔。
權(quán)利要求
1、化學氣相淀積材料生長設(shè)備的裝樣、取樣和樣品轉(zhuǎn)移的方法，其特征是在化學氣相淀積材料生長設(shè)備的反應(yīng)腔體與外界大氣之間設(shè)置一個只含單純氮氣或其它保護性氣體的轉(zhuǎn)移腔及進、取樣和轉(zhuǎn)移樣品的相應(yīng)的機械裝置，襯底材料不論進、出反應(yīng)腔體或在不同反應(yīng)腔之間的轉(zhuǎn)移時，都要先通過這個轉(zhuǎn)移腔；只含單純氮氣或其它保護性氣體的轉(zhuǎn)移腔，轉(zhuǎn)移腔結(jié)構(gòu)是與外界相對封閉，只在轉(zhuǎn)移腔腔口與工作臺面的底面之間、底部供支撐杠升降的通孔與支撐杠之間留有間隙，既保證在操作過程中轉(zhuǎn)移腔中的氣壓大于外界大氣壓、也保留氮氣或其它保護性氣體的外泄途徑；所述的進、取樣和轉(zhuǎn)移機械裝置是由升降絲杠的動力裝置、齒輪、導軌構(gòu)成的牽引、傳動裝置組成的，能夠完成轉(zhuǎn)移腔升降、平移、法蘭對接等動作的機械體系。反應(yīng)腔、轉(zhuǎn)移腔、準備腔三腔中，反應(yīng)腔和與之相連的準備腔在反應(yīng)工作臺面上部，轉(zhuǎn)移腔在工作臺面的下部且為獨立結(jié)構(gòu)；升降絲桿和平移導軌裝置位于轉(zhuǎn)移腔的下方，升降絲杠所驅(qū)動的升降平臺上安裝支撐杠、接口法蘭及樣品架。
2、 權(quán)利要求1所述的材料生長所用襯底的裝樣、取樣和轉(zhuǎn)移方法，其特征是反應(yīng)腔、準備腔均位于工作臺面之上，其底座法蘭則固定于工作臺面，底座法蘭上供樣品架進出的出入口由位于轉(zhuǎn)移腔內(nèi)的支撐杠所牽引的接口法蘭通過升降密封，準備腔供襯底裝樣、取樣的出入口設(shè)有關(guān)閉裝置。轉(zhuǎn)移腔位于工作臺面之下、由支撐件固定于牽引平臺，轉(zhuǎn)移腔腔口與工作臺面的底面之間、底部供支撐杠升降的通孔與支撐杠之間留有間隙。升降絲桿和平移導軌等裝置位于轉(zhuǎn)移腔的下方，升降絲杠所驅(qū)動的升降平臺上安裝支撐杠、接口法蘭及樣品架。
3、權(quán)利要求1所述的材料生長所用襯底的裝樣、取樣和轉(zhuǎn)移方法，其特征是反應(yīng)腔、轉(zhuǎn)移腔、準備腔三腔中，反應(yīng)腔和準備腔在反應(yīng)工作臺面上部，轉(zhuǎn)移腔在工作臺面的下部且為獨立結(jié)構(gòu)。
全文摘要
化學氣相淀積材料生長設(shè)備的裝樣、取樣和樣品轉(zhuǎn)移的方法，在化學氣相淀積材料生長設(shè)備的反應(yīng)腔體與外界大氣之間設(shè)置一個只含單純氮氣或其它保護性氣體的轉(zhuǎn)移腔及進、取樣和轉(zhuǎn)移樣品的相應(yīng)的機械裝置，襯底材料不論進、出反應(yīng)腔體或在不同反應(yīng)腔之間的轉(zhuǎn)移時，都要先通過這個轉(zhuǎn)移腔；只含單純氮氣或其它保護性氣體的轉(zhuǎn)移腔，轉(zhuǎn)移腔結(jié)構(gòu)是與外界相對封閉，只在轉(zhuǎn)移腔腔口與工作臺面的底面之間、底部供支撐杠升降的通孔與支撐杠之間留有間隙，既保證在操作過程中轉(zhuǎn)移腔中的氣壓大于外界大氣壓、也保留氮氣或其它保護性氣體的外泄途徑；升降絲桿和平移導軌裝置位于轉(zhuǎn)移腔的下方，升降絲杠所驅(qū)動的升降平臺上安裝支撐杠、接口法蘭及樣品架。
文檔編號C23C16/455GK101525742SQ20091003091
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者樂 于, 斐 俞, 修向前, 華雪梅, 軍 吳, 榮 張, 王榮華, 謝自力, 紅 趙, 鄭有炓, 平 韓 申請人:南京大學