激光化學(xué)氣相沉積裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光化學(xué)氣相沉積裝置，包括沉積腔以及設(shè)于沉積腔內(nèi)的基板座，基板座上設(shè)有基板，基板座上方設(shè)有噴頭，噴頭通過管道分別輸入載流氣和原料氣，沉積腔下部設(shè)有泵，所述的沉積腔上部設(shè)有第一光學(xué)窗口，第一光學(xué)窗口外設(shè)有用于調(diào)整激光光斑能量分布與光斑大小的光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)，光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)通過光纖連接連續(xù)激光器；本發(fā)明將連續(xù)激光引入CVD的沉積腔體，直接照射基板表面，以加快材料生長速度，連續(xù)激光由激光器射出后，經(jīng)光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)整形成具有能量超高斯分布的光斑，直接以激光用材料的生長提供能量，材料的生長速度高于傳統(tǒng)CVD技術(shù)1－4個數(shù)量級，設(shè)備結(jié)構(gòu)較之于傳統(tǒng)CVD簡單，能夠生產(chǎn)直徑大于100毫米的材料。
【專利說明】激光化學(xué)氣相沉積裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)氣相沉積【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種激光化學(xué)氣相沉積裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)氣相沉積(CVD)是一種常見的薄、厚膜制備技術(shù)，該技術(shù)一直存在兩大不足:
1、沉積速度慢，通常沉積速度僅為幾個微米每小時；2、由于常規(guī)CVD均采用焦耳傳熱為基板與原料供熱，使得靠近熱源的區(qū)域沉積速度高，遠(yuǎn)離熱源的區(qū)域沉積速度低，薄膜厚度不均勻。
[0003]CVD技術(shù)通常采用焦耳傳熱來為基板與原料供熱，造成靠近熱源的區(qū)域沉積速度高，遠(yuǎn)離熱源的區(qū)域沉積速度低，薄膜厚度不均勻；另一方面，焦耳熱對原料的分解、反應(yīng)以及成膜促進(jìn)作用有限，CVD沉積速度通常僅為幾個微米每小時。
[0004]多種激勵裝置也曾被用于提高CVD的沉積速度，如等離子輔助CVD、熱絲CVD等，但效果均不明顯；脈沖激光也曾被引入到CVD技術(shù)中(《JP2001 - 035806 MANUFACTUREOF SEMICONDUCTOR THIN FILM》、《JP2005-229013 METHOD FOR FORMING NITRIDESEMICONDUCTOR)), ((JP2003-060237 METHOD OF GROWING SEMICONDUCTOR CRYSTAL FILM))),雖然可在一定程度提高材料的沉積速度，但這類脈沖激光CVD技術(shù)僅限于個別材料、20微米左右的微區(qū)加工。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用連續(xù)激光直接參與化學(xué)氣相沉積工藝，進(jìn)行非晶、多晶以及單晶材料的制備的化學(xué)氣相沉積裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
提供一種激光化學(xué)氣相沉積裝置，包括沉積腔以及設(shè)于沉積腔內(nèi)的基板座，基板座上設(shè)有基板，基板座上方設(shè)有噴頭，噴頭通過管道輸入載流氣和原料氣，沉積腔下部設(shè)有泵，所述的沉積腔上部設(shè)有第一光學(xué)窗口，第一光學(xué)窗口外設(shè)有用于調(diào)整激光光斑能量分布與光斑大小的光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)，光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)通過光纖連接連續(xù)激光器。
[0007]其沉積腔上部還設(shè)有第二光學(xué)窗口，第二光學(xué)窗口外設(shè)有光學(xué)測溫系統(tǒng)。
[0008]接上述技術(shù)方案，本發(fā)明所述的一種激光化學(xué)氣相沉積裝置，所述的管道包括載流管和原料管，原料管上依次連接有第一閥門和第一氣體流量計，第一閥門和第一氣體流量計之間連接有盛裝液、固原料的原料罐。
[0009]接上述技術(shù)方案，本發(fā)明所述的一種激光化學(xué)氣相沉積裝置，所述的載流管上依次連接有第二閥門和第二氣體流量計。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:將連續(xù)激光引入CVD的沉積腔體，直接照射基板表面，以加快材料生長速度，連續(xù)激光由激光器射出后，經(jīng)光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)整形成具有能量超高斯分布的光斑，不再采用焦耳傳熱，直接以激光用材料的生長提供能量，材料(薄、厚膜以及晶體)的生長速度高于傳統(tǒng)CVD技術(shù)I 一 4個數(shù)量級，設(shè)備結(jié)構(gòu)較之于傳統(tǒng)CVD簡單，調(diào)整連續(xù)激光光斑即可獲得相應(yīng)尺寸的均溫區(qū)，能夠生產(chǎn)直徑大于100毫米的材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實施例激光化學(xué)氣相沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例連續(xù)激光基板表面溫度分布圖。
[0012]各附圖標(biāo)記為:21—載流氣,22 —原料氣，31—第二氣體流量計，32—第一氣體流量計，41 一第二閥丨I，42一第一閥丨1, 5一原料--!，6—光學(xué)測溫系統(tǒng)，71 一第二光學(xué)窗口，72—第一光學(xué)窗口，8一基板，9一基板座，10一栗，11 一沉積腔，12一光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)，13一噴頭，14一連續(xù)激光。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014]參照圖1、圖2所示，本發(fā)明公開了一種激光化學(xué)氣相沉積裝置，包括沉積腔11以及設(shè)于沉積腔11內(nèi)的基板座9，基板座9上設(shè)有基板8，基板座9上方設(shè)有噴頭13，噴頭13通過管道分別輸入載流氣21和原料氣22，或者同時輸入載流氣21和原料氣22。沉積腔11下部設(shè)有泵10,沉積腔11上部設(shè)有第一光學(xué)窗口 72,第一光學(xué)窗口 72外設(shè)有用于調(diào)整激光光斑能量分布與光斑大小的光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)12，光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)12通過光纖連接連續(xù)激光器，連續(xù)激光器射出的連續(xù)激光14經(jīng)光纖導(dǎo)入光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)12，所述的沉積腔11上部還設(shè)有第二光學(xué)窗口 71，第二光學(xué)窗口 71外設(shè)有光學(xué)測溫系統(tǒng)6，光學(xué)測溫系統(tǒng)6通過接收基板8表面發(fā)出的紅外線進(jìn)行溫度測量，其中基板表面溫度是重要的工藝參數(shù)。管道包括載流管和原料管，原料管上依次連接有第一閥門42和第一氣體流量計32，第一閥門42和第一氣體流量計32之間連接有盛裝液、固原料的原料罐5，所述的載流管上依次連接有第二閥門41和第二氣體流量計31，第一氣 體流量計32和第二氣體流量計31用于控制沉積腔11內(nèi)各氣體的濃度。
[0015]本裝置將連續(xù)激光引入到化學(xué)氣相沉積技術(shù)中，連續(xù)激光器射出的激光，通過光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)12使激光光斑可在Φ1 — 120_的范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整至需要的尺寸后直接照射到基板8的表面，連續(xù)激光不僅能夠為材料的生長提供熱源，而且激光的光效應(yīng)也促進(jìn)了原料的分解與材料的生長，大大優(yōu)于傳統(tǒng)焦耳熱，材料的生長速度較傳統(tǒng)CVD技術(shù)提高了I 一 4個數(shù)量級，此外，相較脈沖激光只能以超高斯分布形式傳遞，連續(xù)激光能夠通過光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)12將光斑的能量分布調(diào)整至超高斯分布，激光光斑區(qū)域內(nèi)為均溫區(qū)。
[0016]本發(fā)明裝置的材料制備技術(shù)屬于宏觀材料的非晶、多晶以及單晶的制備技術(shù)，適用于所有無機(jī)材料，突破了傳統(tǒng)CVD技術(shù)中的焦耳熱加熱模式，將連續(xù)激光引入到CVD技術(shù)中，較之其它CVD技術(shù)，大大促進(jìn)了原料的分解、反應(yīng)速率與材料的生長速率，降低了生產(chǎn)、運行成本；通過將連續(xù)激光約束成超高斯分布，獲得了較大的均溫區(qū)，傳統(tǒng)CVD如果需要獲得大于直徑20毫米的均溫區(qū)需要非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而本裝置很容易得到直徑100毫米的均溫區(qū)，較大的均溫區(qū)將能夠制備較大尺寸的材料；傳統(tǒng)CVD需要將整個設(shè)備加熱至沉積高溫，但該技術(shù)只需要以連續(xù)激 光照射基板表面，這使得生產(chǎn)能耗大大降低，設(shè)備結(jié)構(gòu)也較之傳統(tǒng)CVD簡單。
[0017]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說， 在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種激光化學(xué)氣相沉積裝置，包括沉積腔(11)以及設(shè)于沉積腔(11)內(nèi)的基板座(9),基板座(9)上設(shè)有基板(8)，基板座(9)上方設(shè)有噴頭(13)，噴頭(13)通過管道輸入載流氣和原料氣(21，22)，沉積腔(11)下部設(shè)有泵(10)，其特征在于:所述的沉積腔(11)上部設(shè)有第一光學(xué)窗口(72),第一光學(xué)窗口(72)外設(shè)有用于調(diào)整激光光斑能量分布與光斑大小的光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)(12 )，光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)(12)通過光纖連接連續(xù)激光器； 所述的沉積腔(11)上部還設(shè)有第二光學(xué)窗口(71)，第二光學(xué)窗口(71)外設(shè)有光學(xué)測溫系統(tǒng)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光化學(xué)氣相沉積裝置，其特征在于，所述的管道包括載流管和原料管，原料管上依次連接有第一閥門(42)和第一氣體流量計(32)，第一閥門 (42)和第一氣體流量計(32)之間連接有盛裝液、固原料的原料罐(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種激光化學(xué)氣相沉積裝置，其特征在于，所述的載流管上依次連接有第二閥門(41)和第二氣體流量計(31)。
【文檔編號】C23C16/48GK103668126SQ201310619782
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】涂溶, 後藤孝, 章嵩, 張聯(lián)盟 申請人:武漢理工大學(xué)