Источник молекулярных пучков

 

Изобретение относится к тонкопленочной технологии, может быть использовано в микроэлектронике и обеспечивает повышение надежности работы источника и улучшение качества выращиваемых пленок за счет более эффективного охлаждения и уменьшения поверхности нагрева. Источник содержит тигель, установленный коаксиально нагреватель и два цилиндрических экрана. Экраны соединены герметично, а полость между ними соединена с патрубком для ввода хладагента. Между экранами по спирали размещены трубки, концы которых с одной стороны выполнены открытыми, а с другой соединены с коллектором для отвода хладагента . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) С 30 В 23/08

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4713734/26 (22) 04.07.89 (46) 15.01.92. Бюл. N 2 (71) Научно-техническое объединение

АН СССР (72) С. M. Войтенко, С. Л, Заславский и Ю. 3. Санфиров (53) 621.315,592(088.8) (56) Установка V 80Н. Проспект фирмы "VGSemlcon", Великобритания, 1987, (54) ИСТОЧНИК МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПУЧКОВ (57) Изобретение относится к тонкопленочной технологии, может быть использовано в

Изобретение относится к тонкопленочной технологии, молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ), и может быть использовано в научных исследованиях, связанных с разработкой новых материалов и технологий для микроэлектроники.

Источник молекулярных пучков (ИМП) является одним из основных узлов установки молекулярно-пучковой эпитаксии. Из него происходит эффузия требуемого вещества для получения полупроводниковых пленок, Качество получаемых полупроводниковых пленок во многом определяется концентрацией неконтролируемых примесей, испускаемых как самим источником, так и под его воздействием. Одним из путей, снижающим уровень этой концентрации является снижение мощности, потребляемой ИМП, что в существенной мере определяется степенью термоизоляции ИМП. Термоиэоляция ИМП необходима еще и потому, что конструктивно ИМП проходит через криопанель, окружающую ростовой обьем, „„5U„„1 705426 А1 микроэлектронике и обеспечивает повышение надежности работы источника и улучшение качества выращиваемых пленок за счет более эффективного охлаждения и уменьшения поверхности нагрева. Источник содержит тигель, установленный коаксиально нагреватель и два цилиндрических экрана.

Экраны соединены герметично, а полость между ними соединена с патрубком для ввода хладагента, Между экранами по спирали размещены трубки, концы которых с одной стороны выполнены открытыми, а с другой соединены с коллектором для отвода хладагента. 2 ил.

Ближайшим из известных является источник молекулярных пучков для установок молекулярно-пучковой эпитаксии, содержащий тигель из пиролитического нитрида бора, нагреватель и систему термоизоляции с охлаждаемым экраном. В указанной конструкции в качестве хладагента используется вода, которая циркулирует по бифилярной трубке, навитой в виде спирали и размещенной между двумя металлическими цилиндрами. Введение жидкостноохлаждаемого экрана (помимо танталовых) момент является наиболее эффективным способом экранирования.

Однако в известной конструкции площадь касания трубкой, охлаждаемой водой, внутреннего цилиндра очень мала, поэтому для достаточно эффективного охлаждения необходимо увеличивать поток проходящей воды, учитывая малое сечение трубки, повышать давление воды в ней (порядка 5 атм).

Использование такого давления накладывает жесткие требования на саму трубку (проч1705426 ность, непроницаемость для молекул воды).

Кроме того, длина трубки лежит в пределах 6-10 м в зависимости от объема источника, что создает технологические сложности при ее изготовлении (сварка трубок для получения нужной длины), и формирование в виде биспирали, Пространство между двумя цилиндрами, где размещена трубка, является вакуумным "карманом", который служит источником неконтролируемых примесей.

Цель изобретения — повышение надежности работы источника и улучшение качества выращиваемых пленок за счет более эффективного охлаждения и уменьшения поверхности нагрева.

Укаэанная цель достигается тем, что в известном ИМП, содержащем тигель иэ пиролитического нитрида бора, нагреватель и два цилиндрических теплоизолирующих экрана, в пространстве между которыми расположены по спирали трубки для хладагента, теплоизолирующие экраны с одной стороны герметично соединены между собой, а с другой стороны приварены к цоколю, внутри которого находится коллектор для вывода хладагента, при этом концы трубок со стороны соединения экранов между собой открыты, а с другой стороны соединены с коллектором, Таким образом, в охлаждаемый экран вместо одной бифилярной трубки вводится несколько спирально-изогнутых трубок, размещенных между двумя металлическими цилиндрами, при этом пространство между этими цилиндрами является герметичным по отношению к наружному пространству. Трубки размещаются между этими цилиндрами и с одной стороны входят в цоколь, обрываясь в выходном коллекторе, который размещен внутри цоколя.

Противоположные концы трубок являются открытыми и оканчиваются вблизи соединения экранов между собой. Кроме этого, в цоколе имеется патрубок для ввода хладагента. В предлагаемой конструкции хладагент циркулирует по всему пространству. заключенному между двумя металлическими цилиндрами (как в пространстве между трубками, так и по трубкам), полностью омывая всю поверхность внутреннего цилиндра, на который падает тепловой поток от нагревателя, Предлагаемая конструкция позволяет увеличить поверхность, охлаждаемчю хладагентом; уменьшить плотность потс".а тепловой энергии на поверхность криопанели, окружающей ростовой обьем, что улучшит качество выращиваемых пленок; снизить требования к вакуумной плотности трубок;

55 сократить длину трубки более, чем в 6 раз: устранить вакуумный карман; уменьшить общую поверхность в вакууме.

Иа фиг, 1 представлен источник, поперечное сечение; на фиг, 2 — аксонометрическое изображение, Источник содержит тигель 1 иэ пиролитического нитрида бора, вокруг которого коаксиально установлены нагреватель 2.

Тигель 1 и нагреватель 2 окружены системой тантатовых экранов 3, Все это вместе в свою очередь окружено охлаждаемым экраном 4, внутри которого размещают по спирали трубки 5 (на фиг. 1 показана только одна. попавшая в плоскость сечения), В нижней части охлаждаемого экрана 4 имеется внутренняя полость А, служащая для равномерного распределения хладагента по периметру экрана. Поступая через входной патрубок 6 хладагент поднимается. заполняя весь внутренний объем и дальше через открытые концы трубок 5 вытекает иэ охлаждаемого экрана 4 (направление течения хладагента показано стрелками). Экран

4 выполнен в виде металлических цилиндров 7 и 8, присоединенных с одного торца к цоколю 9. а с другого — соединяются между собой. В пространстве между цилиндрами 7 и 8 размещены трубки 5. С одной стороны трубки 5 соединены с цоколем 9, так, что открытые концы находятся в полости Б, являющейся выходным коллектором, Патрубок 6 для ввода хладагента проходит насквозь через цоколь и оканчивается в пространстве А в нижне части между цилиндрами 7 и 8, Пространство А служит для равномерного распределения поступающего хладагента по окружности охлаждаемого экрана 4, Источник работает следующим образом.

В тигель 1 загружается требуемое вещество и ИМП размещается в ростовой камере установки молекулярно-пучковой эпитаксии (не показана). Тигель 1 нагревается до требуемой температуры нагревателем 2. Поток тепла, проходящий через танталовые экраны 3, поглощается охлаждаемым экраном 4, Хладагент поступает по патрубку 6 в пространство А, поднимается в пространстве между цилиндрами 7, 8 и трубками 5 и, омывая нагреваемую поверхность цилиндра 8, нагревается. Нагретый хладагент поступает в полость 6 через открытые концы трубок 6 в верхней части охлаждаемого экрана 4 и выходит оттуда наружу через выходной патрубок 10.

Сечение патрубка 6, суммарное сечение трубок 5 и сечение выходного патрубка 10 подбираются таким образом, чтобы в систе17т425

55 ме су цествовал постоянный "подпор" хладагента, Расчет показывает, - o охлаждения источника, выделяющего мощносчь

300 Вт, вполне достаточно перепада давления на входе и выходе не более 05 атм. при этом протекающая вода нагреваетсч не более, чем на 10 С.

При использовании предлагаемои конструкции повышается надежность работь!

ИМП, так как для подачи хладаге!и а используется низкое давление (не более 0,5 а. м), и применяются трубки без сварных швов (п. оценке длина трубок порядка 1 м). В предлагаемой конструкции источника, охлаждаемой непосредственно оказываегся вся поверхность внутреннего и внешнего цилиндров. Если принять, что касание трубки с внутренним цилиндром у прототипа происходит по линии толщиной 1 мм (на самом деле гораздо меньше), о тогда при плотной упаковке биспиральной трубки у прототипа площадь, охлаждаемая непосредс;венно хладагентг!м в изобретении оказывается в d раз больше, чем у прототипа (где d - диаметр трубки, выраженный в мм). Кроме этого, поверхность на которую падает поток энергии от нагревателя, отдалена от хчадагента только толщиной внутреннего цил!!ндра, а у прототипа - толщиной внутреннего цилиндра плюс толи иной стенки трубки т.е. коэффициент теплог!ередачи у предлагаемого источника не менее, чем в 2 раза больше, Указаннь обстоятельсгва приводят к резкому возрастание эффективности теплосьема (не менее, чем в 2 d раза). т.е. отпадает необходимость в применении вь!сокого давления для подачи хладагента.

Резкое возраст .íèå эффективности теплосьема позволяет использовàTb в Kä÷åctree материала для ме-аллических цилиндров не тантал, а значительно более дешеьую нержавеющую сталь без ухудшения вакуум— ных условий.

Использование охлаждаемого экрана резко снижает тепловую нагрчзк> на криопанель ростовой камеры МПЭ,;то приведет к значительному сокращению потребления жидкого азота (по оценке в 10 раэ) на установке МПЭ.

Величина концентрации так называемой фоновой примеси полупроводниковых структур, получаемых с помощью МПЭ. определяет параметры приборов, изготавливаемых из этих структур. Так, например, снижение этой величины с 10 см до

5

lA

У5

-,1

10 см, достигнутое в последнее время, позволило увеличить верхний предел рабочих частот НЕMT-транзисторов 10-100 ГГц.

Источниками фоновой примеси могут служить как примеси уже находящиеся в испаряемом веществе, так и примеси, содержащиеся в атмосфере остаточных газов.

Величина эта является неконтролируемой и зависит от многих факторов, в т,ч. от следующих причин; наличия труднооткачиваемых объемов, так называемых вакуумных "карманов"; материалов, из которых изготовлены детали ростового объема установки

МПЭ; температуры, при которой находятся детали и узлы ростового объема, Детали ИМП в процессе режима роста нагреваются до высоких температур (до

1500 K). Поэтому применение охлаждаемого экрана, герметичного по отношению к ростовому объему, исключает наличие одного из источников неконтролируемых примесей ввиду отсутствия вакуумного "кармана".

Вследствие того, что в предлагаемом решении по крайней мере в d раз увеличивается поверхность, омываемая хладагентом. температура этой поверхности уменьшается, а значит, десорбация атомов и молекул с этой поверхности будет меньше. что также приведет к снижению общей концентрации фоновой примеси и, как следствие, к возможности создания полупроводниковых структур с большей подвижностью носителей. а значит, рассчитанных на использование больших рабочих частот (в ы ше 10 ГГц).

Формула изобретения

Источник молекулярных пучков для установок молекулярно-лучевой эпитаксии, содержащий тигель из пиролитического нитрида бора, установленные коаксиально ему нагреватель и два экрана с размещенными между ними по спирали трубками для хладагента, о т и и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы источника и улучшения качества выращиваемых пленок за счет более эффективного охлаждения и уменьшения поверхности нагрева, экраны герметично соединены между собой с образованием полости, к которой присоединен патрубок для ввода хладагента,и снабжены коллектором для вывода хладагента, концы трубок с одной стороны соединены с этим коллектором, а с другой стороны выполнены открытыми.

1705426

1705425

Составитель Ю. Санфиров

Техред М.Моргентал Корректор M. Кучерявая

Редактор М. Товтин

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 17Ф Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Источник молекулярных пучков Источник молекулярных пучков Источник молекулярных пучков Источник молекулярных пучков Источник молекулярных пучков 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к техноло ии полупроводниковых материалов, в частно сти к технологии выращивания многокомпонентных тонкопленочных структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии в соер вы соком вакууме

Изобретение относится к получению тонких пленок методом молекулярно-лучевой эпитаксии

Изобретение относится к технике нанесения эпитаксиальных слоев полупроводниковых соединений и обеспечивает повышение производительности и качества выращиваемых структур

Изобретение относится к технологии получения интегральных микросхем и обеспечивает упрощение устройства и регулирование угла наклона

Изобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано в технологии получения тонкопленочных многослойных покрытий

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых соединений типа А3N и может быть использовано при изготовлении эпитаксиальных структур различного назначения

Изобретение относится к полупроводниковой области техники и может быть использовано в молекулярно-лучевой эпитаксии для снижения плотности дефектов в эпитаксиальных структурах

Изобретение относится к оборудованию для производства элементов полупроводниковой техники и, в частности, предназначено для создания полупроводниковых соединений азота с металлами группы A3
Изобретение относится к отжигу алмаза, а именно к отжигу монокристаллического CVD-алмаза

Изобретение относится к усовершенствованному тиглю из нитрида бора и способу его получения

Изобретение относится к оборудованию для получения материалов и многослойных структур полупроводниковых соединений

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может найти применение при создании приборов оптоэлектроники и нелинейной оптики, в частности для полупроводниковых лазеров и преобразователей частоты
Наверх