一种三状态分子束外延用束源炉快门

技术领域

本发明涉及半导体设备，尤其涉及一种三状态分子束外延用束源炉快门。

背景技术

分子束外延(MBE)是在超高真空环境下，把构成晶体各组分和掺杂的原子或分子，以一定的热运动速度、按一定的成分比例从束源炉中喷射到衬底表面上进行外延生长来制备单晶薄膜的一种方法。

其中束源炉和束源炉快门是分子束外延设备的重要组成部分，束源炉通过加热坩埚中的源料来获得稳定可控的蒸发束流，每一个束源炉配备有独立的束源炉快门，束源炉快门通过放行或遮挡来实现对蒸发束流的开关控制。现有技术中的束源炉快门主要分为两种形式：线性运动快门与旋转运动快门，都只具备束流开启和束流关断两种状态。

冷屏也是分子束外延设备的重要组成部分之一，冷屏一般采用液氮来冷却，工作温度在77K左右：一是用于吸附未参与外延生长的多余的原子或分子，提高腔内真空度；二是用于吸收来自束源炉加热器和样品架加热器的多余的热量辐射，减少腔内热负荷。然而，分子束外延设备在长时间工艺运行后，冷屏内壁上吸附的材料不断累积、逐渐变厚，最终形成极易脱落的材料碎片，这些材料碎片一旦掉落入下方束源炉中，将交叉污染束源炉内源料，影响外延薄膜质量，也导致蒸发束流不可控，影响后续工艺的稳定性和重复性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以保护束源炉内源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性的三状态分子束外延用束源炉快门。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种三状态分子束外延用束源炉快门，具备三种状态——束流开启状态、束流关断状态、束源炉保护状态；快门处于束流开启状态时，快门叶片完全避开束流蒸发路径；快门处于束流关断状态时，快门叶片完全挡住束流蒸发路径；快门处于束源炉保护状态时，快门叶片位于束源炉的炉口上方，阻挡冷屏内壁上吸附的材料碎片掉落入束源炉中。

作为上述技术方案的进一步改进：所述快门包括位于真空腔室内的快门叶片、用于带动快门叶片上下摆动和线性伸缩的快门杆、以及用于安装快门杆的快门法兰。

作为上述技术方案的进一步改进：所述快门杆一端位于真空腔室内，快门杆另一端位于真空腔室外并连接有驱动装置。

作为上述技术方案的进一步改进：所述驱动装置通过波纹管实现真空动密封。

作为上述技术方案的进一步改进：所述快门叶片采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成，所述快门杆采用耐高温金属材料或陶瓷材料制成。

作为上述技术方案的进一步改进：所述快门叶片与所述快门杆固定连接，所述快门叶片与所述快门杆之间的夹角为60°至150°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的三状态分子束外延用束源炉快门，在具备束流开启与束流关断两种状态的基础上，新增第三种束源炉保护状态，处于束源炉保护状态的快门可以有效阻挡冷屏内壁上吸附的材料碎片掉落入束源炉中，以解决现有技术中束源炉内源料易污染、外延薄膜质量差、蒸发束流的稳定性和重复性差等问题，降低设备维护时间，提高设备生产效率。

附图说明

图1是本发明三状态分子束外延用束源炉快门的侧视结构示意图。

图2是本发明三状态分子束外延用束源炉快门处于束流关断状态时的俯视结构示意图。

图中各标号表示：1、真空腔室；21、快门法兰；22、快门杆；23、快门叶片；3、束源炉；31、束源炉法兰；32、坩埚；4、束流蒸发路径；5、冷屏；6、样品架；7、衬底。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图2示出了本发明三状态分子束外延用束源炉快门的一种实施例，本实施例的三状态分子束外延用束源炉快门，包括位于真空腔室1内的快门叶片23、用于带动快门叶片23上下摆动和线性伸缩的快门杆22、以及用于安装快门杆22的快门法兰21。其中，快门叶片23可为圆形、椭圆形、水滴形、方形、菱形、多边形等适合形状。

该三状态分子束外延用束源炉快门，快门叶片23可由快门杆22带动摆动以及伸缩运动，当快门叶片23完全避开束流蒸发路径4时(如图1中所示位置①)，即处于束流开启状态，当快门叶片23完全挡住束流蒸发路径4时(如图1中所示位置②)，即处于束流关断状态。此外，快门叶片23可进一步运动至束源炉3的炉口上方(如图1中所示位置③)，即处于束源炉3保护状态，此时快门叶片23可以阻挡冷屏5内壁上吸附的材料碎片掉落入束源炉3中，保护束源炉3内源料不受材料碎片污染，优化外延薄膜质量，同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性，降低设备维护时间，提高设备生产效率。

进一步地，本实施例中，快门杆22一端位于真空腔室1内，快门杆22另一端位于真空腔室1外并连接有驱动装置(图中未示出，例如可以是气动、电动、手动等方式)。

作为优选的技术方案，驱动装置通过波纹管(图中未示出)实现真空动密封。

作为优选的技术方案，快门叶片23采用耐高温金属材料(例如钽、钼等)或陶瓷材料(例如Al

作为优选的技术方案，快门叶片23与快门杆22固定连接，快门叶片23与快门杆22之间的夹角为60°至150°(或为其他合适角度)，保证快门叶片23在位置③时能够有效阻挡冷屏5内壁上吸附的材料碎片掉落入束源炉3中，在位置②时能够有效遮挡住束流蒸发路径4且在位置①时能够有效避让开束流蒸发路径4。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。