專利名稱：一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體單晶薄膜液相外延生長技術，具體指一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液大面積殘留的液相外延石墨舟，它適用于在生長剛結束的高溫下殘留母液仍呈液態(tài)，且在該狀態(tài)下需要連續(xù)的在所形成的薄膜上繼續(xù)生長多層膜的液相外延生長體系。
背景技術：
在水平滑動液相外延生長系統(tǒng)中，水平滑移石墨舟的使用十分普遍。一般使用的石墨舟由底座，底板和滑塊三部分組成。但是對于生長溫度高，母液流動性強的生長體系， 液相外延生長過程中容易發(fā)生母液大面積殘留在薄膜表面的情況，且殘留液不容易被滑塊推走，降溫后殘留母液凝固在薄膜表面，從而降低了外延薄膜的成品率和薄膜的使用面積。 對于需要生長多層膜的液相外延體系，比如需要生長緩沖層結構，或者p-n結等，如果其中任何一層有大量母液殘留的現(xiàn)象，都會影響整個材料的生長，甚至導致整個多層膜結構遭到破壞。目前已有針對母液殘留處理的幾種石墨舟的改進設計，(見一種用于碲鎘汞液相外延薄膜材料生長的帶有母液清除裝置的石墨舟[P]，專利號CN1360090A，和一種防止母液大面積殘留的液相外延石墨舟[P]，公開號CN101586252A)。但是如上幾種改良設計只針對單層薄膜生長可去除表面殘留母液，對于需要生長多層膜的液相外延體系，就無法滿足去除每一層薄膜的殘留母液的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可連續(xù)生長多層膜并可防止母液大面積殘留的液相外延石墨舟，解決多層外延薄膜生長過程中每層薄膜的母液殘留問題。本發(fā)明一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟如附圖1所示， 它包括底板1、滑塊2、外殼3、可轉動襯底托件4、轉動軸5。底板1上開有可容母液流下的梯形槽1-1、控制滑塊2自由滑動的卡槽1-2、安裝轉動軸5的圓孔1-3、表面梯形槽1-1上部開有一個“凹”字形孔1-4，梯形槽的斜邊緊貼槽壁的兩側開有兩個對稱的扇形槽1-5，夾角為60°?；瑝K2邊緣呈鋸齒狀結構，且開有多個用于放置母液的液槽2-1，每個液槽2-1 沿滑塊2滑移方向的寬度小于滑塊2鋸齒的凹處2-2沿滑移方向的距離，且從垂直滑塊2 滑移方向上看，液槽2-1位于鋸齒凹處2-2的范圍之內，保證當液槽2-1推離可轉動襯底托件4的襯底槽4-1并恰好全部位于底板1上表面上部時，可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板正好能從滑塊2鋸齒的凹處2-2翹起?；瑝K2可嵌在底板1上的卡槽1-2內?；瑝K2的每個鋸齒的凸處底部靠左的位置為半徑2mm的圓弧面2_3。底板1上加載滑塊2后可在外殼3中自由滑動。外殼3底部3-1開有母液收集槽3-4，頂部3-2開有可觀察液槽 2-1的條形槽3-5，末端設有擋板3-3。底板1在外殼3中滑動至底板1的前端與外殼3的擋板3-3接觸時，外殼3的母液收集槽3-4正好位于底板1的梯形槽1-1下部?？赊D動襯底托件4的俯視圖和側視圖分別如圖12和圖13所示，呈近半圓柱形滾輪，其中一側中部鏤空以形成兩個近1/4扁圓柱形擋板4-2，另一側4-3為實心，上部開有襯底槽4-1，可轉動襯底托件4的圓心部分開有安裝轉動軸5的圓孔4-4，右端設置一個135°的棱角4-5。底板 1的梯形槽1-1的直角邊上部設置一個45°的楔形角，可與可轉動襯底托件4的135°棱角4-5密合。轉動軸5安裝在可轉動襯底托件4的圓孔4-4和底板1上的圓孔1-3中，使可轉動襯底托件4的上表面平放時可置于底板“凹”字形孔1-4內，且其上表面與底板“凹” 字形孔1-4密合?？赊D動襯底托件4的主體部分置于底板的梯形槽1-1內，可轉動襯底托件4可繞轉動軸5自由轉動?？赊D動襯底托件4的兩個近1/4扁圓柱形擋板4-2可與底板 1的兩個扇形槽形狀契合。底板1的梯形槽1-1靠近轉動軸5的銳角棱處設置為半徑Imm 的圓弧凹面1-6，可轉動襯底托件4實心一側4-3靠近圓心處也設置為半徑Imm的1/4圓弧凸面4-6，兩者可密合。轉動軸(5)直徑1mm，底板(1)上的圓孔(1_3)和可轉動襯底托件的圓孔(4-4)直徑1.2mm，轉動軸(5)能夠在上述兩圓孔中自由轉動。生長前，石墨舟各部件的相對位置如圖1所示，滑塊2的前端將可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板 4-2壓住不讓其翹起，使可轉動襯底托件4的上表面與底板1的水平面平行。生長第一層膜時，石墨舟的各部件的相對位置如圖2所示?；瑝K推到圖2位置，滑塊2的前端仍然將可轉動襯底托件4的上表面壓至與底板1的水平面平行，液槽2-1和可轉動襯底托件4的襯底槽4-1上下對正。生長完第一層膜后，滑塊推到圖3位置，此時滑塊2鋸齒的凹處2-2移動至可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板4-2所在位置，由于可轉動襯底托件4的重心在實心4-3 —側，導致可轉動襯底托件繞轉動軸5翻轉，近1/4扁圓柱形擋板4-2翹起， 其實心部分4-3向下傾斜使高溫下呈液態(tài)的殘留母液流入外殼3的母液收集槽3-4以去除殘留的母液。生長第二層膜時，滑塊2推到如圖4所示位置，當滑塊2鋸齒凸處底部的圓弧面2-3滾過可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板4-2時，滑塊2鋸齒的凸處再次將可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板4-2壓住不讓其翹起，使可轉動襯底托件4的上表面與底板1的水平面平行。同時液槽2-1和可轉動襯底托件4的襯底槽4-1上下對正，生長第二層膜。生長完畢后可像第一層膜生長完畢后那樣向前推滑塊，使滑塊的下一個鋸齒凹處移動至可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板4-2所在位置，使擋板4-2再次翹起從而去除殘留母液。如要繼續(xù)生長，可繼續(xù)向前推動滑塊，重復以上過程，從而實現(xiàn)多層膜的生長。生長完畢后，滑塊2移動到圖5所示位置。作為一個例子，如圖1所示的石墨舟可連續(xù)生長4層膜并去除每層膜的殘留母液。也可根據(jù)需要加長滑塊、底板和外殼的長度并相應增加鋸齒的個數(shù)及液槽的個數(shù)實現(xiàn)更多層膜的生長。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明不但能夠實現(xiàn)傳統(tǒng)的水平式液相外延連續(xù)生長多層半導體單晶薄膜，而且能夠去除每層薄膜生長完畢后表面的殘留母液。具體來說，每層薄膜生長完畢后，可以通過滑塊滑動，自動控制可轉動襯底托件翻轉，去除薄膜表面殘留的母液。 母液去除后，又能通過滑塊滑動，自動控制可轉動襯底托件的復位，生長下一層薄膜。


圖1為生長前石墨舟的剖面結構示意圖。圖2為生長第一層薄膜時石墨舟的剖面結構示意圖。圖3為生長第一層薄膜完畢后去除殘留母液時石墨舟的剖面結構示意圖。圖4為生長第二層薄膜時石墨舟的剖面結構示意圖。圖5為生長完畢后石墨舟的剖面結構示意圖。
圖6為石墨舟底板的側視局部放大圖。圖7為石墨舟底板的俯視圖。圖8為石墨舟滑塊的側視圖。圖9為石墨舟滑塊的俯視圖。圖10為石墨舟外殼前端面示意圖。圖11為石墨舟外殼后端面示意圖。圖12為可翻轉襯底托件的俯視圖。圖13為可翻轉襯底托件的側視圖。圖中1_底板，1-1-可容母液流下的梯形槽，1-2-控制滑塊自由滑動的卡槽， 1-3-安裝轉動軸的圓孔，1-4-表面“凹”字形孔，1-5-兩個對稱的扇形槽，1-6-半徑Imm 的圓弧凹面；2-滑塊，2-1-多個用于放置母液的液槽，2-2-滑塊鋸齒的凹處，2-3-半徑 2mm的圓弧面，3-外殼，3-1-外殼底部，3-2-外殼頂部，3-3-外殼末端擋板，3-4-母液收集槽，3-5-可觀察液槽的條形槽，4-可轉動襯底托件，4-1-襯底槽，4-2-近1/4扁圓柱形擋板，4-3-可轉動襯底托件的實心部分，4-4-安裝轉動軸的圓孔，4-5-可轉動襯底托件右側 135°棱角，4-6-可轉動襯底托件中部半徑Imm的1/4圓弧凸面，5-轉動軸。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明進一步具體說明本發(fā)明一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟如圖1所示，它包括底板1、滑塊2、外殼3、可轉動襯底托件4、轉動軸5。底板1的側視圖和俯視圖分別如圖6和圖7所示，開有可容母液流下的梯形槽1-1、控制滑塊2自由滑動的卡槽1-2、安裝轉動軸5的圓孔1-3、表面梯形槽1-1上部開有一個“凹”字形孔1-4，梯形槽的斜邊緊貼槽壁的兩側開有兩個對稱的扇形槽1-5，夾角為60°。滑塊2的側視圖和仰視圖分別如圖8和圖9所示，其邊緣呈鋸齒狀結構，且開有多個用于放置母液的液槽2-1，滑塊2可嵌在底板1 上的卡槽1-2內?；瑝K2的每個鋸齒的凸處底部靠左的位置為半徑2mm的圓弧面2-3。底板1上加載滑塊2后可放入外殼3中，且滑塊2在底板1上可自由滑動；外殼3的前端面和后端面示意圖分別如圖10和圖11所示，底部3-1開有母液收集槽3-4，頂部3-2開有可觀察液槽2-1的條形槽3-5，末端設有擋板3-3。可轉動襯底托件4的俯視圖和側視圖分別如圖12和圖13所示，呈近半圓柱形滾輪，其中一側中部鏤空以形成兩個近1/4扁圓柱形擋板 4-2，另一側4-3為實心，上部開有襯底槽4-1，圓心部分開有安裝轉動軸5的圓孔4-4。轉動軸5插入可轉動襯底托件4的圓孔4-4和底板1上的圓孔1-3中，將可轉動襯底托件4和底板1連接起來，使可轉動襯底托件4的上表面平放時可置于底板“凹”字形孔1-4內，可轉動襯底托件4的主體部分置于底板的梯形槽1-1內，可轉動襯底托件4可繞轉動軸5自由轉動。本發(fā)明的關鍵尺寸要求(1)底板1上表面的“凹”字形孔1-4的形狀與可轉動襯底托件4的上表面形狀相吻合。(2)滑塊2邊緣的鋸齒狀結構凹處和凸處等間距，均為12mm，如圖8所示，每個液槽2-1寬度9mm，長度11mm，從垂直滑塊2滑移方向上看，液槽2-1位于鋸齒凹處2-2的范圍之內，且其Ilmm邊與凹處前端的垂直距離為2mm，如圖9所示。(3)底板1加載滑塊2后的高度與外殼3內腔的高度相吻合，且當?shù)装?前端推至與外殼3底部擋板3-3相接觸時，梯形槽1-1正好處于外殼3的母液收集槽3-4上方。(4)外殼3內腔的寬度與底板1的寬度相吻合。(5)外殼3上方的條形槽3-5的寬度11. Imm,當?shù)装?加載滑塊2位于外殼3中時，正好可通過條形槽3-5觀察到每個液槽2-1的全貌。(6)可轉動襯底托件4的半徑為12mm，近1/4圓柱形擋板4-2臂長11mm，襯底槽 4-1的長寬略小于液槽2-1的長寬，各小0. 5mm為宜。(7)可轉動襯底托件右端設置一個135°的棱角4-5，底板1的梯形槽1_1的直角邊上部設置一個45°的楔形角，可與可轉動襯底托件4的135°棱角4-5密合。(8)底板1的梯形槽1-1靠近轉動軸5的銳角棱處設置為半徑Imm的圓弧凹面 1-6，可轉動襯底托件4實心一側4-3靠近圓心處也設置為半徑Imm的1/4圓弧凸面4_6，兩
者可密合。(9)可轉動襯底托件4的兩個近1/4扁圓柱形擋板4-2可與底板1的兩個扇形槽 1-5形狀契合。(10)轉動軸5直徑1mm，底板1上的圓孔1-3和可轉動襯底托件4的圓孔4-4直徑1. 2mm，轉動軸5能夠在上述兩圓孔中自由轉動。針對連續(xù)生長多層膜的情況，本發(fā)明的使用步驟為(1)將多個原料依次放進滑塊2的幾個母液槽2-1中，將襯底放在襯底槽4-1中， 將滑塊2放入底板的卡槽1-2內，使可轉動襯底托件上表面保持水平。(2)將加載了滑塊2的底板1放入外殼3中并推到底，使底板1的低端與外殼3的底端擋板3-3接觸，把整個石墨舟放進石英管，各部件相對位置如圖1所示。抽真空后，通入氫氣，開始加熱升溫。到達高于生長溫度約30攝氏度時，保持該溫度溫3-5小時使溶液均勻一致。(3)按一定速率降溫，當?shù)竭_第一層膜生長溫度Tgl時，把滑塊2推到如圖2所示位置，滑塊2的前端仍然將可轉動襯底托件4的上表面壓至與底板1的水平面平行，液槽2-1 和可轉動襯底托件4的襯底槽4-1上下對正。母液與襯底充分接觸，開始生長第一層膜。(4)生長完第一層膜后，將滑塊推到圖3位置，此時滑塊2鋸齒的凹處2-2移動至可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板4-2所在位置，使可轉動襯底托件繞轉動軸5翻轉，近1/4扁圓柱形擋板4-2翹起，其實心部分4-3向下傾斜使襯底上高溫下呈液態(tài)的殘留母液流入外殼3的母液收集槽3-4以去除殘留的母液。(5)當溫度降至第二層膜生長溫度Tg2時，將滑塊2推到如圖4所示位置，當滑塊 2鋸齒凸處底部的圓弧面2-3滾過可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板4-2時，滑塊2 鋸齒的凸處再次將可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板4-2壓住不讓其翹起，使可轉動襯底托件4的上表面與底板1的水平面平行。同時液槽2-1和可轉動襯底托件4的襯底槽4-1上下對正，母液與襯底充分接觸，開始生長第二層膜。(6)第二層膜生長完畢后，繼續(xù)向前推滑塊，使滑塊的下一個鋸齒凹處移動至可轉動襯底托件4的近1/4扁圓柱形擋板4-2所在位置，使擋板4-2再次翹起從而去除殘留母液。
(7)若要繼續(xù)生長，可重復步驟(3)和(4)若干次，可最多生長薄膜的層數(shù)與滑塊 2的液槽數(shù)目相等。(8)生長完畢后，將滑塊2推到圖5所示位置。若生長薄膜的層數(shù)小于滑塊2的液槽數(shù)目，也可在生長完畢后直接將滑塊推到圖5所示位置或者使擋板4-2處于翹起狀態(tài)以結束生長。
權利要求
1.一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟，包括底板(1)、滑塊 (2)、外殼(3)、可轉動襯底托件(4)、轉動軸(5)，其特征在于，底板(1)上開有可容母液流下的梯形槽(1-1)、控制滑塊(2)自由滑動的卡槽(1-2)、安裝轉動軸(5)的圓孔(1-3)、底板(1)的上表面梯形槽(1-1)的上部安裝可轉動襯底托件(4)的“凹”字形孔(1-4)；滑塊 (2)邊緣呈鋸齒狀結構，且開有多個用于放置母液的液槽(2-1)，滑塊(2)可嵌在底板(1) 上的卡槽(1-2)內；底板(1)上加載滑塊(2)后可在外殼(3)中自由滑動；外殼(3)底部 (3-1)開有母液收集槽(3-4)，頂部(3-2)開有可觀察液槽(2-1)的條形槽(3_5)，末端設有擋板(3-3)；可轉動襯底托件(4)呈近半圓柱形滾輪，其中一側中部鏤空以形成兩個近1/4 扁圓柱形擋板(4-2)，另一側(4-3)為實心，上部開有襯底槽(4-1)，圓心部分開有安裝轉動軸(5)的圓孔(4-4)，右端設置一個135°的棱角(4-5)；轉動軸(5)安裝在可轉動襯底托件⑷的圓孔(4-4)和底板⑴上的圓孔(1-3)中，使可轉動襯底托件⑷的上表面處于水平狀態(tài)時，可置于底板“凹”字形孔(1-4)內，且其上表面與底板“凹”字形孔(1-4)密合； 可轉動襯底托件(4)的主體部分置于底板的梯形槽(1-1)內，可繞轉動軸(5)自由轉動。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟， 其特征在于所述滑塊(2)的每個液槽(2-1)沿滑塊(2)滑移方向的寬度小于滑塊(2)鋸齒的凹處(2-2)沿滑移方向的寬度，且從垂直滑塊(2)滑移方向上看，液槽(2-1)位于鋸齒凹處(2-2)的范圍之內，保證當液槽(2-1)推離可轉動襯底托件(4)的襯底槽(4-1)并恰好全部位于底板(1)上表面上部時，可轉動襯底托件(4)的近1/4扁圓柱形擋板正好能從滑塊(2)鋸齒的凹處(2-2)翹起。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟， 其特征在于所述滑塊(2)的每個鋸齒的凸處底部靠左的位置為半徑2mm的圓弧面(2_3)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟， 其特征在于所述底板(1)的梯形槽(1-1)的梯形邊處平行于滑塊(2)的滑移方向緊貼梯形槽壁的兩側開有兩個對稱的扇形槽(1-5)，夾角為60°，可與可轉動襯底托件(4)的圓柱形擋板(4-2)的形狀契合。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟， 其特征在于所述底板(1)在外殼(3)中滑動至底板(1)的前端與外殼(3)的擋板(3-3) 接觸時，外殼(3)的母液收集槽(3-4)正好位于底板(1)的梯形槽(1-1)下部。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟， 其特征在于所述底板(1)的梯形槽(1-1)的直角邊上部設置一個45°的楔形角，可與可轉動襯底托件(4)的135°棱角密合。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟， 其特征在于所述底板(1)的梯形槽(1-1)靠近轉動軸(5)的銳角棱處設置為半徑Imm的圓弧凹面(1-6)，可轉動襯底托件(4)實心一側(4-3)靠近圓心處也設置為半徑Imm的1/4 圓弧凸面(4-6)，兩者可密合。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種可連續(xù)生長多層膜的防止母液殘留的液相外延石墨舟， 其特征在于所述轉動軸(5)直徑1mm，底板(1)上的圓孔(1_3)和可轉動襯底托件(4)的圓孔(4-4)直徑1. 2mm，轉動軸(5)能夠在上述兩圓孔中自由轉動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可連續(xù)生長多層膜并對每層膜均可防止母液殘留的液相外延石墨舟，該石墨舟主要包括底板、滑塊、外殼、可轉動襯底托件、轉動軸。其特點是，滑塊在底板上滑動過程中可自動控制可轉動襯底托件的翻轉與復位，從而能夠在生長下一層薄膜之前，將生長上一層薄膜時殘留的母液及時排除，防止母液殘留而影響下一層膜的生長，提高多層膜樣品的成品率的同時增大薄膜可用面積。
文檔編號C30B19/06GK102383190SQ201110355330
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者呂英飛, 孫常鴻, 戴寧, 王奇?zhèn)? 胡淑紅, 鄧惠勇, 邱鋒, 郭建華 申請人:中國科學院上海技術物理研究所