低温蒸发源的研发

发布时间：2020-03-25 10:10

【摘要】：分子束外延成膜是新材料开发的先进技术之一,推动了以微结构材料为基础的半导体器件的发展,扩展了半导体科学的领域,广泛应用到金属,绝缘体和超导材料的生长中,在基础研究和工业生产上发挥了巨大的作用。超高真空、样品衬底温控和蒸发源性能是该技术的核心。在超导材料和半导体结构的薄膜生长过程中,蒸发源作为主要蒸发装置,可蒸镀多种金属。要求蒸发源完全符合超高真空设计标准,以保证薄膜成分的精确控制;要求蒸发源可实现高温加热,从而对多种金属进行蒸发;要求蒸发源温度精确可控,以实现薄膜的稳定生长和单原子层的控制。目前我国对低温蒸发源的研究还停留在探索阶段,技术还未系统化,国内所用低温蒸发源大量来源于国外。为此,本文在综合国际上蒸发源的结构特征与优点的基础上,研发制作了可用于蒸镀碱金属,高蒸气压金属,有机物的低温蒸发源。本文首先结合低温蒸发源的理论分析与结构要求,确定了由蒸发装置、加热装置、冷却装置、测温装置和连接装置五部分构成的低温蒸发源的总体设计方案。根据低温蒸发源使用时真空环境要求,分析了各部分零件材料选择。然后建立了低温蒸发源蒸发装置和冷却装置的初始模型,利用ANSYS仿真软件中的Mutiphysics模块,通过控制有无冷却水罩和屏蔽罩,在不同的条件下分析坩埚内部温度变化,以此验证冷却水对坩埚的降温作用。根据所需真空系统使用要求,搭建了小型真空系统实验平台对所设计的低温蒸发源进行性能测试。测试结果得出:该蒸发源束流稳定,成膜均匀,蒸发温度在80～1000℃之间连续可调,温度精确度1℃,能够在较短的时间内达到热稳定,并满足分子束外延蒸发源的各项指标要求。该低温蒸发源的成功研发,为我国真空设备领域积累了一定设计技术经验,对推动我国蒸发源产业的自主创新具有重要意义。
【图文】：

镀膜方法,原材,分子束外延技术,薄膜材料

化学方法在待镀材料表面涂覆一层特定性能的薄膜，使固体表面具有特定性能，如耐磨逡逑损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘等［２］。常见的镀膜方法如下逡逑图１．１所示，因物理成膜方法不会改变物质的内部结构，被人们广泛使用。逡逑ｒ逦电阻加热蒸发逡逑电子束轰击加热蒸发逡逑，，逦物理方法ＰＶＤ逦＼逦脉冲激光加热蒸发逡逑＿逦磁控溅射逡逑镀逦逦逡逑膜邋ｊ逦Ｌ逦分子束外延逡逑技］逦逦逦逦逡逑术逦逦逡逑「逦热邋ＣＶＤ逡逑化学方法ＣＶＤ逦＼逦等离子增强ＣＶＤ逡逑有机金属ＣＶＤ逡逑图１．１常用镀膜方法逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｏｍｍｏｎ邋ｃｏａｔｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑分子束外延技术是制备薄膜材料的主要方法之一，在高真空状态下，将待镀原材放逡逑置蒸发容器内，待镀原材被加热蒸发形成原子或分子束，入射到被加热的清洁的衬底上逡逑而沉积生成薄膜［３］。分子束外延过程可以直接监控分子束的强度，种类以及量的变化，逡逑１逡逑

分子束外延

分子束外延系统中的超高真空（ｌ0＇８Ｐａ）环境，腔室中几乎没有杂质气体，能保证源分逡逑子和原子顺利的沉积到衬底表面，实现清洁镀膜。分子束外延生长将经历以下过程，如逡逑图１．３所示。逡逑（１）
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304.05

【参考文献】