устройство для получения тонких пленок нитридных соединений

Формула изобретения

1. Устройство для получения тонких пленок нитридных соединений, включающее основание, тоководы, графитовый нагреватель, держатели подложки, термопару, теплоизолятор с экраном, токопроводящие шины, кожух, отличающееся тем, что на основании под графитовым нагревателем установлено приспособление для создания ламинарного потока реакционного газа, содержащее металлический корпус, в котором установлен теплоизолированный баллон с трубкой для подачи газа, причем в баллоне, теплоизоляторе и экране выполнены совпадающие между собой щели, а трубка для подачи газа размещена концентрично внутри баллона и снабжена рядом отверстий выхода газа.

2. Устройство для получения тонких пленок нитридных соединений по п.1, отличающееся тем, что диаметр последующего отверстия в трубке для подачи газа выполнен больше диаметра предыдущего отверстия таким образом, чтобы площадь внутреннего сечения трубки равнялась суммарной площади сечений отверстий выхода газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для получения многослойных структур для микро-, нано- и оптоэлектроники ионно-плазменным методом.

Из теории известно, что при синтезе тонких пленок соединений типа A1N, GaN, GaAsN ионно-плазменными методами очень важно расщепление молекулярного азота N₂, т.к. молекулярный азот при температурах синтеза 1000-1600К химически не активен. Это подтверждено и в описании метода плазмохимического осаждения пленок нитридов (Кузнецов Г.Д., Кутхов А.Р., Билалов Б.А. Элионная технология в микро- и наноиндустрии» Курс лекций, Москва. Изд. Дом МИСиС, 2008. с.18-24). Здесь в качестве реакционного газа используется аммиак. Аммиак подается в вакуумную камеру, где он диффундирует по всему объему камеры, и только совсем незначительная часть молекул попадает на поверхность подложки.

Недостатками данного способа подачи газа является большой расход относительно дорогого химически чистого аммиака, т.е. в процессе участвует только часть газа, которая находится у поверхности подложки. Остальная часть аммиака отсасывается вакуумными насосами. В связи с тем, что отсасывание молекул газа из объема вакуумной камеры происходит через соединение камеры с откачной системой, происходит разброс величин давлений газа в объеме камеры. Кроме того, отсутствует равномерный подвод потока реакционного газа к поверхности растущей пленки.

Также известен графитовый нагреватель по патенту на полезную модель № 94231, который можно выбрать прототипом. Нагреватель включает нагревательный элемент, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором выполнен вырез, и содержит перемычку. К нагревательному элементу подведены водоохлаждаемые шины источника питания. Нагревательные элементы установлены равномерно по окружности вокруг тигля. Графитовый нагреватель закрыт кожухом. Устройству, в котором используется данный нагреватель, присущи те же недостатки, что присущи и предыдущему техническому решению.

Технической задачей данного изобретения является экономия реакционного газа и создание ламинарного потока газа у поверхности подложки. Предложенное изобретение используют в составе вакуумной установки типа УМН-30-М.

Для решения данной задачи реакционный газ подают не просто в вакуумную камеру установки УМН-30-М, а в специальное приспособление для получения ламинарного потока газа, которым снабжено предлагаемое устройство. Приспособление устанавливают непосредственно перед подложкой. Внутрь баллона, изготовленного из нержавеющей стали, вставлена трубка с отверстиями, через которые истекает газ. Учитывая тот факт, что по мере удаления от начала к концу трубки количество выходящего газа из отверстий уменьшается, диаметр последующего отверстия выполнен больше диаметра предыдущего таким образом, чтобы выполнялось условие S=S₁, где S - сечение трубки, S₁ - суммарное сечение отверстий выхода газа.

Данное техническое решение позволяет создать равномерный по объему поток газа из баллона, который является квазизамкнутым пространством с равномерным распределением давления по объему. В баллоне по длине сделана узкая щель, через которую вытекает ламинарный поток реакционного газа непосредственно перед подложкой. Баллон теплоизолирован (для исключения преждевременного разложения аммиака) оболочкой из вспененного кварца и заключен в корпус из тантала.

В данной печи применен метод термического разложения аммиака NH₃ на поверхности подложки:

(2NH ₃ 2N+3H₂).

Остальные компоненты при синтезе (Al, Ga, S) доставляются на поверхность подложки известным методом магнетронного распыления мишеней, изготовленных из этих материалов.

Конструкция устройства для получения тонких пленок нитридных соединений (в дальнейшем - устройства) приведена на чертежах. На фиг.1 приведен общий вид печи. На фиг.2 приведена конструкция приспособления для создания ламинарного потока.

Устройство включает медное основание-радиатор 1, электрически изолированные от основания медные тоководы 2, соединенные с графитовыми тоководами 3, графитовый нагреватель 4, танталовые держатели 5 для закрепления подложки с затравкой, термопару 6. На основании 1 под графитовым нагревателем 4 установлено приспособление для создания ламинарного потока реакционного газа, включающее металлический корпус 7, в котором установлен теплоизолятор 8 и баллон 9 с трубкой для подачи газа. За нагревателем 4 установлен теплоизолятор 10 из вспененного кварца, снабженный керамическим экраном 11. К медным тоководам 2 подведены шины 12 для подачи напряжения, которые зажаты винтами 13. В баллоне 9, теплоизоляторе 8 и экране 7 выполнены совпадающие между собой щели 14. Трубка для подачи газа размещена концентрично внутри баллона 9 и снабжена рядом отверстий 15. Устройство закрыто кожухом (на чертежах не приведен).

Устройство работает следующим образом:

Устройство основанием-радиатором 1 закрепляют на карусели установки УМН-30-М. На графитовый нагреватель 4 при помощи танталовых держателей 5 закрепляют подложку с затравкой. Трубку 9 баллона для подачи газа соединяют с источником аммиака, а шины 12 соединяют с источником питания. После этого герметично закрывают дверцу установки УМН-30-М и создают в ее объеме вакуум. После достижения необходимых параметров включают магнетрон. При этом испаряется алюминий и его пары оседают на поверхность подложки. Одновременно в приспособление для создания ламинарного потока подают аммиак. Образованный в нем ламинарный поток через щель 14 попадает непосредственно в зону образования тонкой пленки на подложке. Под воздействием высокой температуры, полученной от нагревателя 4 в зоне, прилежащей к подложке, происходит термохимическое разложение аммиака. Образовавшийся в результате разложения атомарный азот соединяется с алюминием и образуется нитрид алюминия.