激光化學氣相沉積裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種激光化學氣相沉積裝置，包括沉積腔以及設于沉積腔內的基板座，基板座上設有基板，基板座上方設有噴頭，噴頭通過管道分別輸入載流氣和原料氣，沉積腔下部設有泵，所述的沉積腔上部設有第一光學窗口，第一光學窗口外設有用于調整激光光斑能量分布與光斑大小的光學擴束系統，光學擴束系統通過光纖連接連續激光器；本發明將連續激光引入CVD的沉積腔體，直接照射基板表面，以加快材料生長速度，連續激光由激光器射出后，經光學擴束系統整形成具有能量超高斯分布的光斑，直接以激光用材料的生長提供能量，材料的生長速度高于傳統CVD技術1－4個數量級，設備結構較之于傳統CVD簡單，能夠生產直徑大于100毫米的材料。
【專利說明】激光化學氣相沉積裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于化學氣相沉積【技術領域】，涉及一種激光化學氣相沉積裝置。
【背景技術】
[0002]化學氣相沉積(CVD)是一種常見的薄、厚膜制備技術，該技術一直存在兩大不足:
1、沉積速度慢，通常沉積速度僅為幾個微米每小時；2、由于常規CVD均采用焦耳傳熱為基板與原料供熱，使得靠近熱源的區域沉積速度高，遠離熱源的區域沉積速度低，薄膜厚度不均勻。
[0003]CVD技術通常采用焦耳傳熱來為基板與原料供熱，造成靠近熱源的區域沉積速度高，遠離熱源的區域沉積速度低，薄膜厚度不均勻；另一方面，焦耳熱對原料的分解、反應以及成膜促進作用有限，CVD沉積速度通常僅為幾個微米每小時。
[0004]多種激勵裝置也曾被用于提高CVD的沉積速度，如等離子輔助CVD、熱絲CVD等，但效果均不明顯；脈沖激光也曾被引入到CVD技術中(《JP2001 - 035806 MANUFACTUREOF SEMICONDUCTOR THIN FILM》、《JP2005-229013 METHOD FOR FORMING NITRIDESEMICONDUCTOR)), ((JP2003-060237 METHOD OF GROWING SEMICONDUCTOR CRYSTAL FILM))),雖然可在一定程度提高材料的沉積速度，但這類脈沖激光CVD技術僅限于個別材料、20微米左右的微區加工。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種利用連續激光直接參與化學氣相沉積工藝，進行非晶、多晶以及單晶材料的制備的化學氣相沉積裝置。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
提供一種激光化學氣相沉積裝置，包括沉積腔以及設于沉積腔內的基板座，基板座上設有基板，基板座上方設有噴頭，噴頭通過管道輸入載流氣和原料氣，沉積腔下部設有泵，所述的沉積腔上部設有第一光學窗口，第一光學窗口外設有用于調整激光光斑能量分布與光斑大小的光學擴束系統，光學擴束系統通過光纖連接連續激光器。
[0007]其沉積腔上部還設有第二光學窗口，第二光學窗口外設有光學測溫系統。
[0008]接上述技術方案，本發明所述的一種激光化學氣相沉積裝置，所述的管道包括載流管和原料管，原料管上依次連接有第一閥門和第一氣體流量計，第一閥門和第一氣體流量計之間連接有盛裝液、固原料的原料罐。
[0009]接上述技術方案，本發明所述的一種激光化學氣相沉積裝置，所述的載流管上依次連接有第二閥門和第二氣體流量計。
[0010]本發明的有益效果是:將連續激光引入CVD的沉積腔體，直接照射基板表面，以加快材料生長速度，連續激光由激光器射出后，經光學擴束系統整形成具有能量超高斯分布的光斑，不再采用焦耳傳熱，直接以激光用材料的生長提供能量，材料(薄、厚膜以及晶體)的生長速度高于傳統CVD技術I 一 4個數量級，設備結構較之于傳統CVD簡單，調整連續激光光斑即可獲得相應尺寸的均溫區，能夠生產直徑大于100毫米的材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明實施例激光化學氣相沉積裝置的結構示意圖；
圖2是本發明實施例連續激光基板表面溫度分布圖。
[0012]各附圖標記為:21—載流氣,22 —原料氣，31—第二氣體流量計，32—第一氣體流量計，41 一第二閥丨I，42一第一閥丨1, 5一原料--!，6—光學測溫系統，71 一第二光學窗口，72—第一光學窗口，8一基板，9一基板座，10一栗，11 一沉積腔，12一光學擴束系統，13一噴頭，14一連續激光。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0014]參照圖1、圖2所示，本發明公開了一種激光化學氣相沉積裝置，包括沉積腔11以及設于沉積腔11內的基板座9，基板座9上設有基板8，基板座9上方設有噴頭13，噴頭13通過管道分別輸入載流氣21和原料氣22，或者同時輸入載流氣21和原料氣22。沉積腔11下部設有泵10,沉積腔11上部設有第一光學窗口 72,第一光學窗口 72外設有用于調整激光光斑能量分布與光斑大小的光學擴束系統12，光學擴束系統12通過光纖連接連續激光器，連續激光器射出的連續激光14經光纖導入光學擴束系統12，所述的沉積腔11上部還設有第二光學窗口 71，第二光學窗口 71外設有光學測溫系統6，光學測溫系統6通過接收基板8表面發出的紅外線進行溫度測量，其中基板表面溫度是重要的工藝參數。管道包括載流管和原料管，原料管上依次連接有第一閥門42和第一氣體流量計32，第一閥門42和第一氣體流量計32之間連接有盛裝液、固原料的原料罐5，所述的載流管上依次連接有第二閥門41和第二氣體流量計31，第一氣 體流量計32和第二氣體流量計31用于控制沉積腔11內各氣體的濃度。
[0015]本裝置將連續激光引入到化學氣相沉積技術中，連續激光器射出的激光，通過光學擴束系統12使激光光斑可在Φ1 — 120_的范圍內調整，調整至需要的尺寸后直接照射到基板8的表面，連續激光不僅能夠為材料的生長提供熱源，而且激光的光效應也促進了原料的分解與材料的生長，大大優于傳統焦耳熱，材料的生長速度較傳統CVD技術提高了I 一 4個數量級，此外，相較脈沖激光只能以超高斯分布形式傳遞，連續激光能夠通過光學擴束系統12將光斑的能量分布調整至超高斯分布，激光光斑區域內為均溫區。
[0016]本發明裝置的材料制備技術屬于宏觀材料的非晶、多晶以及單晶的制備技術，適用于所有無機材料，突破了傳統CVD技術中的焦耳熱加熱模式，將連續激光引入到CVD技術中，較之其它CVD技術，大大促進了原料的分解、反應速率與材料的生長速率，降低了生產、運行成本；通過將連續激光約束成超高斯分布，獲得了較大的均溫區，傳統CVD如果需要獲得大于直徑20毫米的均溫區需要非常復雜的結構，而本裝置很容易得到直徑100毫米的均溫區，較大的均溫區將能夠制備較大尺寸的材料；傳統CVD需要將整個設備加熱至沉積高溫，但該技術只需要以連續激 光照射基板表面，這使得生產能耗大大降低，設備結構也較之傳統CVD簡單。
[0017]以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說， 在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種激光化學氣相沉積裝置，包括沉積腔(11)以及設于沉積腔(11)內的基板座(9),基板座(9)上設有基板(8)，基板座(9)上方設有噴頭(13)，噴頭(13)通過管道輸入載流氣和原料氣(21，22)，沉積腔(11)下部設有泵(10)，其特征在于:所述的沉積腔(11)上部設有第一光學窗口(72),第一光學窗口(72)外設有用于調整激光光斑能量分布與光斑大小的光學擴束系統(12 )，光學擴束系統(12)通過光纖連接連續激光器； 所述的沉積腔(11)上部還設有第二光學窗口(71)，第二光學窗口(71)外設有光學測溫系統(6)。
2.根據權利要求1所述的一種激光化學氣相沉積裝置，其特征在于，所述的管道包括載流管和原料管，原料管上依次連接有第一閥門(42)和第一氣體流量計(32)，第一閥門 (42)和第一氣體流量計(32)之間連接有盛裝液、固原料的原料罐(5)。
3.根據權利要求2所述的一種激光化學氣相沉積裝置，其特征在于，所述的載流管上依次連接有第二閥門(41)和第二氣體流量計(31)。
【文檔編號】C23C16/48GK103668126SQ201310619782
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】涂溶, 後藤孝, 章嵩, 張聯盟 申請人:武漢理工大學