【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体薄膜外延生长，具体涉及一种应用于量产型类分子束外延设备的加热系统。
技术介绍
1、ⅲ族氮化物因其优异的性能被广泛应用于发光二极管、电子器件、太阳能电池等领域。目前常用的薄膜生长方式中：金属有机化学气相沉积技术（mocvd）在inn的热分解温度下氨气裂解几率非常低，难以生长高质量的高in组分、高厚度ingan材料；氢化物气相外延（hvpe）主要用于制备体材料，难以制备复杂的量子阱结构；磁控溅射主要用于制备aln材料，难以满足gan、ingan等组分复杂的材料的制备；原子层沉积技术（ald）可以实现较低温生长且薄膜质量优异，然而该方法沉积速率极慢，难以实现工业化量产。等离子体辅助分子束外延（rf-mbe）中n源可由等离子体离化n2来实现，是目前生长inn、ingan材料质量最优的方式。然而，相比于其他外延生长技术，rf-mbe单次可生长外延片尺寸和数量受限，同时设备维护成本高，不利于大规模生产。
2、cn114855270a公开了一种类分子束外延设备及薄膜生长方法，其引入的射频容性耦合等离子体发生装置可在上下极板间产生大面积均匀n等离子体，结合公转加自转的样品台装置实现分区交替式向衬底供应金属源和等离子体，相比于rf-mbe，可盛放衬底数量多，产量大。传统的mbe加热装置中加热元件主体结构为电阻片螺旋线排布的平板式结构，设于衬底生长面的背面，与样品一起进行自旋转或相对样品旋转，不适用于该专利中公转加自转的样品台装置。该专利中加热元件设于反应腔体底部即衬底生长面的正面通过热辐射的方式对衬底及衬底周边区域
3、针对上述问题，需要设计一种热屏蔽性好、加热温度高、热源加热利用率高、热均匀性好的用于量产型类分子束外延设备公转加自转样品台装置的加热系统，提供inn、ingan外延生长所需的高温环境。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有技术中不能将衬底加热到500℃及更高温度的问题，本专利技术旨在提供一种量产型类分子束外延设备的加热系统。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、一种量产型类分子束外延设备的加热系统，所述类分子束外延设备包括反应腔体，所述加热系统包括：样品台装置、加热元件，其中
4、所述样品台装置设置在反应腔体顶部，所述样品台装置包括样品台旋转装置、连接杆、托盘；所述托盘位于样品台旋转装置下方，所述托盘通过连接杆与样品台旋转装置相连；所述样品台旋转装置带动连接杆和托盘沿环形轨道进行公转并带动托盘自转；
5、所述加热元件环形排布在样品台旋转装置与托盘之间，所述加热元件包括内圈加热元件和外圈加热元件；所述内圈加热元件、外圈加热元件同平面同心圆排列；所述内圈加热元件、外圈加热元件之间间隙即为连接杆公转环形轨道；
6、所述样品台旋转装置、加热元件、托盘平行设置，所述连接杆与托盘垂直设置。
7、进一步的，所述样品台装置还包括载片架，所述载片架通过嵌合结构固定在托盘上，所述载片架上设有镂空的圆环形凹槽用以盛放衬底，圆环形凹槽的外直径与衬底直径一致，圆环形凹槽的深度大于衬底厚度，衬底不接触托盘。
8、进一步的，所述加热系统还包括热辐射防护组件，所述热辐射防护组件包括上隔热基板、反射罩、反射板、下隔热板、侧隔热筒；所述上隔热基板设置在样品台旋转装置与托盘之间，所述上隔热基板上设有供连接杆穿过并公转的环形轨道；所述反射罩通过支撑架支撑置于上隔热基板与托盘之间，所述加热元件通过支撑件支撑环形排布在反射罩与托盘之间，反射罩用于固定支撑加热元件并将加热元件向上发射的热量反射回托盘表面；所述反射板经支撑环支撑置于上隔热基板与反射罩之间，且支撑环位于反射板与托盘之间；所述下隔热板设置在反应腔体的底板上方；所述侧隔热筒设置在所述样品台装置的周围并包裹住所述样品台装置。
9、进一步的，所述加热系统还包括冷却装置，所述冷却装置设置在上隔热基板、反应腔体的底板、反应腔体的侧壁，在冷却装置的闭合通道内中填充有冷却介质，形成循环水路，通过控制冷却介质的流速能够控制反应腔体的壁面温度。
10、进一步的，所述支撑件为挂载轴，所述反射罩上设有按圆周均匀分布排列成阵列的挂载轴通孔，挂载轴通孔位置设有垫片和隔热绝缘陶瓷，加热元件通过挂载轴与反射罩相固定，多根挂载轴平行穿过反射罩上挂载轴通孔与加热元件相固定；加热元件与加热元件之间实现电连接，加热元件与挂载轴之间实现电连接，挂载轴与反射罩之间实现电绝缘；通过在反射罩上方挂载轴端口处添加电线与电极引出线可实现加热元件不同的串并联方式，实现加热功率的最大化，电极引出线与外接电源的电极相连。
11、进一步的，所述内圈加热元件和外圈加热元件的圈数和每圈加热元件密度根据实际温度场进行调整。
12、进一步的，所述加热元件与托盘的间距为1~3cm。
13、进一步的，所述加热元件为红外线辐射加热器；所述托盘的材质是透明石英。
14、进一步的，所述每个载片架能盛放的衬底数量为1~7个，载片架的数量为1~9个，载片架的放置位置均位于同一圆周上，载片架沿这一圆周公转。
15、进一步的，所述反射罩截面为梯形，形成向下开口且只有底端可供光线出射的半封闭空间。
16、进一步的，所述反射罩包括置于连接杆公转环形轨迹内侧的内圈反射罩和置于连接杆公转环形轨迹外侧的外圈反射罩，内圈反射罩和外圈反射罩位于同一平面。
17、本专利技术的有益效果为：
18、本专利技术通过在内圈加热元件和外圈加热元件之间设置轨道，使得加热元件能够环形排布在托盘上方而不影响托盘公转加自转，该种排布方式加热元件与托盘的间距最小可缩短至1cm，极大减少热量因传输距离产生的损耗，提高了衬底最高可达温度。
19、合理布置热辐射防护组件和冷却装置，使得热量局域在衬底附近，避免热量向四周耗散，提高了热源加热功率利用率，同时避免对反应腔体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种量产型类分子束外延设备的加热系统，所述类分子束外延设备包括反应腔体，其特征在于，所述加热系统包括：样品台装置、加热元件，其中
2.根据权利要求1所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述样品台装置还包括载片架，所述载片架通过嵌合结构固定在托盘上，所述载片架上设有镂空的圆环形凹槽用以盛放衬底，圆环形凹槽的外直径与衬底直径一致，圆环形凹槽的深度大于衬底厚度，衬底不接触托盘。
3.根据权利要求1所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述加热系统还包括热辐射防护组件，所述热辐射防护组件包括上隔热基板、反射罩、反射板、下隔热板、侧隔热筒；所述上隔热基板设置在样品台旋转装置与托盘之间，所述上隔热基板上设有供连接杆穿过并公转的环形轨道；所述反射罩通过支撑架支撑置于上隔热基板与托盘之间，所述加热元件通过支撑件支撑环形排布在反射罩与托盘之间，反射罩用于固定支撑加热元件并将加热元件向上发射的热量反射回托盘表面；所述反射板经支撑环支撑置于上隔热基板与反射罩之间，且支撑环位于反射板与托盘之间；所述下隔热板设置在反应腔体的底板上方；所述侧隔热筒设
4.根据权利要求1所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述加热系统还包括冷却装置，所述冷却装置设置在上隔热基板、反应腔体的底板、反应腔体的侧壁，在冷却装置的闭合通道内中填充有冷却介质，形成循环水路，通过控制冷却介质的流速能够控制反应腔体的壁面温度。
5.根据权利要求3所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述支撑件为挂载轴；所述反射罩上设有按圆周均匀分布排列成阵列的挂载轴通孔，挂载轴通孔位置设有垫片和隔热绝缘陶瓷，加热元件通过挂载轴与反射罩相固定，多根挂载轴平行穿过反射罩上挂载轴通孔与加热元件相固定；加热元件与加热元件之间实现电连接，加热元件与挂载轴之间实现电连接，挂载轴与反射罩之间实现电绝缘；通过在反射罩上方挂载轴端口处添加电线与电极引出线可实现加热元件不同的串并联方式，实现加热功率的最大化，电极引出线与外接电源的电极相连。
6.根据权利要求1或3所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述内圈加热元件和外圈加热元件的圈数和每圈加热元件密度可根据实际温度场进行调整。
7.根据权利要求1或3所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述加热元件与托盘的间距为1~3cm。
8.根据权利要求1或3所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述加热元件为红外线辐射加热器；所述托盘的材质是透明石英。
9.根据权利要求2所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述每个载片架能盛放的衬底数量为1~7个，载片架的数量为1~9个，载片架的放置位置均位于同一圆周上，载片架沿这一圆周公转。
10.根据权利要求3所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述反射罩截面为梯形，形成向下开口且只有底端可供光线出射的半封闭空间；所述反射罩包括置于连接杆公转环形轨迹内侧的内圈反射罩和置于连接杆公转环形轨迹外侧的外圈反射罩，内圈反射罩和外圈反射罩位于同一平面。
...【技术特征摘要】
1.一种量产型类分子束外延设备的加热系统，所述类分子束外延设备包括反应腔体，其特征在于，所述加热系统包括：样品台装置、加热元件，其中
2.根据权利要求1所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述样品台装置还包括载片架，所述载片架通过嵌合结构固定在托盘上，所述载片架上设有镂空的圆环形凹槽用以盛放衬底，圆环形凹槽的外直径与衬底直径一致，圆环形凹槽的深度大于衬底厚度，衬底不接触托盘。
3.根据权利要求1所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述加热系统还包括热辐射防护组件，所述热辐射防护组件包括上隔热基板、反射罩、反射板、下隔热板、侧隔热筒；所述上隔热基板设置在样品台旋转装置与托盘之间，所述上隔热基板上设有供连接杆穿过并公转的环形轨道；所述反射罩通过支撑架支撑置于上隔热基板与托盘之间，所述加热元件通过支撑件支撑环形排布在反射罩与托盘之间，反射罩用于固定支撑加热元件并将加热元件向上发射的热量反射回托盘表面；所述反射板经支撑环支撑置于上隔热基板与反射罩之间，且支撑环位于反射板与托盘之间；所述下隔热板设置在反应腔体的底板上方；所述侧隔热筒设置在所述样品台装置的周围并包裹住所述样品台装置。
4.根据权利要求1所述的量产型类分子束外延设备的加热系统，其特征在于，所述加热系统还包括冷却装置，所述冷却装置设置在上隔热基板、反应腔体的底板、反应腔体的侧壁，在冷却装置的闭合通道内中填充有冷却介质，形成循环水路，通过控制冷却介质的流速能够控制反应腔体的壁面温度。
5.根据权利要求3所述的量产型类分子束外延设备的加...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。