一种能监测mocvd石墨盘温度分布的简易装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及MOCVD (金属有机化合物化学气相沉积）红外测温装置，尤其涉及 一种可径向移动的能监测MOCVD石墨盘上表面温度分布的简易装置。
【背景技术】
[0002] 温度作为MOCVD外延生长的重要工艺参数，直接影响外延层的晶体质量。在以 Si(Ill)为衬底，生长GaN基多量子阱结构LED外延片的掺铟过程中，温度每偏差1°C，将会 最终引起器件的中心波长漂移约1.2nm。因此对外延片表面温度的精确在线监测与控制非 常必要。目前，常用的MOCVD红外辐射测温仪价格昂贵、修正校准复杂、测量点数有限。如： 德国AIXTR0N公司的EpiTT 3W和其配套的温度校准修正设备，国内售价高达85万；ARGUS 校准探测窗口时需要卸下MOCVD喷头，放在配套的校准光源上进行校准；Mikron M680要安 装在MOCVD喷头的预留探测孔上，测量点数有限，无法测量温度分布。
[0003] 由于外延片的热量来自下方石墨盘的热传递与热辐射，通过测量石墨盘温度分布 可以间接反映外延片表面的温度场情况。干净石墨盘可近似为黑体，红外测温时不需要对 其进行反射率校准。Thomas Swan CCS MOCVD反应室喷头顶板上预留有ARGUS用径向分布 的石英光学视窗。因此，开发一种可径向移动的、免反射率校准的、监测MOCVD石墨盘温度 分布的简易装置成为目前本领域亟待解决的技术问题。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种可径向移动的、免反射率校准的、能监测MOCVD 石墨盘温度分布的简易装置。
[0005] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0006] -种能监测MOCVD石墨盘温度分布的简易装置，装置包括一底板，底板上通过支 架架设有一导轨，在导轨侧壁固定有磁栅尺，轨道正面安装有滑块，滑块右侧固定一磁头， 磁头信号输出端连接至信号处理电路盒，信号处理电路盒连接至LCD显示屏；在滑块上安 装一精密平移台，精密平移台上方安装一红外探头。
[0007] 进一步地，所述红外探头包括在探头腔体中开设的进光孔，沿进光孔顶端设有一 中心波长为940nm、半峰宽为10nm、OD值为6的窄带滤光片，滤光片上方有光探测器。
[0008] 进一步地，所述导轨有效长度等于MOCVD喷头的半径。
[0009] 进一步地，信号处理电路盒固定在红外探头上方。
[0010] 进一步地，所述装置安装在MOCVD反应室石英光学视窗的正上方，精密平移台垂 直于导轨方向，通过调节红外探头的位置，红外探头的进光孔能够依次对准石英光学视窗 下方的一排喷头喷孔。
[0011] 本实用新型采用单色辐射测温法，结构简单；将干净石墨盘近似为黑体，不需反射 率修正；红外探头可径向移动，能够监测石墨盘的温度分布。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0013] 图2为本实用新型的红外探头剖面图；
[0014] 图3为本实用新型在MOCVD上的装配图；
[0015] 图4为本实用新型安装于MOCVD喷头俯视图；
[0016] 图5为本实用新型的红外信号放大电路简图。
[0017] 图中：1、光学窗口；2、电炉丝；3、石墨盘；4、喷淋板；5、喷孔；6、混气室；7、反应室 上盖板；8、红外探头；9、进光孔；10、滤光片；11、光探测器；12、信号处理电路盒；13、精密 平移台；14、导轨；15、滑块；16、磁头；17、底板；18、支架；19、输出端；20、LCD显示屏。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例并对照附图对本实用新型进行进一步的说明。
[0019] 如图1所示，该能监测MOCVD石墨盘温度分布的简易装置，包括一底板17,底板17 上通过支架18架设有一导轨14,有效长度等于MOCVD喷头的半径，在导轨14侧壁固定有 磁栅尺，轨道14正面安装有滑块15,滑块15右侧固定一磁头16,当滑块15在轨道上运动 时，磁头16通过读取磁栅尺信息可定滑块15位置，精度为±15 μ m/m，磁头16信号输出端 连接至信号处理电路盒12 ;在滑块15上安装一中央驱动型精密平移台13,可移动方向垂直 于导轨14方向，行程4mm。精密平移台13上方安装一 940nm红外探头8。红外探头8上方 固定有信号处理电路盒12,电路采用可充电式纽扣电池供电，信号处理电路盒12右端有信 号输出端19,连接至IXD显示屏20, IXD显示屏20可显示探头位置与温度。
[0020] 如图2所示，红外探头8包括在探头腔体中开设的进光孔9,沿进光孔9顶端设有 一中心波长为940nm、半峰宽为10nm、OD值为6的窄带滤光片10,滤光片10上方有光探测 器11。
[0021] 如图3所示，能监测MOCVD石墨盘温度分布的简易装置应用于MOCVD反应室，反应 室包括混气室6,及置于混气室6中的石墨盘3,对应石墨盘3的上方设有喷淋板4,石墨盘 4下方设有电炉丝2 ;混气室6中开设有若干个气体通道；在混气室6顶面设有一反应室上 盖板7,反应室上盖板7开有光学窗口 1，光学窗口 1与喷淋板4开设的喷孔5垂直对应，其 中，光学窗口 1处设有一红外探头8,红外探头8通过信号处理电路盒12连接有IXD显示屏 20 〇
[0022] 监测装置安装于MOCVD反应室上方的光学窗口 1的正上方，当MOCVD的电炉丝2 通电时，热量辐射至石墨盘3,高温石墨盘3 ( -般在700至1200°C )向外辐射能量。红外 辐射穿过喷淋板4上的喷孔5,经过混气室6,穿过反应室上盖板7上面光学窗口 1，进入红 外探头8的进光孔9。红外福射由进光孔9射至940nm窄带滤光片10,940nm的红外信号透 过窄带滤光片10传至光探测器11，光探测器11将光信号转化为电压信号送至信号处理电 路盒12。由信号处理电路盒12进行信号放大、AD转化、温度值计算。
[0023] 图4结合图1、图3所示，红外探头8固定在一中央驱动型精密平移台13上，可通 过调节精密平移13使红外探头8的进光孔9对准光学窗口 1下方的一排喷孔5。精密平移 台13固定在一可沿导轨14运动的滑块15上，滑块15右边有磁头16,磁头16可读取磁栅 尺上的位置信息，将信号传至信号处理电路盒12。导轨14固定在底板17上的两个支架18 上，可调节导轨14使其沿石墨盘3的径向平行于光学窗口 1下方的一排喷孔5。推动滑块 15分别探测石墨盘3径向各点的温度值即可得到石墨盘温度分布。
[0024] 信号处理电路盒12的输出端19连至IXD显示屏20,可在IXD显示屏20上显示石 墨盘3的温度以及探测位置。
[0025] 本实用新型沿径向安装于MOCVD反应室喷头石英光学视窗的正上方，精密平移台 可垂直于导轨方向调节红外探头的位置，保证红外探头随滑块沿导轨从石英光学视窗的一 端移动至另一端时，红外探头的进光孔能够依次对准石英光学视窗下方的一排喷头喷孔 (喷孔间距和直径固定且已知，例如：Thomas Swan CCS MOCVD的喷孔间距为3. 3mm，喷孔直 径为0. 5_)，从而可以测量MOCVD反应室的石墨盘的温度分布。
[0026] 如图5所示，装置采用可充电钮扣锂离子电池作为恒流源，在电池上并联一放大 器，放大器输入端连接有光探测器11，输入端与输出端并联有RC电路。
[0027] 工作原理：当石墨盘第二次Bake(在MOCVD生长多炉外延片后，为了去除掉石墨盘 上的沉积物，在高温下空烧）过程中，石墨盘的热辐射穿过喷头喷孔，透过石英光学视窗， 通过进光孔照射至940nm窄带滤光片，波长为940nm的红外线传至光探测器，由光感探测器 将光强信号转化为电压信号。石墨盘第二次Bake几乎为干净石墨，可近似为黑体，由普朗 克黑体辐射公式、单色辐出度定义以及运算放大器原理可得，电压与温度的关系为：
[0029] 式中K1= η/α (η为光探测器的量子效率，α为光传播过程中衰减引入的系 数），可利用黑体炉对红外探头进行校准获得。K2= 一辐射常数、e为电子 电量、R反馈电阻、h为普朗克常数、c为光速）已知。S为探测孔的有效面积，对于Thomas Swan CCS MOCVD可近似取0.5mm。因此，由上式可得石墨盘温度。推动红外探头，让其沿导 轨运动，测量石墨盘径向各点温度，便可得到MOCVD石墨盘温度分布。
[0030] 以上内容仅为本实用新型优选的【具体实施方式】，不能认定本实用新型的具体实施 方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员在本实用新型构思的技术范 围内，可以做出一些简单的推演或者替换，都应当视为涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种能监测MOCVD石墨盘温度分布的简易装置，其特征在于：装置包括一底板，底板 上通过支架架设有一导轨，在导轨侧壁固定有磁栅尺，轨道正面安装有滑块，滑块右侧固定 一磁头，磁头信号输出端连接至信号处理电路盒，信号处理电路盒连接至IXD显示屏；在滑 块上安装一精密平移台，精密平移台上方安装一红外探头。2. 根据权利要求1所述的能监测M0CVD石墨盘温度分布的简易装置，其特征在于：所 述红外探头包括在探头腔体中开设的进光孔，沿进光孔顶端设有一中心波长为940nm、半峰 宽为10nm、0D值为6的窄带滤光片，滤光片上方有光探测器。3. 根据权利要求1所述的能监测M0CVD石墨盘温度分布的简易装置，其特征在于：所 述导轨有效长度等于M0CVD喷头的半径。4. 根据权利要求1所述的能监测M0CVD石墨盘温度分布的简易装置，其特征在于：所 述信号处理电路盒固定在红外探头上方。5. 根据权利要求1所述的能监测M0CVD石墨盘温度分布的简易装置，其特征在于：所 述装置安装在M0CVD反应室石英光学视窗的正上方，精密平移台垂直于导轨方向，通过调 节红外探头的位置，红外探头的进光孔能够依次对准石英光学视窗下方的一排喷头喷孔。
【专利摘要】本实用新型公开了一种能监测MOCVD石墨盘温度分布的简易装置，装置包括一底板，底板上通过支架架设有一导轨，导轨沿MOCVD反应室径向固定在石英光学视窗的正上方，在导轨侧壁固定有磁栅尺，轨道正面安装有滑块，滑块右侧固定一磁头，磁头信号输出端连接至信号处理电路盒，信号处理电路盒连接至LCD显示屏；在滑块上安装一精密平移台，精密平移台上方安装一红外探头。红外探头可随滑块移动，能够透过石英光学视窗下方的一排喷孔探测MOCVD石墨盘的红外辐射，根据红外辐射强度进行测温。本实用新型采用单色辐射测温法，结构简单；将干净石墨盘近似为黑体，不需反射率修正；红外探头可径向移动，能够监测石墨盘的温度分布。
【IPC分类】G01J5/00
【公开号】CN204988508
【申请号】CN201520602944
【发明人】杨超普, 刘明宝, 耿西侠, 周春生, 李春, 刘彦峰, 张美丽, 张国春
【申请人】商洛学院
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月10日