专利名称：气态束源炉瞬态开关控制真空装置的制作方法
技术领域：
本发明提供一种气态束源炉瞬态开关控制真空装置，特别是指一种用于真空外延材料生长设备的气态束源炉瞬态开关控制真空装置。
背景技术：
真空外延制备高纯材料技术是目前人工制备高纯化合物异质结材料，纳米材料等的普遍使用的先进技术手段。其工作原理是在高真空腔体内，由各种各样功能的束源炉(如固体热蒸发分子束源炉，气体裂解原子束源炉，气体等离子激活原子束源炉等等)喷射出一定束流量(通常用分压强定量表示)的某元素原子，至外延基底片上进行外延生长。或用粒子(离子，电子等)束枪发射出粒子束，轰击靶材，由靶材溅射出的原子团或分子团喷射至外延基底片上进行外延生长。上述源炉或粒子束枪喷射口处可以安装专用挡板，通过挡板的打开和关闭动作可以实现不同化合物材料的生长，停止，切换等。在上述各种束源炉中，固体热蒸发分子束源炉的出射束流量可以用挡板实现瞬态控制。这种源炉在实际使用中，是将固体原材料装填在炉体内，加热到一定温度下溶化升华喷射出分子束。挡板对喷射束流量的关断控制几乎可以实现100％的关断。因此用固态源炉生长的外延材料可以实现原子级精度的厚度控制。
而气体裂解或等离子激活原子束源炉的工作物质是气态的，出射口的挡板不能实现对气流的完全关断控制，特别如等离子激活原子束炉，气体首先要经过源炉等离子化，一般情况下，这种对气体的等离子化过程往往需要分钟量级的时间，而且气流的完全关断/打开的切换无法实现瞬态控制。因此急需要一种新型装置可以克服以上困难。保证真空外延材料系统的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种气态束源炉瞬态开关控制真空装置，可以解决目前高真空外延系统中对气态源炉气流量开关的瞬态控制问题。利用这种装置将使那些必须利用气态源炉才能获得的特殊组分的异质结材料结构，同样实现外延层的原子级厚度精度控制。
本发明一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其特征在于，其中包括一不锈钢超高真空腔体；一气动阀，该气动阀与不锈钢超高真空腔体的一端连接；一气态束源炉，该气态束源炉安装在不锈钢超高真空腔体内；一气动阀门，该气动阀门与不锈钢超高真空腔体的中段连接；一真空泵，该真空泵与气动阀门的另一端连接；一手动阀，该手动阀与不锈钢超高真空腔体的另一端连接；一质量流量计，该质量流量计与手动阀连接；一手动阀门，该手动阀门与质量流量计连接；一气体管路，该气体管路的两端分别与质量流量计和手动阀门连接；一气体容器，该气体容器与手动阀门连接；
一超高真空腔体，该超高真空腔体与气动阀连接，该超高真空腔体接有一高真空泵；一计算机分别控制质量流量计、气动阀和气动阀门，实现气流方向通入超高真空腔体或切换到旁路真空泵。
其中所述的不锈钢超高真空腔体和超高真空腔体均采用内胆抛光的不锈钢材料制备，所有接口均采用刀口法兰金属圈密封设计，极限真空小于1E-8Pa。
其中所述的真空泵和高真空泵的抽速需满足上述真空腔体的要求，根据负载气体的性质确定泵的种类，是否耐腐蚀等均应考虑在内，如可以采用离子泵，配以冷凝泵或涡轮分子泵。
其中所述的气动阀和气动阀门均为超高真空阀，漏率小于1E-10Pam3/S。
其中所述的手动阀的接口要求采用VCR金属超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S。
其中所述的质量流量计的接口要求采用VCR金属超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S。
其中所述的气态束源炉种类由具体材料生长的要求确定，可以是等离子激活源炉，或者是高温裂解炉。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中
图1是本发明的结构示意图。
具体实施例方式
本发明如图1所示，一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其中包括一不锈钢超高真空腔体1，该不锈钢超高真空腔体1采用内胆抛光的不锈钢材料制备，所有接口采用刀口法兰金属圈密封设计，极限真空小于1E-8Pa；一气动阀2，该气动阀2与不锈钢超高真空腔体1的一端连接，该气动阀2均为超高真空阀，漏率小于1E-10Pam3/S；一气态束源炉11，该气态束源炉11安装在不锈钢超高真空腔体1内，该气态束源炉11种类由具体材料生长的要求确定，可以是等离子激活源炉，或者是高温裂解炉；一气动阀门3，该气动阀门3与不锈钢超高真空腔体1的中段连接，该气动阀门3为超高真空阀，漏率小于1E-10Pam3/S；一真空泵4，该真空泵4与气动阀门3的另一端连接，该真空泵4抽速需满足上述真空腔体的要求，根据负载气体的性质确定泵的种类，是否耐腐蚀等均应考虑在内，如可以采用离子泵，配以冷凝泵或涡轮分子泵；一手动阀6，该手动阀6与不锈钢超高真空腔体1的另一端连接，该手动阀6的接口要求采用VCR金属超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S；一质量流量计5，该质量流量计5与手动阀6连接，该质量流量计5的接口要求采用VCR金属超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S；一手动阀门7，该手动阀门7与质量流量计5连接；一气体管路9，该气体管路9的两端分别与质量流量计5和手动阀门7连接；一气体容器8，该气体容器8与手动阀门7连接；一超高真空腔体12，该超高真空腔体12与气动阀2连接，该超高真空腔体12接有一高真空泵13，该高真空泵13抽速需满足上述真空腔体的要求，根据负载气体的性质确定泵的种类，是否耐腐蚀等均应考虑在内，如可以采用离子泵，配以冷凝泵或涡轮分子泵，该超高真空腔体12采用内胆抛光的不锈钢材料制备，所有接口均采用刀口法兰金属圈密封设计，极限真空小于1E-8Pa；一计算机10分别控制质量流量计5和气动阀2和气动阀门3，实现气流方向通入超高真空腔体12或切换到旁路真空泵4。
工作过程可以分为三个步骤(1)真空预置状态首先关闭所有手动阀门6和手动阀门7，打开气动阀2和气动阀门3，由真空泵4和高真空泵13分别对不锈钢超高真空腔体1和超高真空气体12预抽真空。真空度由各自的真空计检测。
(2)气态束源炉预置状态调节过程真空泵达到所需要求后，打开手动阀6和手动阀门7，保持气动阀门3开启，关闭气动阀2，在这种状态(旁路状态即反应气体在通入气态束源炉11不锈钢超高真空腔体1后，由真空泵4抽出形成旁路)下，完成气体的预置状态。例如使用等离子激活气态源炉时，在不锈钢超高真空腔体1内完成气体的起辉过程。再如使用氢原子裂解炉时，可以在真空腔体完成气体流量调节和预裂解设置。因此不锈钢超高真空腔体1起到了给气态源炉完成预置状态的作用。
(3)气体反应过程完成第二步骤后，在计算机10控制下，关闭气动阀门3，同时打开气动阀2，使得预置好后的反应气体瞬态通入超高真空腔体12内，开始材料的生长制备过程。当需要中断反应气体时，再同时关闭和开启气动阀2和气动阀门3。此处操作的关键特点在于一定要同步开闭气动阀2和气动阀门3，这样才能真正保障反应通入反应真空室的瞬态开闭特性，完成陡峭异质结界面材料的生长制备，达到本发明的根本目的。
本发明的所提出的新型装置，主要是解决目前真空外延材料制备技术所面临的普遍问题即当无法实现对气态源炉气流量的瞬态控制。这种新型气态束源炉瞬态开关控制真空装置，可以瞬态控制通入外延真空系统中的气流量。从而使那些必须利用气态源炉才能获得的特殊组分的异质结材料结构，同样实现外延层的原子级厚度精度控制。
权利要求
1.一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其特征在于，其中包括一不锈钢超高真空腔体；一气动阀，该气动阀与不锈钢超高真空腔体的一端连接；一气态束源炉，该气态束源炉安装在不锈钢超高真空腔体内；一气动阀门，该气动阀门与不锈钢超高真空腔体的中段连接；一真空泵，该真空泵与气动阀门的另一端连接；一手动阀，该手动阀与不锈钢超高真空腔体的另一端连接；一质量流量计，该质量流量计与手动阀连接；一手动阀门，该手动阀门与质量流量计连接；一气体管路，该气体管路的两端分别与质量流量计和手动阀门连接；一气体容器，该气体容器与手动阀门连接；一超高真空腔体，该超高真空腔体与气动阀连接，该超高真空腔体接有一高真空泵；一计算机分别控制质量流量计、气动阀和气动阀门，实现气流方向通入超高真空腔体或切换到旁路真空泵。
2.根据权利要求1所述的一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其特征在于，其中所述的不锈钢超高真空腔体和超高真空腔体均采用内胆抛光的不锈钢材料制备，所有接口均采用刀口法兰金属圈密封设计，极限真空小于1E-8Pa。
3.根据权利要求1所述的一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其特征在于，其中所述的真空泵和高真空泵的抽速需满足上述真空腔体的要求，根据负载气体的性质确定泵的种类，是否耐腐蚀等均应考虑在内，如可以采用离子泵，配以冷凝泵或涡轮分子泵。
4.根据权利要求1所述的一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其特征在于，其中所述的气动阀和气动阀门均为超高真空阀，漏率小于1E-10Pam3/S。
5.根据权利要求1所述的一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其特征在于，其中所述的手动阀的接口要求采用VCR金属超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S。
6.根据权利要求1所述的一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其特征在于，其中所述的质量流量计的接口要求采用VCR金属超高真空密封方式，漏率小于1E-9Pam3/S。
7.根据权利要求1所述的一种气源炉瞬态开关控制真空装置，其特征在于，其中所述的气态束源炉种类由具体材料生长的要求确定，可以是等离子激活源炉，或者是高温裂解炉。
全文摘要
一种气源炉瞬态开关控制真空装置，包括一不锈钢超高真空腔体；一气动阀，与不锈钢超高真空腔体的一端连接；一气态束源炉，安装在不锈钢超高真空腔体内；一气动阀门，与不锈钢超高真空腔体的中段连接；一真空泵，与气动阀门的另一端连接；一手动阀，与不锈钢超高真空腔体的另一端连接；一质量流量计，与手动阀连接；一手动阀门，与质量流量计连接；一气体管路，其两端分别与质量流量计和手动阀门连接；一气体容器，与手动阀门连接；一超高真空腔体，与气动阀连接，该超高真空腔体接有一高真空泵；一计算机分别控制质量流量计、气动阀和气动阀门，实现气流方向通入超高真空腔体或切换到旁路真空泵。
文档编号C23C16/52GK1548576SQ03136238
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月19日 优先权日2003年5月19日
发明者牛智川, 倪海桥, 徐晓华, 徐应强, 张纬, 韩勤, 吴荣汉 申请人:中国科学院半导体研究所