一种硒化镉薄膜气相外延制备系统的制作方法

本发明涉及一种硒化镉薄膜气相外延制备系统，属于半导体制造领域。

背景技术：

硒化镉（CdSe）是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，因其具有较好的光电特性而受到广泛关注。硒化镉（CdSe）带隙较宽，并且为直接带隙，因而在太阳能电池、场致发光器件、微光调节器、y射线探测器等方面取得了巨大的成功。通过不同方法和设备制备的不同CdSe材料具有良好的应用前景。

提高CdSe薄膜的制备质量是制备性能优良的光电子器件的基础。不同设备和流程制备的CdSe薄膜，其结晶性能不同，薄膜质量存在差异从而影响其光电特性以及相关应用。目前，用于制备CdSe的主要设备有真空蒸发装置、喷雾热解装置、分子束外延（MBE）装置、化学浴沉积装置、化学气相沉积装置等。但是在现有的制备装置中存在以下几个问题：（1）设备价格昂贵，成本太高；（2）程序复杂，操作繁琐；（3）薄膜沉积的不均匀，结晶质量不好；（4）材料的利用率低。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种硒化镉薄膜气相外延制备系统，本发明采用加热炉不同温区控制，操作简单，控制精确；在真空腔内设置限向聚流罩，提高源的利用率和薄膜沉积速率。

本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种硒化镉薄膜气相外延制备系统，包括位移系统、控温系统、外延系统、操作箱32、固定台34、靶材存储箱35，固定台34固定设置在靶材存储箱35顶端，操作箱32设置在固定台34上，位移系统设置在支撑架19上，控温系统固定设置在位移系统顶端，外延系统水平设置且一端与操作箱32连通，外延系统的另一端向控温系统延伸且可插入控温系统内；

位移系统包括支撑板16、位移车17、控温滑轨18、电源滑轨20，控温滑轨18设置在支撑架19顶端，位移车17底端设置有车轮，车轮设置在控温滑轨18上且与控温滑轨18配合，支撑板16竖直设置在位移车17顶端的两侧，控温系统通过支撑板16固定设置在位移车17上方，电源滑轨20设置在地面且位于控温滑轨18的下方；

控温系统包括炉管1、高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4、高中温区隔热环带5、中低温区隔热环带38、高温区热电偶6、中温区热电偶37、低温区热电偶39、高温区数显器7、中温区数显器36、低温区数显器8、数据采集器、处理器9、触摸显示器、隔热锥管10、控温导线11、多频变电箱12、高压电线13、线转盘14、滑动电源15，炉管1通过支撑板16固定设置在位移车17上，高中温区隔热环带5、中低温区隔热环带38竖直设置在炉管1并将炉管1分隔成炉管高温区、炉管中温区和炉管低温区，炉管低温区近外延系统端，高温区炉丝2设置在炉管高温区的炉管1内壁，中温区炉丝3设置在炉管中温区的炉管1内壁，低温区炉丝4设置在炉管低温区的炉管1内壁，高温区热电偶6均匀设置在炉管高温区的炉管1顶壁且高温区热电偶6的探头穿过炉管1顶壁延伸至炉管1内，中温区热电偶37均匀设置在炉管中温区的炉管1顶壁且中温区热电偶37的探头穿过炉管1顶壁延伸至炉管1内，低温区热电偶39均匀设置在炉管低温区的炉管1顶壁且低温区热电偶39的探头穿过炉管1顶壁延伸至炉管1内，高温区数显器7设置在炉管高温区的炉管1顶端，中温区数显器36设置在炉管中温区的炉管1顶端、低温区数显器8设置在炉管低温区的炉管1顶端，数据采集器固定设置在炉管1外壁，高温区热电偶6分别通过数据线与数据采集器、高温区数显器7连接，中温区热电偶37分别通过数据线与数据采集器、中温区数显器36连接，低温区热电偶39分别通过数据线与数据采集器、低温区数显器8连接，处理器9设置在炉管1顶端的中部，数据采集器与处理器9连接，触摸显示器固定设置在处理器9的前端且触摸显示器与处理器9连接，隔热锥管10固定设置在炉管低温区的一侧且与炉管低温区连通，多频变电箱12设置在位移车17顶端且位于炉管1下方，多频变电箱12通过控温导线11分别与高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4连接，滑动电源15放置在电源箱内，电源箱的底部设置有轮子，轮子设置在电源滑轨20上且与电源滑轨20相配合，电源箱的顶端两侧竖直设置有线转盘架，线转盘14通过转动轴设置在线转盘架顶端且线转盘14可在线转盘架上转动，高压电线13缠绕在线转盘14上，滑动电源15通过高压电线13与多频变电箱12连接；

外延系统包括外延管21、源凹台22、3个以上的限向聚流罩23、目标台24、置盒舟25、外延薄膜盒26、气流三通管27、密封盖28、真空管29、真空泵机30、减震台31，气流三通管27水平方向的一端穿过操作箱32的侧壁且与操作箱32的内部连通，气流三通管27水平方向的另一端与外延管21的一端连通，气流三通管27竖直方向的一端穿过固定台34与真空管29顶端连通，真空管29底端与真空泵机30连接，真空泵机30设置在减震台31顶端，减震台31设置在地面；气流三通管27水平方向的一端设置有密封盖28且密封盖28位于操作箱32内；外延管21的另一端向炉管1延伸且可穿过隔热锥管10、插入到炉管1内，源凹台22设置在近炉管1一侧的外延管21内且凹面朝上设置，限向聚流罩23均匀设置在外延管21内的中部，目标台24设置在近操作箱32一侧的外延管21内，置盒舟25设置在目标台24的顶端，外延薄膜盒26设置在置盒舟25上，外延薄膜盒26的侧壁设有可开合盖且可开合盖设置在外延薄膜盒26的近源凹台22端，可开合盖上均匀设置有若干个气流滤孔；

进一步地，所述操作箱32的侧壁设置有密封箱盖33；

更进一步地，所述处理器9为英特尔微处理器，触摸显示器为电阻式触摸显示器；

更进一步地，所述炉管1包括保温隔热外层和耐高温刚玉内层，炉管1的远外延管21端封闭；

更进一步地，高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4均为螺旋状镍铬合金炉丝，高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4的螺距依次递增；

更进一步地，高中温区隔热环带5、中低温区隔热环带38均为隔热陶瓷纤维环带，隔热锥管10为锥形开口的隔热陶瓷纤维锥管；

更进一步地，外延管21、限向聚流罩23均为石英管，限向聚流罩23为开口弯曲罩；

本发明的有益效果：

（1）本发明的硒化镉薄膜气相外延制备系统成本低，操作简单；

（2）本发明的硒化镉薄膜气相外延制备系统通过控温系统、位移系统、外延系统得到结晶质量较好的均匀沉积薄膜；

（3）本发明的硒化镉薄膜气相外延制备系统通过外延壁的温度梯度和真空腔中的限向聚流罩提高源的利用率。

附图说明

图1为实施例1硒化镉薄膜气相外延制备系统的立体结构示意图；

图2为实施例1硒化镉薄膜气相外延制备系统的结构示意图；

图3为实施例1硒化镉薄膜气相外延制备系统的控温系统、控温滑移车的装配结构示意图；

图4为实施例1硒化镉薄膜气相外延制备系统的控温系统、控温滑移车的装配结构的局部剖视图（侧视）；

图5为实施例1硒化镉薄膜气相外延制备系统的控温系统、控温滑移车的装配结构的局部剖视图（正视）；

图6为实施例1位移系统的结构示意图；

图7为实施例1气流三通管、操作箱、真空泵机的装配结构示意图；

图8为实施例1外延管、源凹台、限向聚流罩、外延薄膜盒的装配结构示意图；

图9为实施例1外延薄膜盒结构示意图；

图10为实施例1操作箱结构示意图；

其中，1-炉管、2-高温区炉丝、3-中温区炉丝、4-低温区炉丝、5-高中温区隔热环带、6-热电偶探头、7-高温区数显器、8-低温区数显器、9-温趋控制器、10-隔热锥管、11-控温导线、12-多频变电箱、13-高压电线、14-线转盘、15-滑动电源、16-支撑板、17-控温位移车、18-控温滑轨、19-支撑杆、20-电源滑轨、21-外延管、22-源凹台、23-限向聚流罩、24-目标台、25-置盒舟、26-外延薄膜盒、27-气流三通管、28-密封盖、29-多节真空管、30-真空泵机、31-减震台、32-操作箱、33-密封箱盖、34-固定台、35-靶材存储箱、36-中温区数显器、37-中温区热电偶、38-中低温区隔热环带、39-低温区热电偶。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1~10所示，一种硒化镉薄膜气相外延制备系统，其特征在于：包括位移系统、控温系统、外延系统、操作箱32、固定台34、靶材存储箱35，固定台34固定设置在靶材存储箱35顶端，操作箱32设置在固定台34上，位移系统设置在支撑架19上，控温系统固定设置在位移系统顶端，外延系统水平设置且一端与操作箱32连通，外延系统的另一端向控温系统延伸且可插入控温系统内；

位移系统包括支撑板16、位移车17、控温滑轨18、电源滑轨20，控温滑轨18设置在支撑架19顶端，位移车17底端设置有车轮，车轮设置在控温滑轨18上且与控温滑轨18配合，支撑板16竖直设置在位移车17顶端的两侧，控温系统通过支撑板16固定设置在位移车17上方，电源滑轨20设置在地面且位于控温滑轨18的下方；

控温系统包括炉管1、高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4、高中温隔热环带5、中低温区隔热环带38、高温区热电偶6、中温区热电偶37、低温区热电偶39、高温区数显器7、中温区数显器36、低温区数显器8、数据采集器、处理器9、触摸显示器、隔热锥管10、控温导线11、多频变电箱12、高压电线13、线转盘14、滑动电源15，炉管1通过支撑板16固定设置在位移车17上，高中温区隔热环带5、中低温区隔热环带38竖直设置在炉管1并将炉管1分隔成炉管高温区、炉管中温区和炉管低温区，炉管低温区近外延系统端，高温区炉丝2设置在炉管高温区的炉管1内壁，中温区炉丝3设置在炉管中温区的炉管1内壁，低温区炉丝4设置在炉管低温区的炉管1内壁，高温区热电偶6均匀设置在炉管高温区的炉管1顶壁且高温区热电偶6的探头穿过炉管1顶壁延伸至炉管1内，中温区热电偶37均匀设置在炉管中温区的炉管1顶壁且中温区热电偶37的探头穿过炉管1顶壁延伸至炉管1内，低温区热电偶39均匀设置在炉管低温区的炉管1顶壁且低温区热电偶39的探头穿过炉管1顶壁延伸至炉管1内，高温区数显器7设置在炉管高温区的炉管1顶端，中温区数显器36设置在炉管中温区的炉管1顶端、低温区数显器8设置在炉管低温区的炉管1顶端，数据采集器固定设置在炉管1外壁，高温区热电偶6分别通过数据线与数据采集器、高温区数显器7连接，中温区热电偶37分别通过数据线与数据采集器、中温区数显器36连接，低温区热电偶39分别通过数据线与数据采集器、低温区数显器8连接，处理器9设置在炉管1顶端的中部，数据采集器与处理器9连接，触摸显示器固定设置在处理器9的前端且触摸显示器与处理器9连接，隔热锥管10固定设置在炉管低温区的一侧且与炉管低温区连通，多频变电箱12设置在位移车17顶端且位于炉管1下方，多频变电箱12通过控温导线11分别与高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4连接，滑动电源15放置在电源箱内，电源箱的底部设置有轮子，轮子设置在电源滑轨20上且与电源滑轨20相配合，电源箱的顶端两侧竖直设置有线转盘架，线转盘14通过转动轴设置在线转盘架顶端且线转盘14可在线转盘架上转动，高压电线13缠绕在线转盘14上，滑动电源15通过高压电线13与多频变电箱12连接；

外延系统包括外延管21、源凹台22、3个以上的限向聚流罩23、目标台24、置盒舟25、外延薄膜盒26、气流三通管27、密封盖28、真空管29、真空泵机30、减震台31，气流三通管27水平方向的一端穿过操作箱32的侧壁且与操作箱32的内部连通，气流三通管27水平方向的另一端与外延管21的一端连通，气流三通管27竖直方向的一端穿过固定台34与真空管29顶端连通，真空管29底端与真空泵机30连接，真空泵机30设置在减震台31顶端，减震台31设置在地面；气流三通管27水平方向的一端设置有密封盖28且密封盖28位于操作箱32内；外延管21的另一端向炉管1延伸且可穿过隔热锥管10、插入到炉管1内，源凹台22设置在近炉管1一侧的外延管21内且凹面朝上设置，限向聚流罩23均匀设置在外延管21内的中部，目标台24设置在近操作箱32一侧的外延管21内，置盒舟25设置在目标台24的顶端，外延薄膜盒26设置在置盒舟25上，外延薄膜盒26的侧壁设有可开合盖且可开合盖设置在外延薄膜盒26的近源凹台22端，可开合盖上均匀设置有若干个气流滤孔。

操作箱32的侧壁设置有密封箱盖33。

本实施例中处理器9为英特尔微处理器，触摸显示器为电阻式触摸显示器。

本实施例中炉管1包括保温隔热外层和耐高温刚玉内层，炉管1的远外延管21端封闭。

本实施例中高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4均为螺旋状镍铬合金炉丝，高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4的螺距依次递增。

本实施例中高中温区隔热环带5、中低温区隔热环带38均为隔热陶瓷纤维环带，隔热锥管10为锥形开口的隔热陶瓷纤维锥管。

本实施例中外延管21、限向聚流罩23均为石英管，限向聚流罩23为开口弯曲罩。

工作过程：

高中温区隔热环带5、中低温区隔热环带38将炉管1分隔成炉管高温区、炉管中温区和炉管低温区，高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4分别设置在炉管1的高温区、中温区和低温区，滑动电源15提供电能给炉管1的高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4，高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4对炉管1的内腔加热；通过控温滑轨车18移动炉管1使其外延管21插入到炉管1内，并可控制外延管21的加热位置，高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4由多频变电箱12控制加热；高温区热电偶6、中温区热电偶37、低温区热电偶39分别均匀设置在炉管1的高温区、中温区和低温区，高温区热电偶6、中温区热电偶37、低温区热电偶39分别与高温区数显器7、中温区数显器36、低温区数显器8相连，加热过程中的温度可以通过高温区数显器7、中温区数显器36、低温区数显器8显示，并且高温区热电偶6、中温区热电偶37、低温区热电偶39均与数据采集器连接，数据采集器与处理器9连接，通过处理器9的触摸显示器可显示炉管1内的温度变化趋势；加热过程中，外延管21内源凹台22上的源开始蒸发，由于外延管21的温度梯度和管内压强差，气态的蒸发源通过限向聚流罩23流通，最终在外延薄膜盒26中的衬底上沉积成薄膜。

当炉管1完全套在外延管21上加热时，多频变电箱12可同时控制高温区炉丝2、中温区炉丝3、低温区炉丝4进行加热；当加热完成后，停止加热，让外延管21随炉冷却，冷却过程中，薄膜可以继续沉积。

可将炉管1完全套在外延管21上进行加热，多频变电箱12再控制炉管1的中温区炉丝3、低温区炉丝4停止加热，高温区炉丝2继续加热；可保证外延管21的温度，再对需要高温的部分继续加热，可以节约资源，利于薄膜沉积。

当炉管1的低温区套在外延管21外加热时，多频变电箱12控制低温区炉丝4加热，对于单独区域进行加热，可排除外延管21完全在炉管1内加热时的保温效应。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。