一种水平液相外延生长石墨舟的制作方法

本发明涉及石墨舟，尤其涉及一种水平液相外延生长石墨舟。

背景技术：

1、液相外延技术是一种成熟的ⅲ-ⅴ或ⅱ-ⅵ族化合物半导体单晶薄膜生长技术，近平衡态生长提供了外延层材料的晶体质量，生长的材料具有更高的迁移率和载流子寿命，制备的光电器件暗电流小，材料的沉积效率高，外延生长成本低。目前在hgcdte等ⅱ-ⅵ族和ⅱ-ⅵ族化合物半导体材料制备过程中被广泛应用。

2、hgcdte材料由负禁带的hgte和正禁带的cdte混合而成，它是具有直接带隙的(hgte)1-x(cdte)x赝二元化合物材料，通过调整材料的组分x，hgcdte禁带宽度所对应的光子波长可以覆盖整个红外波段，是一种理想的红外探测器材料。当前已经成为红外探测领域应用最广泛的探测器材料。目前已经能够采用lpe(液相外延)、movpe(金属有机物气相外延)以及mbe(分子束外延)等多种方法制备出许多高质量的hg1-xcdxte外延薄膜和高性能的红外探测器件，但其中水平液相外延具有变化组分容易、组分及厚度控制能力强和可重复性好、技晶体质量高等优势，是目前技术最成熟、应用最广泛的薄膜材料制备方法，特别是对于长波及甚长波领域，仍然是最主要的探测器材料制备方式。

3、采用水平液相外延技术生长薄膜材料的系统中，水平滑移石墨舟的使用十分普遍，其基本过程是：按照所需的薄膜组分的要求，先精确称量一定组分比的生长母液放于石墨舟的母液槽中，将石墨舟加热至母液完全融化均匀后，控制一定的降温速率使其缓慢降温，溶质在液态溶剂内的溶解度随温度的降低而减少，当达到饱和状态时，拉动石墨舟滑条，使衬底移动至母液正下方，然后降温使母液过冷并控制生长速率，就会在衬底表面结晶生长约几个到十几个微米厚度的薄膜材料，即可实现薄膜的外延生长。通过调节液相外延母液的配方，即可获得不同组分的液相外延膜材料。

4、但是随着碲镉汞红外焦平面探测器朝着高密度、大面阵、高工作温度、高帧频及多色化的方向发展，对碲镉汞薄膜材料的均匀性提出了更高要求，主要包括厚度、组分、电学参数和位错分布的均匀性。其中，厚度与组分的均匀性有紧密联系，受外延生长过程中固液界面分布对各区域的生长速率影响；电学参数和位错分布的均匀性主要受组分分凝效应的影响，本质上也是由生长速率和分布的均匀性决定。而外延生长速率主要受石墨舟的温度场及溶液中的溶质分布梯度的影响，碲镉汞薄膜外延生长过程中，溶液中溶质含量的分布梯度、水平倾斜以及温场不均匀，影响碲镉汞“固-液相”界面在衬底表面的分布均匀性，导致衬底表面不同区域的过冷度和生长速率的不一致，从而影响碲镉汞薄膜材料的均匀性。

5、现有的水平液相外延石墨舟将衬底放置于碲镉汞母液的下方，为保证薄膜质量，需要石墨舟有较好的水平放置度，而且受母液对流和重力等因素的影响非常明显，势必造成大面积材料的外延厚度分布差异较大，降低薄膜质量；另外，基于生长温度高，母液流动性强，液相外延生长过程中容易发生母液大面积残留在薄膜表面的情况，通常设置刮刀等结构去除残留母液，在去除残留母液过程中，经常发生薄膜表面被划伤的现象，降低了薄膜合格率。

6、因此，如何提升水平液相外延生长薄膜的质量和合格率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水平液相外延生长石墨舟，以提升水平液相外延生长薄膜的质量和合格率。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种水平液相外延生长石墨舟，包括：

4、底座，设有母液排放槽；

5、衬底放置件，所述衬底放置件包括放置件本体和衬底夹具，所述放置件本体设置有夹具安装槽，所述衬底夹具在竖直方向滑动设置于所述夹具安装槽，所述衬底夹具设有用于放置衬底的衬底槽，所述放置件本体与所述底座连接并在所述放置件本体与所述底座之间形成滑动空间；

6、母液容纳件，滑动设置于所述滑动空间，且所述母液容纳件设有用于放置母液的母液槽；

7、其中，所述夹具安装槽和所述母液排放槽在竖直方向上偏移设置，所述母液容纳件滑动至第一预设位置时，所述夹具安装槽与所述母液槽连通；所述母液容纳件滑动至第二预设位置时，所述母液槽和所述母液排放槽连通。

8、可选地，在上述水平液相外延生长石墨舟中，所述夹具安装槽设置有第一防脱结构，所述衬底夹具设置有第一配合结构，所述衬底夹具在所述夹具安装槽中滑动至预设高度时，所述第一防脱结构与所述第一配合结构接触限位。

9、可选地，在上述水平液相外延生长石墨舟中，所述第一防脱结构为在所述夹具安装槽的边缘凹陷所形成的沉台，所述第一配合结构为自所述衬底夹具的边缘向远离所述衬底槽一侧折弯形成的凸缘。

10、可选地，在上述水平液相外延生长石墨舟中，所述衬底槽的两相对端分别设第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述衬底槽靠近所述母液容纳件的一侧；

11、其中，所述第一开口的尺寸小于衬底的尺寸，所述第二开口的尺寸大于衬底的尺寸；或者，所述衬底槽内设置第二防脱结构，所述第二防脱结构用于与所述衬底接触限位，防止所述衬底在所述衬底槽内脱落。

12、可选地，在上述水平液相外延生长石墨舟中，所述母液槽的两端均开口，且所述母液槽的底部开口与所述底座的上表面抵接；

13、或者，所述母液槽底部设置导流结构，所述导流结构用于将所述母液槽中的母液导流至所述母液排放槽中。

14、可选地，在上述水平液相外延生长石墨舟中，所述夹具安装槽内设置滑动导向结构，所述衬底夹具的外壁设置滑动配合结构，所述滑动导向结构和所述滑动配合结构滑动配合。

15、可选地，在上述水平液相外延生长石墨舟中，所述底座设有滑动凹槽，所述母液容纳件滑动设置在所述滑动凹槽中。

16、可选地，在上述水平液相外延生长石墨舟中，还包括盖板，所述盖板设置于所衬底放置件远离所述母液容纳件的一侧。

17、可选地，在上述水平液相外延生长石墨舟中，所述盖板、所述放置件本体和所述底座通过螺钉连接。

18、一种水平液相外延生长系统，包括如上所述的水平液相外延生长石墨舟。

19、使用本发明所提供的水平液相外延生长石墨舟时，由于放置件本体与底座连接并在放置件本体与底座之间形成滑动空间，母液容纳件滑动设置于滑动空间中，因此，将底座放置于承载面上后，底座、母液容纳件和衬底放置件呈自下而上逐层设置；外延工艺生长之前，将衬底夹具放置于放置件本体的夹具安装槽中，衬底放置于衬底夹具的衬底槽中并使衬底的生长面朝下，母液放置于母液容纳件的母液槽中，然后拉动母液容纳件，使母液容纳件在滑动空间内滑动，待母液槽滑动至夹具安装槽远离母液排放槽的一侧，亦即母液槽和母液排放槽位于衬底的两侧时，再对该水平液相外延生长石墨舟进行加热；待母液完全融化均匀后，对该水平液相外延生长石墨舟进行初步降温，当温度降低至母液的平衡温度点时，初次拉动母液容纳件，使母液槽朝向衬底的方向滑动，由于夹具安装槽和所述母液排放槽在竖直方向上偏移设置，初始拉动状态时，母液槽和母液排放槽位于衬底的两侧，因此，随着母液容纳件的滑动，母液容纳件首先滑动至第一预设位置，使夹具安装槽与母液槽连通，由于母液容纳件和衬底放置件自下而上设置，因此，母液槽位于夹具安装槽的下方，当夹具安装槽与母液槽连通后，衬底夹具在自重作用下沿竖直方向向下坠落滑动，使衬底夹具中的衬底下表面浸入母液槽中的母液并生长薄膜，利用母液密度大的特点，使母液对衬底产生浮力，该浮力能自动调整并保持衬底的水平状态；根据外延生长薄膜的目标厚度和生长速率等参数，对水平液相外延生长石墨舟进行二次降温，待达到外延生长薄膜的目标厚度后，二次拉动母液容纳件，使得母液容纳件滑动至第二预设位置，母液槽和母液排放槽连通，由于底座和母液容纳件自下而上设置，因此，母液排放槽位于母液槽的下方，母液槽中的母液会在重力作用下流入母液排放槽，直至母液与衬底完全分离，衬底上残留的母液也会在重力的作用下滴落，生长过程中衬底表面粘附的母液被完全清除，不需要再采取去除母液的后续措施。

20、由此可见，本发明所提供的水平液相外延生长石墨舟颠覆了传统的将母液设置在衬底上方的外延生长方式，使母液位于衬底下方，利用母液产生的浮力自动调整衬底水平，同时薄膜材料生长的方向也从一般传统液相外延的向上生长方向变为向下生长，有助于减小外延过程中溶质梯度分布及重力对外延均匀性的影响，从而提高外延生长薄膜材料的均匀性，使水平液相外延生长薄膜的质量得到提升；并且，由于母液始终位于衬底下方，外延生长结束后可以直接利用重力实现将母液从衬底表面完全去除的效果，不需要再增加现有传统结构所采取的各种残留母液去除的刮刀等结构，减少了因刮除母液所导致的薄膜表面划伤现象，提升了薄膜合格率。