一种冷屏活化装置及活化方法与流程

本申请涉及半导体，特别是涉及一种冷屏活化装置及活化方法。

背景技术：

1、以ⅲ-氮化物为代表的第三代半导体多为宽禁带半导体，是实现高效率、高性能光电子和微电子器件的基础。目前ⅲ-氮化物的制备主要采用金属有机物化学气相沉积(mocvd)和分子束外延(mbe)技术，其中mbe由于其超高真空条件在实现高质量ⅲ-氮化物的制备上具有显著优势。

2、目前mbe制备ⅲ-氮化物的氮源主要有通过射频裂解氮气(pa-mbe)和高温热解氨(氨mbe)两种。其中pa-mbe是在金属富集的生长条件下进行的，导致在样品表面形成镓液滴并在最佳生长条件下具有较窄的范围。相反，通过过量的氮通量可以在氨mbe下生长高质量的gan薄膜，原则上这应该会因消除液滴并扩大稳定生长条件的范围而改善器件均匀性。但是在ⅲ-氮化物的制备中氨气会吸附在冷屏上，导致氨mbe在制备ⅲ-氮化物时存在重复性和可靠性问题，限制了mbe的产业化进程：冷屏吸附的氨会对制备过程造成不可预计的影响：①界面的影响，在mbe中，高质量界面的形成是实现高质量外延薄膜的关键，而残余氨的存在会影响界面的形成，导致外延质量下降。②对生长过程的影响(掺入生长或结合其他源材料)，由于冷屏吸附的氨在生长过程中会释放，影响材料生长的质量。因此去除氨mbe的冷屏吸附的氨的效率提高(冷屏活化)对ⅲ-氮化物的应用和mbe的产业化进程具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中冷屏上吸附的氨不易快速去除的问题而提供一种冷屏活化装置及活化方法。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种冷屏活化装置，包括：

3、进液管道，所述进液管道的第一端与所述冷屏的待冷却腔连通，且所述进液管道的第一端伸入于所述待冷却腔内部；

4、回液管道，所述回液管道的第一端与所述待冷却腔连通；

5、热气接入管道，连通所述回液管道或所述进液管道，用于向所述待冷却腔通入经过加热的气体以加热所述冷屏；

6、常温气体接入管道，连通所述回液管道，用于向所述待冷却腔通入常温气体以使所述待冷却腔内的制冷液从所述进液管道排出；

7、气体排出管道，用于排出由所述热气接入管道或所述常温气体接入管道加热控制系统通入所述待冷却腔的气体；

8、所述进液管道与所述回液管道用于供所述制冷液、所述经过加热的气体和所述常温气体流通；

9、所述进液管道、所述回液管道、所述热气接入管道、所述常温气体接入管道和所述气体排出管道均具有独立控制的阀门。

10、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述热气接入管道与所述常温气体接入管道为两个独立的管道，

11、或，所述热气接入管道与所述常温气体接入管道为同一管道，所述热气接入管道复用为所述常温气体接入管道。

12、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述冷屏活化装置还包括加热控制系统，所述加热控制系统包括气体加热器和真空规，所述气体加热器用于对所述热气接入管道中通入的气体加热，所述真空规用于测量所述冷屏内的mbe生长室的真空度，所述气体加热器响应于所述真空规测得的真空度高低而改变加热功率的大小。

13、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述加热控制系统还包括质量流量控制器，所述质量流量控制器用于控制所述热气接入管道内通过的气体的流量，所述质量流量控制器响应于所述真空规测得的真空度高低而改变允许通过的气体流量。

14、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述加热控制系统还包括温度计，所述温度计用于监测所述热气接入管道内通过的气体的温度。

15、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述进液管道的第一端伸入于所述待冷却腔底部，所述回液管道的第一端连接于所述待冷却腔的顶部。

16、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，还包括气液分离器，所述气液分离器具有第一接口和第二接口，所述第一接口连接所述进液管道的第二端，所述第二接口连接所述回液管道的第二端，所述气液分离器用于从液体与气体的混合物中分离除去气体。

17、第二方面，本申请实施例提供了一种冷屏活化方法，包括以下步骤：

18、s1，封闭回液管道远离冷屏一端的阀门，向回液管道内通入常温气体，使冷屏的待冷却腔中的制冷液从进液管道回流到容器中，直至所述待冷却腔中的制冷液全部排出或蒸发；

19、s2，在所述待冷却腔中不存在制冷液时，向所述待冷却腔中的通入经过加热的气体，以去除所述冷屏吸附的氨。

20、结合本申请的第二方面，在一可选实施方式中，所述步骤s2之后，所述方法还包括以下步骤：s3，打开所述进液管道和所述回液管道的阀门，使所述气液分离器中的制冷液重新在所述待冷却腔中流通。

21、结合本申请的第二方面，在一可选实施方式中，所述步骤s2包括以下至少之一的步骤：

22、通过分子泵和干泵不断将所述冷屏上除去的氨吸走；或，

23、对mbe生长室的的真空度持续监测，当监测到真空度达到一定范围后，降低通入的经过加热的气体的温度或流量。

24、本申请实施例所提供的冷屏活化装置及活化方法，通过在进液管道和回液管道处连接热气接入管道、常温气体接入管道，可以利用通入气体的气压将冷屏内的制冷液输回到容器中，实现了制冷液的回收，然后还能进一步通过通入热气促进冷屏升温，以使冷屏上吸附的氨的去除。并且通过设计对应的独立控制的阀门使通气的环节和排制冷液的环节不产生冲突，冷屏活化完成后还能恢复制冷液的流通，操作方便，可行性高。

25、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种冷屏活化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的冷屏活化装置，其特征在于，所述热气接入管道(30)与所述常温气体接入管道(40)为两个独立的管道，

3.根据权利要求2所述的冷屏活化装置，其特征在于，所述冷屏活化装置还包括加热控制系统，所述加热控制系统包括气体加热器和真空规(33)，所述气体加热器用于对所述热气接入管道(30)中通入的气体加热，所述真空规(33)用于测量所述冷屏内的mbe生长室的真空度，所述气体加热器响应于所述真空规(33)测得的真空度高低而改变加热功率的大小。

4.根据权利要求3所述的冷屏活化装置，其特征在于，所述加热控制系统还包括质量流量控制器(31)，所述质量流量控制器(31)用于控制所述热气接入管道(30)内通过的气体的流量，所述质量流量控制器(31)响应于所述真空规(33)测得的真空度高低而改变允许通过的气体流量。

5.根据权利要求4所述的冷屏活化装置，其特征在于，所述加热控制系统还包括温度计(32)，所述温度计(32)用于监测所述热气接入管道(30)内通过的气体的温度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的冷屏活化装置，其特征在于，所述进液管道(10)的第一端伸入于所述待冷却腔底部，所述回液管道(20)的第一端连接于所述待冷却腔的顶部。

7.根据权利要求1所述的冷屏活化装置，其特征在于，还包括气液分离器，所述气液分离器具有第一接口和第二接口，所述第一接口连接所述进液管道(10)的第二端，所述第二接口连接所述回液管道(20)的第二端，所述气液分离器用于从液体与气体的混合物中分离除去气体。

8.一种冷屏活化方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的冷屏活化方法，其特征在于，所述步骤s2之后，所述方法还包括以下步骤：s3，打开所述进液管道(10)和所述回液管道(20)的阀门，使所述气液分离器中的制冷液重新在所述待冷却腔中流通。

10.根据权利要求8所述的冷屏活化方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下至少之一的步骤：

技术总结
本申请涉及一种冷屏活化装置及活化方法。其中冷屏活化装置包括进液管道、回液管道、热气接入管道、常温气体接入管道和气体排出管道。本申请所提供的冷屏活化装置及活化方法，通过在进液管道和回液管道处连接热气接入管道、常温气体接入管道，可以利用通入气体的气压将冷屏内的制冷液输回到容器中，实现了制冷液的回收，然后还能进一步通过通入热气促进冷屏升温，以使冷屏上吸附的氨的去除。并且通过设计对应的独立控制的阀门使通气的环节和排制冷液的环节不产生冲突，冷屏活化完成后还能恢复制冷液的流通，操作方便，可行性高。

技术研发人员：彭长四,周均铭,杨晓楠,倪健
受保护的技术使用者：埃特曼（厦门）光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22