УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ Российский патент 1995 года по МПК C30B25/06 C30B29/04 

Изобретение предназначено для промышленного получения синтетических кристаллов и покрытий на подложках.

Область применения: производство обрабатывающих материалов, например, шлифовальных порошков; изготовление режущих инструментов на основе кристаллических материалов, например, алмазов; получение кристаллов полупроводников и покрытий на подложках для электронной промышленности, ювелирных изделий и т.д.

В качестве аналогов изобретения можно рассматривать устройства, реализующие способы выращивания кристаллов или нанесения покрытий путем осаждения паров или ионов материалов на подложки.

Общей задачей всех аналогичных технических решений является достижение наибольшей эффективности технологического процесса при использовании минимума технических средств.

В качестве близкого аналога предлагаемой установки рассмотрено устройство для выращивания искусственных алмазов [1] Это устройство состоит из реакционной камеры пониженного давления, разделенной внутри на две камеры, верхнюю и нижнюю. В верхней камере осуществляют выращивание алмазов на подложке из газовой фазы, а в нижней камере проводят ионное травление подложки. Верхняя камера имеет трубку для подачи в нее реакционного газа, а нижняя трубку для вакуумирования и заслонку, которая при закрывании разделяет полости этих камер. В нижней камере имеется также отдельный нагреватель для нагрева подложек.

Общими признаками данного аналога и предлагаемой установки является использование двух камер для раздельного осуществления основных технологических операций, снабженных разделяющей их заслонкой (клапаном), а также использование нагреваеля для подогрева подложек.

Существенным недостатком данного аналога является сложность применяемого оборудования, осуществляющего перемещения подложек из одной камеры в другую. В предлагаемой установке такое перемещение не требуется.

В качестве прототипа изобретения может быть рассмотрена установка для получения кристаллических пленок на подложках [2] Эта установка состоит из двух камер, размещенных одна внутри другой.

Внутренняя камера, предназначенная для получения парогазовой смеси, имеет снабженное крышкой отверстие, соединяющее ее с полостью внешней (вакуумной) камеры. После того, как во внутренней камере достигнуто в результате нагрева исходного материала заданное давление паров, а во внешней камере получен вакуум, крышку открывают и напротив отверстия располагают подложку, на которую осаждают кристаллическую пленку. Затем процесс повторяют.

Общими признаками прототипа и предлагаемой установки является наличие двух камер, соединенных каналом, который перекрывается крышкой (клапаном), и то, что подложку неподвижно размещают в вакуумной камере и нагревают.

Недостатками прототипа являются конструктивная сложность установки, а также низкая эффективность реализуемого с ее помощью процесса осаждения паров на подложку.

Высокая эффективность работы предлагаемой установки достигается тем, что в канале, соединяющем полости двух камер, размещена форсунка, обеспечивающая формирование газового потока в виде узконаправленного газового факела в направлении подложки, размещенной в вакуумной камере.

Таким образом повышается плотность газового потока и его давление на подложку, что способствует образованию кристалла или нанесению покрытия.

С той же целью и для упрощения конструкции установки за счет совмещения функций подложки и нагревателя, подложка выполнена в виде плоского нагревательного элемента, что позволяет производить ее предварительный отжиг в вакууме.

На чертеже показана схема установки.

Предлагаемая установка может осуществлять следующие технологические операции: получение парогазовой смеси (плазмы) заданного состава, вывод вакуумной печи на рабочий режим, отжиг подложки в вакууме и выращивание кристаллов из газовой фазы на подложке.

Установка состоит из реакционной камеры 1 и вакуумной камеры 2.

В зависимости от применяемого технологического процесса реакционная камера 1 может работать в режиме интенсивного испарения при нагреве исходных материалов, содержащихся в тиглях или кюветах, или в режиме высокотемпературной диссоциации газов или газообразных веществ, как, например, при осуществлении пиролиза углеводородных соединений.

При реализации второго варианта начальной стадии технологического процесса внутри камеры 1 может быть размещен высокотемпературный нагреватель 3.

В этом варианте камера 1 может иметь систему трубопроводов 4 для подачи в нее исходных компонентов газовой смеси из баллонов 5 и трубопровод 6 для удаления из нее остаточного продукта.

Камера 1 соединена с камерой 2 каналом, в котором имеются газовый клапан 7 и форсунка 8, способная формировать поток газа в узконаправленный факел, расположенная на выходе канала в полость камеры 2. Напротив форсунки размещена подложка 9, выполненная в виде плоского нагревательного элемента. В приведенном конструктивном решении камеры 2 подложка-нагреватель 9 размещена на крышке 10 камеры 2 с возможностью расположения на заданном расстоянии и в заданном положении относительно форсунки 8. В комплект камеры 2 входит также система ее вакуумирования через трубопровод 11.

В схеме установки имеются также трубопровод 12 и насос 13, предназначенные для перекачки остаточного продукта из камеры 2 в камеру 1 или вовне.

Установка работает следующим образом.

Для заполнения исходными продуктами реакционной камеры 1 их подают в камеру из баллонов 5 по трубопроводам 4, после чего подают электроэнергию на нагреватель 3.

Для подготовки к работе камеры 2 включают систему ее вакуумирования и, по достижении заданного давления паров в камере 2 подключают к сети энергоснабжения подложку-нагреватель 9 для осуществления ее отжига в вакууме при заданной температуре.

После образования в камере 1 диссоциированной газовой смеси открывают клапан 7 и подают ее в камеру 2 через форсунку 8 в направлении подложки 9, в результате чего происходит рост кристаллов на этой подложке, затем процесс может быть повторен сначала.

Сущность изобретения: устройство состоит из камеры для получения парогазовой смеси, вакуумной камеры и разделительного клапана между ними. Эффективность процесса осаждения кристаллов на подложке повышается за счет того, что в канале, соединяющем камеры, размещена форсунка, обеспечивающая формирование газового потока в виде узконаправленного газового факела в направлении подложки, выполненной в виде плоского нагревательного элемента и размещенной в вакуумной камере. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ, включающее камеру для получения парогазовой смеси, вакуумную камеру с установленной в ней подложкой для осаждения кристаллов и разделительный канал между ними, снабженный клапаном, для подачи парогазовой смеси в вакуумную камеру, отличающееся тем, что в разделительном канале после клапана установлена форсунка, обеспечивающая формирование газового потока в виде узконаправленного газового факела в направлении подложки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде плоского нагревательного элемента.