Курсовая работа: Эпитаксиальный рост простых полупроводников Si и Ge на поверхности Si(111)
5) Рейка для транспортировки подложек.
6) Шибер.
7) Камера МЗВ.
8) Манипулятор с кассетами.
9) Система регистрации ДБЭ - «Фотон-микро».
10) Кварцевый измеритель толщины
Основные части которой включают в себя: модуль загрузки-выгрузки, транспортный узел и модуль эпитаксии моноатомных полупроводников.
Модуль загрузки-выгрузки (МЗВ) предназначен для загрузки, выгрузки и транспортировки полупроводниковых подложек в сверхвысоковакуумную установку. В модуле так же производится первичное обезгаживание подложек. МЗВ состоит из вакуумной камеры, вакуумных насосов, двух манипуляторов с кассетами для подложек, натекателя и датчиков давления. Модуль позволяет одновременно загрузить 20 подложек диаметром до 100 мм.
Транспортный узел предназначен для перемещения рейки с подложками из МЗВ в камеру роста.
Модуль эпитаксии моноатомных полупроводников позволяет производить эпитаксиальный рост моноатомных полупроводников, тугоплавких металлов и осуществлять легирование в процессе роста. Модуль содержит в себе следующие устройства: вакуумная камера, система насосов, манипулятор с нагревателем, блок испарителей, датчик масс-спектрометра, криопанель, датчики давления, дифрактометр быстрых электронов, кварцевый измеритель толщины.
Вакуумная система нужна для создания необходимого рабочего давления в модулях и состоит из насосов форвакуумного, адсорбционного, сублимационного и магниторазрядного, обеспечивая предельное остаточное давление 1*10-8 Па.
Манипулятор с нагревателем предназначен для захвата подложки и ориентировки ее относительно молекулярных пучков и аналитических приборов, а также для нагрева и вращения подложки во время эпитаксии. Нагрев подложки осуществляется тепловым излучением нагревателя, который окружен системой многослойных экранов для уменьшения излучения на стенки камеры. Максимальная температура нагрева подложек 1100 С.
Блок испарителей является одним из основных узлов технологических модулей и предназначен для получения молекулярных пучков. Блок включает в себя два электронно-лучевые испарители (ЭЛИ) Ge и Si, две молекулярных ячейки Кнудсена Sb и B2 O3 и криопанель. ЭЛИ позволяет получать молекулярные потоки веществ, имеющих высокую температуру испарения или требующих испарения из автотиглей из-за большой химической активности. Ячейки Кнудсена создают молекулярный поток за счет нагрева тигля с испаряемым веществом. Конструкция ячеек позволяет получать температуры на тигле испарителя в диапазоне 0-1300 С, с точностью поддержания температуры 0.5 С.
Электронно-лучевой испаритель
Из-за большой химической активности кремния и германия, для получения пленок с минимальным количеством ненужных примесей встает необходимость использования «автотигей» для получения чистых атомных пучков этих материалов. Использование электронно-лучевого испарителя решает эту проблему.
Основные части ЭЛИ включают в себя катод, фокусирующий электрод, ускоряющий электрод и мишень (испаряемый материал). Поворот и фокусировка электронного пучка в центр мишени производится постоянным магнитным полем самарий-кобальтовых магнитов, укрепленных под корпусом испарителя. Кристаллическая мишень (кремниевая или германиевая) размещена в водоохлаждаемом корпусе. Поток электронов разогревает центральную часть кристалла до плавления.
Применение магнитного поля для фокусировки электронного пучка позволяет сделать катодный узел невидимым из места расположения подложек. Тем самым устраняется опасность прямого попадания продуктов ионного распыления на подложку и эпитаксиальную пленку.
Скорость осаждения можно изменять управляя мощностью электронной бомбардировки, изменяя величину «озера» расплавленного материала. Для предотвращения загрязнения испаряемого материала это «озеро» не должно выходить за границу кристалла, т.е. сам кристалл является тиглем и, таким образом, реализуется режим «автотигля». Управление мощностью осуществляется изменением тока эмиссии при неизменном ускоряющем напряжении.
При длительной работе ЭЛИ в центре материала, загруженного в тигель, образуется кратер, что может привести к уменьшению скорости испарения и увеличению неравномерности толщины пленки. Для выравнивания профиля загруженного материала центр расплава временно смещают в разные стороны от центра тигля, оплавляют края кратера и таким образом перемещают испаряемый материал к центру тигля. Смещение центра расплава производят изменением ускоряющего напряжения или внешними магнитами, размещенными на стенке вакуумной камеры.
Дифрактометр быстрых электронов
Дифрактометр быстрых электронов предназначен для наблюдения структуры тонких пленок в процессе их нанесения методом МЛЭ, а так же для наблюдения структуры поверхности подложек в процессе предэпитаксиальной подготовки.
Действие дифрактометра основано на формировании дифракционной картины в результате отражения от поверхности исследуемого вещества. Электронный луч, сформированный электронной пушкой и магнитной линзой, попадает на образец и, отражаясь от него, попадает на люминесцентный экран.
Контроль интенсивности зеркально-отраженного пучка электронов осуществлялся с помощью системы «Фотон-микро». Система регистрации включает в себя телекамеру, блок управления и может выполнять следующие функции:
-отображение дифракционной картины с люминесцентного экрана на экран видеоконтрольного устройства;
-выбор точек слежения за яркостью картины;
-вывод на самописец кривых изменения яркости дифракционной картины в указанных точках.
Кварцевый измеритель толщины
Использование кварцевого измерителя толщины позволяет независимо от ДБЭ измерять толщину напыляемой пленки. Физический принцип прибора основан на измерении изменения периода собственных колебаний кварцевой пластинки (резонатора).
Измерительный резонатор, помещенный в вакуумный объем напылительной установки, определяет период колебаний выносного генератора. Собственный период колебаний измерительного резонатора прямо зависит от толщины пленки, осаженной на него. Сравнивая период колебаний выносного генератора с эталонным, можно определить толщину выросшей пленки.