一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟.pdf

本发明公开了一种防止母液残留的液相外延石墨舟，该石墨舟主要包括：底板、滑块、可翻转衬底托板、控制栓、转动轴、底座。该发明的特点是，不但能够实现传统的水平式液相外延生长半导体薄膜。而且能够通过滑块滑动，带动控制栓的移动，从而使可翻转衬底托板的倾斜，在高温时，衬底上的残留母液呈液态的情况下，残留母液受重力作用流入残留母液收集槽，减少了薄膜表面母液残留，增大了薄膜的可用面积。

1.  一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟，它包括底板(1)、滑块(2)、可翻转衬底托板(3)、控制栓(4)、转动轴(5)、底座(6)，其特征在于：底板(1)嵌置在底座(6)上的卡槽(601)中，底板(1)上开有残留母液收集槽(101)，和安装转动轴(5)的圆孔(102)，安装控制栓(4)的方孔(103)，控制滑块(2)方向的卡槽(104)，安装可翻转衬底托板(3)的孔(105)；滑块(2)上开有一个用于放置薄膜生长母液的母液槽(201)，滑块(2)嵌在底板(1)上面的卡槽(104)内，可以左右自由滑动；可翻转衬底托板(3)两端呈楔形，截面是平行四边形，上有放置衬底的衬底槽(301)，和一个安装转动轴(5)的圆孔(302)，安装转动轴(5)穿过可翻转衬底托板(3)上圆孔(302)和底板(1)上的圆孔(102)，将可翻转衬底托板(3)安装在底板(1)上的孔(105)中，可翻转衬底托板(3)可以绕转动轴(5)自由转动；控制可翻转衬底托板(3)翻转的控制栓(4)插在底板(1)上的方孔(103)中，控制栓(4)在方孔(103)中可以左右滑动。

2.  根据权利要求1所述的一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟，其特征在于：所述的安装可翻转衬底托板(3)的孔(105)的形状与可翻转衬底托板(3)的形状相吻合。

3.  根据权利要求1所述的一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟，其特征在于：所述的可翻转衬底托板(3)两端的楔形角为45°。

4.  根据权利要求1所述的一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟，其特征在于：所述的控制栓(4)靠近可翻转衬底托板(3)的右端成楔形，角度为30°。

5.  根据权利要求1所述的一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟，其特征在于：所述的母液槽(201)是一个正方形的通孔，它的边长比正方形的衬底槽(301)的边长小0.5-1毫米。

一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟
技术领域
本发明涉及半导体单晶薄膜液相外延生长技术，具体指一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟，它适用于在生长刚结束的高温下残留母液仍呈液态的液相外延生长体系。
背景技术
在目前水平滑动舟液相外延生长中，用的石墨舟一般有底座、底板、滑块组成。石墨舟在尺寸和结构设计上已有所改进，(见新型水平滑动石墨舟[P]，专利号CN88201086A)。但是对于母液在生长温度下，流动性强的生长体系，液相外延过程中会遇到大面积母液残留在薄膜上的情况，降低了外延的薄膜成品率。例如，在富碲溶液液相外延生长碲镉汞时，经常有碲的残留。在冷却取出衬底后，无法清除残液而不破坏薄膜，(见一种用于碲镉汞液相外延薄膜材料生长的带有母液清除装置的石墨舟[P]，专利号CN1360090A)。在以富铟溶液550摄氏度下，水平滑动舟法液相外延生长铟砷锑时，生长的薄膜上经常有铟残液残留。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止母液大面积残留的液相外延石墨舟，解决外延薄膜生长过程中发生的大面积母液残留的技术问题。
本发明一种防止母液大面积残留的石墨舟结构如附图1所示，它包括底板1、滑块2、可翻转衬底托板3、控制栓4、转动轴5、底座6。底板1上开有残留母液收集槽101，和安装转动轴5的圆孔102，安装控制栓4的方孔103，控制滑块2方向的卡槽104，安装可翻转衬底托板3的孔105。滑块2上开有一个用于放置薄膜生长母液的母液槽201，滑块2嵌在底板1上面的卡槽104内，可以左右自由滑动。如图6所示，可翻转衬底托板3两端呈楔形，截面是平行四边形，上有放置衬底的衬底槽301，和一个安装转动轴5的圆孔302，如图4所示，安装转动轴5穿过可翻转衬底托板3上圆孔302和底板1上的圆孔102，将可翻转衬底托板3安装在底板1上的孔105中，可翻转衬底托板3可以绕转动轴5转动。控制栓4插在底板1上的方孔103中，在孔中可以左右滑动。底板1放在底座6的卡槽601中。如图3所示，底板1上开有放置可翻转衬底托板3的孔105的形状，正好和可翻转衬底托板3形状相吻合。生长前，石墨舟各部件的相对位置如图1所示，控制栓4插到最右端，托住可翻转衬底托板3，可翻转衬底托板3与底板上的孔105正好吻合。生长时，石墨舟的各部件的相对位置如图2所示。滑块推到图2位置，母液槽201和衬底槽301上下对正。石墨舟在薄膜生长结束后，滑块2推到如图3所示位置，带动控制栓4移动，使可翻转衬底托板3翻转，从而衬底倾斜。在高温下，残留母液成液态，受重力作用流入残留母液收集槽中101，与生长薄膜分离。
本发明的优点在于：本发明不但能够实现传统的水平式液相外延生长半导体单晶薄膜，而且能够通过滑块滑动，带动控制栓的移动，从而使可翻转衬底托板的倾斜，在高温时，衬底上的残留母液呈液态的情况下，残留母液受重力作用流入残留母液收集槽，减少了薄膜表面母液残留，增大了薄膜的可用面积。
附图说明
图1为生长前石墨舟的剖面结构示意图。
图2为生长时石墨舟的剖面结构示意图。
图3为生长后石墨舟的剖面结构示意图。
图4为石墨舟结构的俯视示意图。
图5为石墨舟剖面结构局部放大示意图。
图6为可翻转衬底托板截面示意图。
图7为石墨舟底板俯视示意图。
图8为石墨舟底座的俯视图。
图中：1-底板，101-残留母液收集槽，102-底板上放置转轴的圆孔，103-放置控制栓的方孔，104-控制滑块方向的卡槽，105-安装可翻转衬底板的孔，2-滑块，201-母液槽，3-可翻转衬底托板，301-衬底槽，302-可翻转衬底托板上放置转轴的圆孔，4-控制栓，5-转动轴，6-底座，601-放置底板的卡槽。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步具体说明：
本发明一种防止母液大面积残留的石墨舟剖面结构如图1所示，它包括底板1、滑块2、可翻转衬底托板3、控制栓4、转动轴5、底座6。底板1上开有残留母液收集槽101，和安装转动轴5的圆孔102，安装控制栓4的方孔103，控制滑块2方向的卡槽104，和安装可翻转衬底板3的孔105。滑块2上开有一个用于放置薄膜生长母液的母液槽201。滑块2放在底板1上面的卡槽内104，可以左右自由滑动。如图6所示，可翻转衬底托板3上，有放置衬底的衬底槽301，和一个安装转动轴5的圆孔302。控制栓4通过方孔103安装在底板1上，可以左右滑动。如图4所示，通过转动轴5，插入圆孔102和302把可翻转衬底托板3安装在底板1上。如图1所示，底板1放在底座6的卡槽601中。如图6所示，可翻转衬底托板3两端呈楔形，截面是平行四边形。如图3所示，底板1上开有安装可翻转衬底托板3孔105的形状，正好和可翻转衬底托板3吻合。如图2所示，当控制栓4没有抽出时，可翻转衬底托板3与底板1上的孔105正好吻合，表面平整，缝隙闭合。
本发明的关键尺寸要求：
(1)底板1上安装翻转衬底板的孔105的截面形状如图3与可翻转衬底托板3截面形状相吻合。两端成楔形，角度为45度，如图5所示。
(2)滑块2上的母液槽201为正方形，如图4所示，边长为a，要略小于正方形衬底槽301的边长b，小于0.5-1毫米为宜。
(3)可翻转衬底托板3，如图6所示，两端呈楔形，截面成平行四边形。两端的角度为45度。
(4)控制栓4右端成楔形，角度为30度为宜。左端的高度与滑块2上表面相平，如图3所示。
(5)转动轴5为圆柱形。如图4所示，转动轴5恰好穿过底板1上圆孔102和可翻转衬底托板3上圆孔302，把底板1和可翻转衬底托板3组合在一起，并使可翻转衬底托板可以自由转动。
(6)底座6的宽度和底板1的宽度相等。底板1恰好放在底座1上的卡槽601内，不左右移动。
以平衡冷却法为例，本发明的一般使用步骤为：
(1)将原料放进滑块2的母液槽201中，将衬底放在衬底槽301中，并把整个石墨舟放进石英管，其部件相对位置如图1所示。抽真空后，通入氢气，开始加热升温。到达一定温度，一般高于生长温度T_g50摄氏度时，保温一定时间使溶液均匀一致。
(2)按一定速率n℃/min降温，当到达生长温度T_g时，把滑块2推到如图2所示位置，母液槽201和衬底槽301对正。母液与衬底充分接触，单晶薄膜开始生长。
(3)单晶薄膜生长结束后，滑块2推到如图3所示位置，这时控制栓4，被滑块推到如图3位置。可翻转衬底托板3倾斜到图3所示位置。薄膜表面残液流到残液收集槽101，与生长薄膜分离。整个生长过程结束。