Установка для получения многослойных полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом жидкофазной эпитаксии

 

Изобретение относится к технологии полупроводников, в частности к технологии выращивания полупроводниковых гетероструктур методом жидкофазной эпитаксии, и может быть использовано для получения квантово-размерных периодических структур с супертонкими активными слоями с целью создания на их основе, например, температурно-стабильных лазеров, быстродействующих транзисторов и т.д. Целью предлагаемого изобретения является повышение качества за счет увеличения однородности слоев по толщине. Цель достигается тем, что в установке для получения многослойных полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом жидкофазной эпитаксии, включающим кварцевый реактор с размещенной в нем кассетой для расплавов, подвижная часть которой посредством штока через вакуумное уплотнение в фланце реактора соединена с электродвигателем, электродвигатель выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя с блоком управления и размещенным в нем устройством задания величины скорости движения, а вакуумное уплотнение выполнено с электромагнитным клапаном для регулировки степени уплотнения штока. 6 ил.

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4635340/26 (22) 13.01.89 (46) 30.08.91. Бюл, ¹ 32 (71) Физико-технический институт им. А.Ф,Иоффе (72) И.Н.Арсентьев, А.В.Васильев, Д,З.Гарбузов и Е.В.Журавкевич (53) 66.012-52(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1244780, кл. Н 02 P 7/62, 1984.

Установка "Сплав-2". Техническое описание и инструкция по эксплуатации Ю1М1.

212.017 ТО. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР

МЕТОДОМ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ (57) Изобретение относится к технологии полупроводников, в частности к технологии вы ращиван ия пол уп ро водниковых гетеро-. структур методом жидкофазной эпитаксии, и может быть использовано для получения квантово-размерных периодических струкИзобретение относится к технологии полупроводников, в частности к технологии выращивания полупроводниковых гетероструктур методом жидкофазной эпитаксии, и может быть использовано для получения квантово-размерных периодических структур с супертонкими активными слоями с целью создания на их основе, например, температурно-стабильных лазеоов, быстродействующих транзисторов и т.д, Цель изобретения — получение эпитаксиальных слоев субмикронной толщины и увеличение их однородности.

БЫ 1674295 А1 (si1s Н 01 (21/208 G 05 D 27/00 тур с "упертонкими активными слоями с целью создания на их основе, например, температурно-стабил ьных лазеров, быстродействующих транзисторов и т.д. Целью предлагаемого изобретения является повышение качества за счет увеличения однородности слоев по толщине. Цель достигается тем, что в установке для получения многослойных полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом жидкофазной эпитаксии, включающей кварцевый реактор с размещенной в нем кассетой для расплавов, подвижная часть которой посредством штока через вакуумное уплотнение во фланце реактора соединена с электродвигателем, электродвигатель выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя с блоком управления и размещенным в нем устройст- у вом задания величины скорости движения, а вакуумное уплотнение выполнено с электромагнитнь1м клапаном для регулировки степени уплотнения штока. б ил.

На фиг,1 приведена схема установки; на фиг.2 — блок-схема устройства задания (за-. датчика) скорости движения; на фиг.3 — захват штока; на фиг.4 — вакуумное уплотнение с электромагнитным клапаном; на фиг.5 — кривая дифракционного отражения структуры; на фиг.б — скол структуры.

В состав установки входят регистр 1 (требуемого) адреса, регистр 2 (действительного) адреса, сумматор 3, устройство 4 задания величины скорости (задатчик скорости), цифроаналоговый преобразователь 5, дифференциальный сервоусилитель 6, усили1674295

55 тель 7 мощности, линейный двигатель (привод) 8, схема 9 отсчета адреса (счетчик адреса), датчик 10 с усилителем (таходатчик с тахоусилителем), электромагнитный захват

11 штока, вакуумное уплотнение 12 с электромагнитным клапанам и кварцевый реактор 13, Устройство задания скорости движения содержит цифровой коммутатор 14, дешифратор 15, управляющий работой цифрового коммутатора по входу О, вход 16 кода скорости, вход 17 кода, поступающего от сумматора, выход 18 кода, поступающего к аналого-цифровому преобразователю.

В состав захватов штока входят электомагнит 19, тяга 20, неподвижная часть 21 захвата, подвижная часть 22 захвата и шток 23, Вакуумное уплотнение содержит шток

23, фланец 24 реактора, катушку 25 электромагнита, якорь 26 электромагнита, пружину

27 и резиновые прокладки 28.

Установка работае следующим образом, Линейный двигатель состоит из неподвижного постоянного магнита с магнитопроводом и подвижной катушки, Направление и скорость движения катушки определяются направлением и величиной тока в ней. К катушке прикреплена подвижная каретка, на которой размещается электромагнитный захват штока. Шток через вакуумное уплотнение с электромагнитным клапаном во фланце реактора механически соединен с подвижной частью (слайдером) графитовой кассеты и осуществляет ее перемещение, Любое перемещение двигателя начинается с задания устройству управления двух параметров: требуемого (конечного) адреса и скорости движения, Восьмиразрядный код адреса А записывается в регистр 1 требуемого адреса. Этот адрес сравнивается с действительным (текушим) адресом, содержащимся в регистре 2 действительного адреса. Сумматор 3 вычисляет алгебраическую разность адресов, на которую должна переместиться каретка двигателя. Если вычисленная разность не равна нулю, то разрешается работа устройства 4 задания величины скорости, на вход которого поступает код заданной скорости движения В.

Код скорости далее подается на вход цифроаналогового преобразователя 5. Аналоговый сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 5, определяющий величину скорости и направление движения, подается на неинвертирующий вход сервоусилителя 6, представляющего собой дифференциальный усилитель. На инвертиЪ рующий вход сервоусилителя 6 поступает сигнал отрицательной обратной связи с таходатчика, усиленный в тахоусилителе и пропорциональный скорости движения каретки двигателя. Отрицательная обратная связь позволяет компенсировать мгновенные отклонения от заданной скорости, что обеспечивает высокую стабильность скорости движения каретки двигателя. Разностный сигнал с выхода сервоусилителя 6 усиливается по мощности усилителем 7 и подается на обмотку линейного двигателя 8, приводя в движение каретку. При движении каретки через каждое определенное расстояние на выходе схемы 9 отсчета адреса формируется импульс, изменяющий содержимое регистра 2 действительного адреса на единицу. Изменение адреса происходит в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от направления движения, а разность между содержимым регистра требуемого адреса и регистра действительного адреса всегда уменьшается.

При достижении нулевой разности запрещается работа схемы задания величины скорости движения и двигатель останавливается.

На подвижной каретке двигателя 8 расположен захват 11 штока, через который передается движение подвижной части кассеты, расположенной в кварцевом реакторе

13. Шток в реактор проходит через вакуумное уплотнение 12 с электромагнитным клапаном, расположенным на фланце реактора

13. Во время движения штока электромагнитный клапан приоткрывается, обеспечивая свободный ход штока в уплотнении, а во время остановок он закрывается, обеспечивая надежное уплотнение штока и предотвращая попадание воздуха в реактор. Таким образом, предлагаемая установка позволяет перемещать подложку под расплавами с постоянной стабилизированной скоростью заданной величины.

Пример, Создана автоматизированная установка для выращивания сверхтонких (10 см) полупроводниковых слоев методом жидкостной эпитаксии на движущуюся подложку;

Установка состоит из диффузионной печи "СДΠ— 125", кварцевого реактора с размещен ной внутри неподвижной графитовой кассетой с подвижной частью (слайдера), которая при помощи штока, проходящего через вакуумное уплотнение в фланце реактора, соединяется с линейным электромагнитным двигателем, Линейный двигатель имеет следующие характеристики:

Рабочий ход, мм 50

1674295

10

Светлые полосы соответствуют слоям

1по vGa0 зАзо ыРо з4, а тем н ы е — слоя м

tn0,8Gao,2À$0,42Ð0,58, тОлщины котОрых соо ветственно составляют около 200 и 300 А.

25 На фиг,4 приведена кривая дифракционноr0 отражения структуры, поперечный слой которой показан на фиг.5. В соответствии с данными фиг.5 период структуры, определенный под угловым расстояниям между са30 теллитами первого (+1СР) и второго порядка (+2СР), составляет около 520 A. Получение периодических многослойных структур и результаты электронно-зондовых исследований их сколов позволяют сделать вывод, что

35 разработанная автоматизированная установка может быть использована для создания однородных многослойных структур с супертонкими гетерозпитаксиальными слоями. Таким образом, предлагаемая уста40 новка по сравнению с известной, в которой толщины слоев составляют порядка

0,2-10 мкм, позволяет повысить однородность и уменьшить толщину эпитаксиальных слоев до 100 Д.

50

Шаг позиционирования, мм 0,25

Диапазон скоростей перемещения, м/с 0,01-2,5

Развиваемое усилие при движении, Н >50

Габаритные размеры, мм 500х260х220

Линейный двигатель подключен к блоку управления от накопителя на магнитных дисках ЕС 5052. В блоке управления s схему дешифратора скорости внесены изменения для возможности задания величины скорости движения от внешнего устройства.

Устройство для задания величины скорости движения представляет собой восьмиразрядный коммутатор цифровых сигналов, позволяет коммутировать нэ выход С либо код заданной скорости с входа

В, либо код, поступающий от сумматора на вход А. Коммутатор 14 управляется по входу

0 сигналом, поступающим иэ дешифратора

15, который определяет направление коммутации. В начале перемещения на выход коммутатора 14 поступает код заданной скорости движения по входу 16, За определенное расстояние до окончания перемещения, зависящее от величины скорости движения, дешифратор 15 изменяет управляющий сигнал на входе О и выход С коммутатора соединяется с входом А, на который поступает код (17) из сумматора. Этот код пропорционален расстоянию, оставшемуся до конца перемещения, и постоянно уменьшается, Он определяет скорость движения, и двигатель плавно останавливается.

Управление установкой осуществляется от вычислительного комплекса, от которого к блоку управления двигателем подаются восьмиразрядный код скорости к устройству задания величины скорости движения и восьмиразрядный код адреса к регистру требуемого адреса (фиг.1). Также осуществляется управление электромагнитным захватом штока и электромагнитом на вакуумном уплотнении штока. Перед перемещением слайдера с подложкой подается команда захвата штока, затем команда освобождения клапана в вакуумном уплотнении, затем к блоку управления подается код заданной скорости и требуемый адрес перемещения, после чего подвижная каретка двигателя с захваченным штоком перемещается в требуемое положение с заданной скоростью, 5

При включении электромагнита 19 (фиг.3) усилие через тягу 20 передается к подвижной части захвата 22 и шток 23 зажимается. При выключении электромагнита 19 захват 22 освобождает шток 23, В обычном состоянии электромагнитвыключен, пружина 27 толкает якорь электромагнита 26, он давит на резиновые прокладки 28, которые сжимают шток 23, обеспечивая герметизацию уплотнения.

При включении электромагнита якорь 26 втягивается внутрь электромагнита, резиновые прокладки 28 разжимаются и шток 23 может свободно ходить в уплотнении.

Исследования толщины, планэрности слоев и периода выращенных структур проводят на поперечном предварительно протравленном сколе с помощью регистрации сигнала вторичных электронов на электронном микроскопе EM-420, снабженном растровой приставкой. На фиг.5 приведено изображение скола структуры с чередование м сл о е в I no,TGao,зА80,88Ро,з4 и

In086ао,2Аэо42Ро,58 выращенных на.подложке InP с ориентацией (100), Формула изобретения

Установка для получения многослойных полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом жидкофазной эпитаксии, содержащая задатчик величины перемещения, кварцевый реактор с размещенной в нем кассетой для расплавов, подвижная часть которои посредством штока через вэкуумное уплотнение во фланце реактора соединена с линейным приводом, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью получения эпитэксиальных слоев субмикронной толщины и увеличения их однородности, в ее состав дополнительно введены регистр адреса, 1674295 реверсивный счетчик, задатчик скорости, цифроаналоговый преобразователь, дифференциальный сервоусилитель, усилитель мощности, счетчик адреса, датчик скорости с усилителем, электромагнитный захват 5 штока, а вакуумное уплотнение снабжено электромагнитным клапаном, в качестве линейного привода использован линейный электромагнитный двигатель, причем вход регистра адреса соединен с задатчиком 10 величины перемещения, а выход соединен с одним из входов сумматора, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика адреса, выход сумматора соединен с одним из входов задатчика скорости, вто- 15 рой вход которого соединен с. выходом задатчика перемещения, а выход эадатчика скорости соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального сервоусилителя, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с входом линейного привода, датчик скорости через усилитель соединен с инвертирующим входом дифференциального сервоусилителя, выход счетчика адреса соединен с входом реверсивного счетчика, при этом на линейном приводе размещены датчик скорости и электромагнитный захват штока.

1674295,7, оти. Ед.

-f0 фиг. b

Составитель А. Прусковцов

Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

Редактор А. Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2931 Тираж 365 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5