Испаритель для хелатных металлоорганических соединений

 

Использование: Электронная техника, а именно конструкции испарителей, используемых при получении пленочных полупроводниковых материалов из хелатных металлоорганических соединений (МОС). Сущность изобретения: в испарителе закрытого типа, содержащем корпус 1, входные и выходные патрубки 3 над поверхностью испарения,соосно с ней и испарителем, расположен защитный экран 5 с зазором по отношению к поверхности испарения, составляющим 0,2-3 см, а форма экрана, поверхности испарения и сечения подобны. Отношение площади поперечного сечения испарителя составляет 2,75-30, а к площади поверхности испарения 1,05-2, нижняя часть выходного патрубка выполнена в виде ловушки твердых продуктов, а отношение площади поперечного сечения ловушки к суммарной площади ее выходных отверстий составляет 3-35, при этом отношение расстояния от линии центров выходных отверстий до дна ловушки к диаметру поперечного сечения ловушки 2-20. СП с о со ел ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 23 С 16/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882932/26 (22) 19.11.90 (46) 23.09.92: Бюл. № 35 (71) Институт полупроводников АН УССР (72) Б.Л. Друзь и Ю.Н. Евтухов (56) Гришин B.M. и др, Аппаратура для диффузии и энитаксии. Обзоры по электронной технике. 1975, вып. 3, с, 282, Друзь Б,Л. и др. Газотранспортная установка для выращивания пленок с использованием хелатных металлоорганических соединений, ПТЭ, 1988, ¹ 5, с. 247. (54) ИСПАРИТЕЛЬ ДЛЯ ХЕЛАТНЫХ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (57) Использование: Электронная техника, а именно конструкции испарителей, используемых при получении пленочных полупроводниковых материалов из хелатных металлоорганических соединений (МОС).,, БЦ„„1763521 А1

Сущность изобретения: в испарителе закрытого типа, содержащем корпус 1, входные и выходные патрубки 3 над поверхностью испарения, соосно с ней и испарителем, расположен защитный экран 5 с зазором по отношению к поверхности испарения, составляющим 0,2 — 3 см, а форма экрана, поверхности испарения и сечения подобны.

Отношение площади поперечного сечения испарителя составляет 2,75 — 30, а к площади поверхности испарения 1,05 — 2, нижняя часть выходного патрубка выполнена в виде ловушки твердых продуктов, а отношение площади поперечного сечения ловушки к суммарной площади ее выходных отверстий составляет 3 — 35, при этом отношение расстояния от линии центров выходных отверстий до дна ловушки к диаметру поперечного сечения ловушки 2 — 20.

1763521

50

Изобретение относится к электронной технике, а именно к конструкции испарителей, используемых при получении пленочных полупроводниковых материалов из хелатных металлоорганических соединений (М О С).

Известны испарители барботажного типа, используемые при получении пленочных полупроводниковых материалов из МОС.

Недостатком испарителей такого типа является то, что при их работе происходит захват газом-носителем распыленных капелек

МОС, что нарушает состав парогазовой смеси (ПГС), а капельки жидкости, попадая в реакционную зону установки для выращивания пленок нарушают режим роста пленок и приводят к образованию в них различных дефектов. Для хелатных МОС, которые в расплавленном состоянии являются высоковязкими наблюдается также

"проскок" газа, т.е, укрупнение пузырьков и их "соединение" в "газовый шнур".

Частично этих осложнений можно избежать, используя испарители закрытого типа, в которых газ-носитель пропускают над поверхностью расплава хелатных МОС без барбатирования. Подобный испаритель выбран в качестве прототипа.

Недостатком испарителей этого типа, используемых при получении пленочных полупроводниковых материалов из хелатных

МОС, является попадание твердых продуктов пиролиза в источнике или вблизи него в растущий слой, что приводит к образованию нескольких типов ростовых дефектов, Это можно объяснить физико-химическими особенностями исходных пленкообразующих соединений хелатных МОС. Хелатные МОС при нормальных условиях, как правило, порошкообразные соединения с температурой плавления 100 — 200 С, Температура разложения этих МОС лежит примерно на

20 — 100 С выше температуры плавления (данные термического анализа). Эффективное испарение этих веществ наблюдается при температуре на 10 — 60 С выше температуры плавления, Однако частичное разложение протекает и при температурах ниже температуры разложения, что объясняется каталитическим воздействием валентно-силового поля поверхностей и автокаталитическим механизмом разложения. Рабочие температуры испарителя совпадают, а иногда даже превышают температуру начала разложения МОС.

Таким образом, при работе испарителя, в источнике и вблизи его поверхности протекает нежелательный пиролиз МОС, который может приводить к разложению от сотых до единиц процентов массы источни5

40 ка. Пиролиз, протекающий в жидкой фазе источника, сопровождается выделением газообразных продуктов разложения. Расплав как бы "кипит" и разбрызгивается, Капли MOC попадают в ПГС и транспортируются в реакционную зону установки, что нарушает режим роста пленок и приводит к образованию дефектов. Кроме того, у поверхности испарения, и в объеме испарителя протекает гомогенная реакция разложения, соп ровождающаяся выделением кристаллизуемого материала в газовой фазе в виде

"песка". Этот "песок" оседая на поверхности растущего слоя способствует образованию дополнительных дефектов; вростанию

"песка" в слой, маскированию поверхности (проколы) и др.

Цель изобретения — повышение качества полученных слоев за счет предотвращения попадания твердых продуктов пиролиза в источнике или вблизи него в растущий слой.

На чертеже изображен общий вид испарителя в разрезе.

Испаритель содержит корпус 1, в нижней части которого выполнено углубление 2 для помещения хелатного МОС, и по меньшей мере один входной патрубок 3, через который в него поступает газ-носитель и выходной патрубок 4, через который паро- газовая смесь газа-носителя и паров МОС выходит из испарителя. Над поверхностью испарения соосно с ней и испарителем расположен защитный экран 5 с зазором по отношению к поверхности испарения, составляющим 0,2 — 3 см. Форма экрана, поверхности испарения и сечения испарителя подобны. В случае если они имеют форму многоугольника, соответствующие их стороны параллельны, Отношение площади поперечного сечения испарителя и площади зазора между экраном и стенкой испарителя составляет 2,75 — 30, а к площади поверхности испарения 1,05-2, Нижняя часть выходного патрубка выполнена в виде ловушки твердых продуктов 6, а отношение площади поперечного сечения ловушки к суммарной площади ее выходных отверстий составляет 3 — 35, при этом отношение расстояния от линии центров выходных отверстий до дна ловушки к диаметру поперечного сечения ловушки 2 — 20, Сверху испаритель герметично закрывается крышкой 7, Испаритель работает следующим образом. После загрузки исходного пленкообразующего соединения на дно испарителя и его герметизации крышкой 7 испаритель продувают инертнымт газом-носителем и нагревают до температуры эффективного

1763521 испарения. При этих условиях в расплаве

МОС наблюдается незначительное разложение, которое сопровождается выделением газообразных продуктов, что приводит к

"кипению" и разбрызгиванию источника.

Капли расплава отражаются экраном и попадают обратно в источник, При этом газообразные продукты пиролиза выдавливают пары MOC из зазора между экраном и поверхностью испарения в объем испарителя.

Это снижает концентрацию паров МОС у поверхности испарения, и приводит к снижению вклада гомогейного пиролиза взазоре, Большая часть твердых продуктов

10 гомогенного пиролиза в зазоре так же остается в источнике. 4

Продукты гомогенного пиролиза, про текающего в объеме испарителя за экраном

5 и часть продуктов из зазора, задержанных экраном, попадают в ловушку 6 и остается на ее дне, Очищенная ПГС через выходные отверстия ловушки поступает в реакционную зону к покрываемой подложки (на рис. не показаны) и в результате гетерогенного

20 слой. Процесс испарения может продолжаться до полного истощения источника.

После этого на дне испарителя остаются только твердые продукты пиролиза в виде

30 халькогенидов или оксидов металлов.

В табл. 1 приведены данные по качеству слоев (количество дефектов на единицу площади), получаемых с использованием предложенного устройства в зависимости от конструктивных особенностей устройства

Получаемые слои — ZnS, Испаряемое вещество — диэтилдитиокарбамат цинка — (ДЭД1ф2п марки "ЧДА". Газ носитель — аргон.

Температура, при которой поддержива40 ется испаритель, т.е. температура эффективного испарения (P34KjzZn — 280 С (Тплавл. = 175 С, Траэл. = 312 — 315 С. В таблице используются следующие обозначения, где d — расстояние между экраном и поверхностью испарения, $ оп/хааа — отношение

45 площади поперечного сечения испарителя к площади зазора между экраном и стенкой испарителя, Яисп,/апов.исп. — отноше-. ние площади поперечного сечения

50 испарителя к площади поверхности испарения, $лов/$ отв — отношение площади поперечного сечения ловушки к суммарной пиролиза на ее поверхности осаждается 25 площади ее выходных отверстий, 1/D — отношение расстояния ат линии центров выходных отверстий до дна ловушки к диаметру поперечного сечения ловушки, n — количество

"мелких" дефектов на единицу поверхности

1 см ("песок" на поверхности слоя, твердые продукты гомогенного пиролиза, вросшие в слой, проколы, образовавшиеся вследствие маскирования поверхности подложки твердыми продуктами гомогенного пиролиза), m — количество "крупных" дефектов (пятна и образования, оставленные брызгами расплава хелатных МОС) на подложкуф30 мм.

Сравнительные данные по качеству получаемых слоев с использованием предложенного технического решения и прототипа представлены в табл, 2, где (ДПДТК) Си— дипропилдитиокарбамит меди, (АцАц)А!— ацетилацетонат алюминия.

С использованием испарителя могут быть получены следующие слои: CdS, 2nS, CdSe, InzSa, Cu2S, PbS, NiS, Сг25з, Сагыз, А!20з, ZnO, 1п20з и др, Формула изобретения

Испаритель для хелатных металлоорганических соединений при получении слоев на основе халькогенидов и оксидов металлов, содержащий корпус, входные и выходные патрубки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества получаемых слоев путем предотвращения попадания твердых продуктов пиролиза в источнике или вблизи него в растущий слой, он снабжен экраном, установленным над зеркалом испарения.соосно с ним, и испарителем с зазором по отношению к зеркалу испарения, составляющим 0,2 — 3 см; формы экрана, зеркала испарения и сечения испарителя подобны, причем отношение площади поперечного сечения испарителя к площади зазора между экраном и стенкой испарителя составляет 2,75 — 30, а к площади зеркала испарения 1,05-2, нижняя часть выходного патрубка выполнена в виде ловушки твердых продуктов, а отношение площади поперечного сечения ловушки к суммарной площади ее выходных отверстий составляет

3 — 35, при этом отношение расстояния от линии центров выходных отверстий до дна ловушки к диаметру поперечного сечения ловушки 2 — 20.

1763521

Таблица 1

Таблица 2

Составитель Ю. Евтухов

Редактор Н,Полионова Техред М.Моргентал Корректор Л.Ливренц

Заказ 3431 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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