【摘要】：分子束外延成膜是新材料開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)之一,推動了以微結(jié)構(gòu)材料為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件的發(fā)展,擴(kuò)展了半導(dǎo)體科學(xué)的領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用到金屬,絕緣體和超導(dǎo)材料的生長中,在基礎(chǔ)研究和工業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮了巨大的作用。超高真空、樣品襯底溫控和蒸發(fā)源性能是該技術(shù)的核心。在超導(dǎo)材料和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的薄膜生長過程中,蒸發(fā)源作為主要蒸發(fā)裝置,可蒸鍍多種金屬。要求蒸發(fā)源完全符合超高真空設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),以保證薄膜成分的精確控制;要求蒸發(fā)源可實(shí)現(xiàn)高溫加熱,從而對多種金屬進(jìn)行蒸發(fā);要求蒸發(fā)源溫度精確可控,以實(shí)現(xiàn)薄膜的穩(wěn)定生長和單原子層的控制。目前我國對低溫蒸發(fā)源的研究還停留在探索階段,技術(shù)還未系統(tǒng)化,國內(nèi)所用低溫蒸發(fā)源大量來源于國外。為此,本文在綜合國際上蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)特征與優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,研發(fā)制作了可用于蒸鍍堿金屬,高蒸氣壓金屬,有機(jī)物的低溫蒸發(fā)源。本文首先結(jié)合低溫蒸發(fā)源的理論分析與結(jié)構(gòu)要求,確定了由蒸發(fā)裝置、加熱裝置、冷卻裝置、測溫裝置和連接裝置五部分構(gòu)成的低溫蒸發(fā)源的總體設(shè)計方案。根據(jù)低溫蒸發(fā)源使用時真空環(huán)境要求,分析了各部分零件材料選擇。然后建立了低溫蒸發(fā)源蒸發(fā)裝置和冷卻裝置的初始模型,利用ANSYS仿真軟件中的Mutiphysics模塊,通過控制有無冷卻水罩和屏蔽罩,在不同的條件下分析坩堝內(nèi)部溫度變化,以此驗證冷卻水對坩堝的降溫作用。根據(jù)所需真空系統(tǒng)使用要求,搭建了小型真空系統(tǒng)實(shí)驗平臺對所設(shè)計的低溫蒸發(fā)源進(jìn)行性能測試。測試結(jié)果得出:該蒸發(fā)源束流穩(wěn)定,成膜均勻,蒸發(fā)溫度在80～1000℃之間連續(xù)可調(diào),溫度精確度1℃,能夠在較短的時間內(nèi)達(dá)到熱穩(wěn)定,并滿足分子束外延蒸發(fā)源的各項指標(biāo)要求。該低溫蒸發(fā)源的成功研發(fā),為我國真空設(shè)備領(lǐng)域積累了一定設(shè)計技術(shù)經(jīng)驗,對推動我國蒸發(fā)源產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新具有重要意義。
【圖文】：

化學(xué)方法在待鍍材料表面涂覆一層特定性能的薄膜，使固體表面具有特定性能，如耐磨逡逑損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣等［２］。常見的鍍膜方法如下逡逑圖１．１所示，因物理成膜方法不會改變物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，被人們廣泛使用。逡逑ｒ邐電阻加熱蒸發(fā)逡逑電子束轟擊加熱蒸發(fā)逡逑，，邐物理方法ＰＶＤ邐＼邐脈沖激光加熱蒸發(fā)逡逑＿邐磁控濺射逡逑鍍邐邐逡逑膜邋ｊ邐Ｌ邐分子束外延逡逑技］邐邐邐邐逡逑術(shù)邐邐逡逑「邐熱邋ＣＶＤ逡逑化學(xué)方法ＣＶＤ邐＼邐等離子增強(qiáng)ＣＶＤ逡逑有機(jī)金屬ＣＶＤ逡逑圖１．１常用鍍膜方法逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｏｍｍｏｎ邋ｃｏａｔｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑分子束外延技術(shù)是制備薄膜材料的主要方法之一，在高真空狀態(tài)下，將待鍍原材放逡逑置蒸發(fā)容器內(nèi)，待鍍原材被加熱蒸發(fā)形成原子或分子束，入射到被加熱的清潔的襯底上逡逑而沉積生成薄膜［３］。分子束外延過程可以直接監(jiān)控分子束的強(qiáng)度，種類以及量的變化，逡逑１逡逑

分子束外延系統(tǒng)中的超高真空（ｌ0＇８Ｐａ）環(huán)境，腔室中幾乎沒有雜質(zhì)氣體，能保證源分逡逑子和原子順利的沉積到襯底表面，實(shí)現(xiàn)清潔鍍膜。分子束外延生長將經(jīng)歷以下過程，如逡逑圖１．３所示。逡逑（１）
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN304.05

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2599769