本發(fā)明涉及紅外探測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種用于碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟。

背景技術(shù)：

由于碲鎘汞材料是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料且具有可調(diào)的禁帶寬度，可以覆蓋整個(gè)紅外波段，因此碲鎘汞材料從70年代就開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于制備不同類型的紅外探測(cè)器，當(dāng)前已經(jīng)成為紅外探測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的探測(cè)器材料。經(jīng)過(guò)近三十年的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)能夠采用LPE、MOVPE以及MBE等多種方法制備出許多高質(zhì)量的Hg_1-xCd_xTe外延薄膜和高性能的紅外探測(cè)器件。準(zhǔn)平衡態(tài)生長(zhǎng)是液相外延的優(yōu)點(diǎn)，所生長(zhǎng)晶體的結(jié)構(gòu)完整性非常好，除了襯底缺陷的延伸外，碲鎘汞液相外延本身可以做到幾乎不引入任何新的缺陷。另外，液相外延的設(shè)備成本和運(yùn)行成本均遠(yuǎn)低于分子束外延和金屬有機(jī)氣相外延，而且其成品率和產(chǎn)能都不亞于這些技術(shù)。因此，液相外延依然是制備碲鎘汞外延材料的主流技術(shù)之一。

圍繞碲鎘汞液相外延發(fā)展起來(lái)的工藝技術(shù)有很多，富碲推舟式碲鎘汞液相外延的最大優(yōu)點(diǎn)是工藝的可重復(fù)性非常好，每次工藝都采用嚴(yán)格定量的成分相同的母液作為源材料，石墨舟的加工技術(shù)和現(xiàn)代的控溫技術(shù)足以保證每次工藝過(guò)程中母液中原子通過(guò)縫隙向外泄漏的量很小且可重復(fù)，第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只要改變母液的成分，即可實(shí)現(xiàn)不同組分的碲鎘汞材料生長(zhǎng)。但是，除了生長(zhǎng)機(jī)制決定的特征形貌外，液相外延表面會(huì)出現(xiàn)厚度高差引起的宏觀波紋，而且這種現(xiàn)象在采用HgTe粉末作為母液平衡生長(zhǎng)所需汞源的水平推舟工藝中比較明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了改善水平液相外延生長(zhǎng)的碲鎘汞薄膜的表面形貌及厚度均勻性，本發(fā)明提供了一種用于碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟。

本發(fā)明提供的用于碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟，包括：上蓋、底托、滑條和母液槽；所述底托為包括一條底邊和兩條側(cè)邊的凹槽，所述滑條和所述母液槽放置在所述凹槽內(nèi)，所述母液槽固定在所述凹槽的上端，且所述母液槽的上表面與所述兩條側(cè)邊的上表面平齊，所述滑條位于所述母液槽與所述底托的底邊之間，且可與所述母液槽沿所述底邊進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，所述上蓋為實(shí)心結(jié)構(gòu)，覆蓋在所述底托的側(cè)邊和所述母液槽上，在所述上蓋內(nèi)部設(shè)有引流通道，且所述引流通道的起點(diǎn)和終點(diǎn)均位于所述上蓋與所述母液槽的接觸面上。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明實(shí)施例在上蓋內(nèi)部設(shè)置引流槽，可以一定程度上改善水平液相外延時(shí)生長(zhǎng)過(guò)程中的溫場(chǎng)、氣流、氣相分布及汞壓，進(jìn)而改善碲鎘汞薄膜的表面形貌及厚度均勻性的問(wèn)題，利用石墨舟外延所得的碲鎘汞薄膜厚度均勻性良好，采用傅里葉紅外光譜儀測(cè)量碲鎘汞薄膜的厚度均勻性，相較于常規(guī)石墨舟，相近厚度的碲鎘汞薄膜的厚度標(biāo)準(zhǔn)偏差得到明顯改善。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例用于碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟的裝配示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例將石墨舟上蓋縱拋后得到的一種引流通道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例石墨舟的上蓋與母液槽接觸面的主視圖；

其中，1、上蓋；2、底托；3、滑條；4、母液槽；11、引流通道；12、引流槽；13、垂直孔道；14、引流通道的起點(diǎn)；15、引流通道的終點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開(kāi)的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開(kāi)，并且能夠?qū)⒈竟_(kāi)的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本申請(qǐng)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，液相外延表面由于厚度高差引起的宏觀波紋是由石墨腔體的泄漏和溫場(chǎng)分布的不均勻而引起的。石墨腔體內(nèi)汞和碲蒸氣的泄漏將導(dǎo)致母液上方的氣相出現(xiàn)不均勻，它與溫度不均勻性一起將在氣相和母液中引發(fā)不均勻蒸發(fā)及對(duì)流效應(yīng)，進(jìn)而造成母液溫度和成分出現(xiàn)不均勻，表面各點(diǎn)外延速率出現(xiàn)差異。

為了改善水平液相外延生長(zhǎng)的碲鎘汞薄膜的表面形貌及厚度均勻性，本發(fā)明提供了一種用于碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟，以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種用于碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟，圖1是本發(fā)明實(shí)施例用于碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟的裝配示意圖；如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟，包括：上蓋1、底托2、滑條3和母液槽4；所述底托2為包括一條底邊和兩條側(cè)邊的凹槽，所述滑條3和所述母液槽4放置在所述凹槽內(nèi)，所述母液槽4固定在所述凹槽的上端，且所述母液槽3的上表面與所述兩條側(cè)邊的上表面平齊，所述滑條3位于所述母液槽4與所述底托2的底邊之間，且可與所述母液槽4沿所述底邊進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，所述上蓋1為實(shí)心結(jié)構(gòu)，覆蓋在所述底托2的側(cè)邊和所述母液槽4上，在所述上蓋1內(nèi)部設(shè)有引流通道11，且所述引流通道的起點(diǎn)14和所述引流通道的終點(diǎn)15均位于所述上蓋1與所述母液槽4的接觸面上。

近圓柱形的石墨舟可分為外殼及內(nèi)部?jī)蓚€(gè)部分，外殼結(jié)構(gòu)分為上蓋1和底托2兩個(gè)部分，中間用螺釘進(jìn)行閉合，以保證石墨舟的密封性；內(nèi)部分為母液槽4和滑條3兩個(gè)部分。

具體的，所述引流通道11的縱剖面為半圓形，圖2是本發(fā)明實(shí)施例將石墨舟上蓋縱拋后得到的一種引流通道的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體的，所述引流通道11在所述上蓋1內(nèi)沿所述滑條移動(dòng)的方向延伸，組成引流腔體，所述引流腔體在所述上蓋1與所述母液槽4的接觸面上形成兩條引流槽12，圖3是本發(fā)明實(shí)施例石墨舟的上蓋與母液槽接觸面的主視圖，在圖3中可以看到在上蓋與母液槽的接觸面有兩個(gè)平行的引流槽12。

如圖2和圖3所示，所述引流腔體還包括由所述引流通道11距離所述上蓋1與所述母液槽4的接觸面的最高點(diǎn)到所述上蓋1與所述母液槽3的接觸面的垂直孔道13。在圖3中，所述垂直孔道13的數(shù)量為3個(gè)。

具體的，如圖2和圖3所示，所述上蓋1的橫截面為半圓形。區(qū)別于常規(guī)的石墨舟結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)施例將原有的方形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改善，最終得到近圓柱形的石墨舟。

具體的，所述滑條3上設(shè)有用于放置碲鎘汞襯底的凹槽；所述母液槽4上分別設(shè)有用于放置碲化汞材料和碲鎘汞母液的凹槽。

具體的，所述母液槽4上還設(shè)有流體槽，所述流體槽的位置與所述上蓋上流體槽12的位置相對(duì)應(yīng)。

更具體的，所述母液槽上的流體槽與所述放置碲化汞材料和放置碲鎘汞母液的凹槽相通。

本發(fā)明實(shí)施例采用近圓柱形外形的石墨舟，配合上蓋內(nèi)部引流槽的設(shè)計(jì)，可以一定程度上改善水平液相外延時(shí)的氣流、氣相分布及汞壓，可有效改善碲鎘汞薄膜的表面形貌及厚度均勻性，從而降低后續(xù)器件工藝的難度，提高器件性能，解決了由于厚度均勻性造成的減薄工藝、互聯(lián)失效、底紋等一系列問(wèn)題，對(duì)器件性能的提高有較大貢獻(xiàn)。

為了更加詳細(xì)的說(shuō)明實(shí)施例的碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟，結(jié)合圖1給出本發(fā)明碲鎘汞薄膜水平液相外延生長(zhǎng)的石墨舟的使用方法，具體包括以下步驟：

1、采用丙酮及無(wú)水乙醇對(duì)碲鋅鎘襯底進(jìn)行表面清洗，然后采用0.5％溴-甲醇腐蝕液腐蝕襯底約30s；

2、將滑條放置于底托上，調(diào)好滑條的位置，在滑條的1#襯底位置放入經(jīng)過(guò)清洗腐蝕處理的碲鋅鎘襯底；

3、將母液槽放置于滑條上部，在母液槽1#位置放入用于生長(zhǎng)過(guò)程中補(bǔ)償汞蒸汽揮發(fā)的碲化汞材料；

4、在母液槽2#位置放入碲鎘汞母液，用于外延不同波段的碲鎘汞薄膜，然后放置吸片；

5、將經(jīng)過(guò)特殊氣流槽設(shè)計(jì)的上蓋用螺釘與底托進(jìn)行固定；

6、將石墨舟放入水平液相外延爐中按設(shè)定好的生長(zhǎng)程序外延碲鎘汞薄膜，到達(dá)生長(zhǎng)溫度時(shí)，通過(guò)石墨舟中的滑條與母液槽的相對(duì)移動(dòng)使碲鋅鎘襯底進(jìn)入到熔化后的碲鎘汞母液下方開(kāi)始外延生長(zhǎng)碲鎘汞薄膜，生長(zhǎng)時(shí)降溫速率保持在0.1℃/min，生長(zhǎng)一定厚度后，通過(guò)滑條移動(dòng)，分離襯底和剩余母液；

7、生長(zhǎng)結(jié)束后，快速降溫至室溫，生長(zhǎng)結(jié)束取出石墨舟。

綜上所述，依照本發(fā)明的新型石墨舟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在碲鎘汞薄膜液相外延生長(zhǎng)過(guò)程中，可以有效改善蒸汽壓及氣流，實(shí)現(xiàn)碲鎘汞薄膜在生長(zhǎng)過(guò)程中更加接近平衡狀態(tài)的生長(zhǎng)方式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在生長(zhǎng)后的碲鎘汞薄膜在厚度一致性方面具有良好的改進(jìn)，節(jié)約了生長(zhǎng)時(shí)間，有效提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也有效降低了后續(xù)器件工藝的工藝難度。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。