[发明专利]具有自动警示功能的外延生产用可控压力顶笔装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有自动警示功能的外延生产用压力可控的顶笔装置。具体涉及一种外延过程装取片使用的顶笔装置，特别是当操作者施加在顶笔上的压力处于给定的范围时能够自动发出警示信号的顶笔装置。

背景技术

外延顶笔通常用于外延片生长前、后的装、取片过程中。在外延生长之前，需要借助外延顶笔的辅助将外延衬底片放置于石墨基座上，对于立式外延炉而言，操作者需要借助顶笔的支撑将硅衬底片置于石墨基座的安置凹槽内。外延生长完毕后，操作者通过类似的反向操作借助于顶笔将外延片取下。石墨基座在外延生长过程中为衬底片提供加热功能。然而，对于立式外延炉而言，由于石墨基座的安置凹槽与水平面的夹角接近90度，硅衬底片在自身重力的作用下，其上部和下部与基座接触的紧密程度不同，这通常会在外延生长过程中引起外延衬底片上下区域表面温度的差别，从而导致外延片的厚度均匀性和电阻率均匀性变差。值得指出的是，外延顶笔的另外一个重要作用，即通过对放入石墨基座安置凹槽内的衬底片表面特定位置施加顶压，达到衬底片和基座的紧密结合，保证在高温外延生长过程中衬底片表面具有均一的温度，从而得到具有良好厚度均匀性和电阻率均匀性的外延片。

现有的外延顶笔不具有压力控制的装置，操作者在使用外延顶笔对衬底片进行顶压时所施加的压力值难免会因人而异，从而得到的顶压效果差异很大，表现为生长出的同规格外延片的厚度均匀性和电阻率均匀性差别很大。此外，过大的顶片压力会引起衬底片内部的应力集中，在外延生长后很容易发生碎片现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自动警示功能的外延生产用可控压力顶笔装置，可以对所施加压力进行控制，特别是当操作者施加在顶笔上的压力处于给定的合适范围时能够自动发出警示信号的顶笔装置。

本发明的具有自动警示功能的外延生产用可控压力顶笔装置，包括顶笔头、笔身、滑杆、笔杆和压力调节和自动警示装置，压力调节和自动警示装置包括壳体、置于壳体中的两个弹簧座、钮扣电池和弹簧，第一弹簧座和第二弹簧座之间通过轴向孔形成滑动配合，弹簧位于两个弹簧座之间，处于压紧状态，第一弹簧座的顶端伸出壳体，第二弹簧座的顶端和钮扣电池接触，第一弹簧座的轴向孔内壁镶嵌有金属片，第二弹簧座的轴向杆上镶嵌有两片相互分离的金属片，该两片相互分离的金属片通过导线与安装在壳体上的警示灯相连。顶笔头紧固在笔身的一端，笔身的另一端设有中心螺纹孔和导向槽，笔杆的顶端设有与导向槽匹配的突出部分，滑杆和压力调节和自动警示装置置于笔杆中，滑杆的一端与笔身的中心螺纹孔螺纹连接，滑杆的另一端具有与笔杆中的环形面配合的凸台，凸台端面与第一弹簧座伸出壳体的一端接触，笔杆上有警示灯显示窗。

本发明的顶笔装置，在弹簧的弹性范围内，根据公式F_实际＝F_预紧力+kΔx，其中k为弹簧的弹性系数，设弹簧处于初始压紧状态时的预紧力为F_预紧力。在顶笔的使用过程中，当顶笔头顶压外延片的实际压力大于F_预紧力时，笔身和笔杆之间就会发生相对滑动。设笔身相对于笔杆的滑动距离为Δx，那么顶笔头施加在外延片上的实际压力为F_实际＝F_预紧力+kΔx。在实际使用时，当笔身相对于笔杆的滑动距离为L＜Δx＜L+D时，第一弹簧座轴向孔内壁的金属片和第二弹簧座轴向杆上的两片金属片接触，电路接通，警示灯亮，表明施加在顶笔上的压力处于给定的合适范围。上述L为顶笔头不受力时第一弹簧座轴向孔内壁的金属片和第二弹簧座轴向杆上的两片金属片之间的距离，D为金属片的长度。

本发明通过选择具有不同弹性系数k的弹簧以及调节弹簧的初始压紧状态，可以获得不同的预紧力F_预紧力；笔身相对于笔杆可滑动的距离范围可以通过滑杆的长度和滑杆旋入笔身中的深度进行调节，结合不同弹性系数k值的弹簧的选用，可以满足对实际压力值变化范围大小的调节；通过调整第一弹簧座轴向孔内壁的金属片和第二弹簧座轴向杆上金属片之间的距离以及金属片的长度，可以设置不同的L和D，从而能够根据实际的需要对顶笔设定不同的报警压力上下限，使顶笔的压力处于给定的压力范围时能够自动触发警示灯发光。

本发明具有下述技术效果：

1.能够根据外延片生产过程的不同需要，对顶笔设置不同的预紧压力值和变化范围。

2.当操作者施加在顶笔上的压力处于给定的压力范围内时，顶笔装置能够自动发出警示信号给予提示，保证操作者在使用顶笔时施加压力的一致性。

3.消除由于人为因素造成的顶片效果差别，提高外延片的电阻率一致性和厚度均匀性。

附图说明