[发明专利]用于薄膜材料生长的感应加热装置

说明书

本公开提供了一种用于薄膜材料生长的感应加热装置，包括：托盘；以及感应线圈，设置于托盘下方，用于对托盘进行加热；其中，感应线圈为平面螺旋形，且包括p匝线圈：第1匝线圈为感应线圈的最内匝线圈，第p匝线圈为最外匝线圈，第m匝线圈和第n匝线圈均位于第1匝线圈和第p匝线圈之间，1＜m＜n＜p；第1匝至第m匝线圈中任意相邻两匝线圈的间距和第n匝至第p匝线圈中任意相邻两匝线圈的间距均小于第m匝至第n匝线圈中任意相邻两匝线圈的匝间间距。本公开提供的感应加热装置，提高了托盘整体的温度均匀性和托盘中心区域的温度，且满足了大尺寸多片式的薄膜材料在高温下生长的需求，提高了生长薄膜材料的效率和质量。

技术领域

本公开涉及薄膜材料生长装备制造领域，尤其涉及一种用于薄膜材料生长的感应加热装置。

背景技术

金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备是化合物半导体材料外延生长的关键设备之一，其特别适合于半导体工业的大规模生产，是近年来外延生长氮化镓、磷化铟、砷化镓、氧化锌等化合物半导体最主要的设备。直接影响半导体材料外延生产能力和质量好坏的最重要因素便是生长时衬底片的温度及温度的均匀性。衬底片是放置在托盘上通过热传导方式被加热升温的，因此如何提高托盘的最高温度和温度均匀性是非常关键的问题。

目前MOCVD设备的加热方式大部分采用电阻片或电阻丝进行直流加热，通过电阻片或电阻丝自身的发热升温，再以热辐射的方式将热量传递给托盘使其温度升高。这种加热方式虽然具有设计简单、温度均匀性好的优点，但是对于高温生长薄膜材料的应用却具有升温能力有限且效率较低的缺陷，并且在此种加热方式条件下，生长温度一般不高于1300℃。感应加热是利用电磁感应的原理，即感应线圈中的交流电在空间中产生交变磁场，托盘处于此交变磁场中而在自身内部产生感应电动势进而产生涡流发热，此种加热方式具有加热效率高、升温快、生长温度高等优点。目前有通过采用多区域感应加热的方式，其中感应线圈位于托盘正下方，对不同区域的感应线圈施加不同的功率来提高温度的均匀分布。但由于需要同时控制多个感应电源以及考虑到腔室内复杂的电磁感应现象，各区域感应线圈会互相影响，增加了调试和控制的难度。由于交流电的趋肤效应和复杂的电磁分布，利用感应加热提升托盘温度的均匀性仍需进一步的研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本公开提供了一种用于薄膜材料生长的感应加热装置，提高了托盘整体的温度均匀性和托盘中心区域的温度。本公开提供的感应加热装置满足了大尺寸多片式的薄膜材料在高温下生长的需求，提高了生长薄膜材料的效率和质量。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种用于薄膜材料生长的感应加热装置，包括：托盘；以及感应线圈，设置于所述托盘下方，用于对所述托盘进行加热；其中，所述感应线圈为平面螺旋形，且包括p匝线圈：第1匝线圈为所述感应线圈的最内匝线圈，第p匝线圈为最外匝线圈，第m匝线圈和第n匝线圈均位于所述第1匝线圈和所述第p匝线圈之间，1＜m＜n＜p；第1匝至第m匝线圈中任意相邻两匝线圈的间距和第n匝至第p匝线圈中任意相邻两匝线圈的间距均小于第m匝至第n匝线圈中任意相邻两匝线圈的匝间间距。

在本公开的一些实施例中，还包括：金属旋转轴，与所述托盘相连，用于带动托盘旋转；以及电阻加热片，设置于所述托盘下方且环绕所述金属旋转轴的上端部，用于对所述金属旋转轴加热。

在本公开的一些实施例中，所述平面螺旋形感应线圈由空心的导电金属管绕制而成。

在本公开的一些实施例中，所述导电金属管的空心区域形成第一冷却通道，用于冷却所述感应线圈；所述金属旋转轴内设有第二冷却通道，用于冷却金属旋转轴。

在本公开的一些实施例中，所述电阻加热片和所述感应线圈均与托盘、金属旋转轴之间存在间隔。

在本公开的一些实施例中，所述感应线圈与所述电阻加热片之间存在间隔。