[发明专利]一种汞源炉及其补充汞液的方法

说明书

本发明公开了一种汞源炉，包括位于真空腔室外部的料罐、阀控组件、输送管道、以及位于真空腔室内部的喷射管，所述料罐、所述输送管道和所述喷射管依次连通，所述料罐上设有真空阀、注液阀和排液阀，所述阀控组件设于所述输送管道上，阀控组件包括并联的截止阀和计量阀，所述截止阀的流导大于所述计量阀的流导。本发明用较小流导的计量阀来控制汞流量，减小阀门开关对料罐内汞蒸气压力的影响，束流稳定性好，控制精度高，响应速度快；用较大流导的截止阀来快速抽真空，借助真空腔室的泵组来获得高真空状态，不需要配置额外的汞液补充装置，结构简单，有效，可以在不破坏生长腔室真空环境的情况下实现快速汞液补充。

技术领域

本发明涉及半导体设备及其使用方法，尤其涉及一种汞源炉及其补充汞液的方法。

背景技术

碲镉汞材料在红外探测器技术领域一直处于主流地位，碲镉汞材料制备的探测器能够覆盖整个红外波段，从短波到甚长波，各个波段的探测器都展现出了极佳的性能。主流的碲镉汞材料分子束外延技术已从3英寸成功转换到4英寸生长，达到工程应用对碲镉汞材料所需的各项指标要求。

碲镉汞材料分子束外延设备中汞源炉的设计极为关键，这是由于汞的特殊性决定的：汞在常温下呈液态，汞蒸气压力对温度的变化极为敏感，远高于其他固态源料，且汞的粘附系数只有碲、镉的百分之一至千分之一的水平，在碲镉汞材料外延生长过程中汞的消耗量较大，汞的装载量往往制约着可连续生长材料的片数，因此要求汞源炉可在不破坏生长腔室真空环境的情况下实现快速汞液补充。

气体流过狭小孔隙，当上下游压力差足够大时会产生阻塞流现象，气体流量主要取决于上游高压侧的气压，下游流量Q_down与上游压力P_up呈线性关系Q_down＝C(T,γ,M,r)·P_up，式中C是节流孔处的流导，与气体的温度T、热容比γ、分子量M和孔隙半径r相关。汞源炉工作在工艺温度时，上游料罐内压力在几Torr量级，下游真空腔室内压力在10^-7～10^-6Torr水平，阀门相当于节流孔，两侧压力差极大，满足阻塞流产生条件。

现有汞源炉在料罐与真空腔室之间仅配置一个阀门用于流量控制，同时配置额外的汞液补充装置，汞液补充装置包括补充料罐、隔离阀、注/排液管道、充气阀、抽气阀、液位监测装置等。装卸料时，先关闭汞源炉料罐和补充料罐之间的隔离阀，完成对补充料罐的汞液加注操作，再打开隔离阀，通过对补充料罐进行充氮气操作来将补充料罐中的汞液压入至汞源炉料罐中，或通过对补充料罐进行抽真空操作来将汞源炉料罐中汞液排空至补充料罐中，操作较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便，可以在不破坏生长腔室真空环境的情况下实现快速汞液补充的汞源炉。

本发明进一步提供一种上述汞液炉补充汞液的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种汞源炉，包括位于真空腔室外部的料罐、阀控组件、输送管道、以及位于真空腔室内部的喷射管，所述料罐、所述输送管道和所述喷射管依次连通，所述料罐上设有真空阀、注液阀和排液阀，所述阀控组件设于所述输送管道上，阀控组件包括并联的截止阀和计量阀，所述截止阀的流导大于所述计量阀的流导。

作为上述技术方案的进一步改进：所述料罐、所述阀控组件、所述输送管道和所述喷射管沿汞蒸气输送方向温度逐渐升高。

作为上述技术方案的进一步改进：所述料罐的温度为180℃至190℃，所述阀控组件的温度为190℃至200℃，所述输送管道的温度为200℃至210℃，所述喷射管的温度为350℃至400℃。

作为上述技术方案的进一步改进：所述料罐配设有料罐加热器，所述阀控组件配设有阀门加热器或与所述料罐共用加热器，所述喷射管配设有喷射管加热器。