專利名稱：一種用于mocvd設(shè)備的加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備半導(dǎo)體薄膜的技術(shù)，尤其涉及一種用于MOCVD設(shè)備的加熱器。
背景技術(shù)：
金屬有機化合物化學氣相沉積(Metal-organicChemical Vapor DePosition,簡稱M0CVD)是制備化合物半導(dǎo)體薄膜的一項關(guān)鍵技術(shù)。MOCVD設(shè)備主要包括氣路系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、反應(yīng)室和檢測及控制系統(tǒng)等幾個部分。其中加熱系統(tǒng)主要是對反應(yīng)發(fā)生的襯底進行加熱，提供反應(yīng)所需要的溫度，必須滿足加熱均勻，升溫降溫速度快，溫度穩(wěn)定時間短等要求?，F(xiàn)有加熱器存在以下不足和缺陷
I.加熱底座高溫抗蠕變性能較差。加熱底座工作時間長、溫度高，容易氧化以及變形， 并無法使用在氧化性氣氛中。2.溫場均勻性較差。對于生產(chǎn)型MOCVD來說基本上都是6片以上的多片機，需要加熱的面積更大，如果溫度梯度很大的話，外延片生長的質(zhì)量將受到很大的影響。3.加熱精度控制低，控溫方式不合理。4.加熱爐體材料成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種用于MOCVD設(shè)備的加熱器。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案是，設(shè)計一種用于MOCVD設(shè)備的加熱器，包括圓盤狀爐體和設(shè)于該爐體上的加熱體，所述的爐體分成內(nèi)圈、中圈和外圈三個區(qū)域，這三個區(qū)域分別設(shè)置有三組加熱體，每組加熱體由單獨的加熱電源控制器進行控制。每組加熱體的電極通過可控硅調(diào)功器與變壓器和電源連接，每組加熱體上設(shè)置有熱偶溫控表，該熱偶溫度表將溫度信號通過觸發(fā)器傳遞給可控硅調(diào)功器，通過可控硅調(diào)功器對電壓、電流和功率進行精確控制。所述的爐體材料采用鐵鉻鋁合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
1.用鐵鉻鋁合金作為加熱爐體，正常工藝時，加熱體的蠕變量非常小，且表面形成了一層致密堅硬的抗氧化層；
2.在環(huán)形片狀的加熱體上焊接固定桿，大大的降低了裝配的難度，減小裝配時電阻加熱體的變形，有效的保證裝配精度；
3.加熱體分三個區(qū)域進行獨立的加熱，可以對每個加熱體施加不同的功率，從而保證了溫場的均勻性；
4.采用可控硅調(diào)功器、溫控表、觸發(fā)器等電氣元件組成的串級電路，實現(xiàn)自動合理的控溫方式，滿足MOCVD設(shè)備加熱對溫度的苛刻要求。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明進行詳細的說明。針對MOCVD設(shè)備對加熱溫度的要求，本發(fā)明主要從三個方面來進行加熱器的設(shè)計加熱爐體材料的選擇、加熱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加熱控溫器的設(shè)計。如圖I所示，本發(fā)明提出的用于MOCVD設(shè)備的加熱器包括圓盤狀爐體，其中，爐體分成內(nèi)圈、中圈和外圈三個區(qū)域，這三個區(qū)域分別設(shè)置有內(nèi)圈加熱體21、中圈加熱體22和外圈加熱體23，每組加熱體由單獨的加熱電源控制器進行控制。 如圖I所示，本發(fā)明中內(nèi)圈加熱體21、中圈加熱體22和外圈加熱體23是各自獨立的。在這三組加熱體中，中圈加熱體是最大的，為保證裝配的精度和防止變形，將固定桿4焊接在加熱體22上，裝配時就可以用來連接到發(fā)熱體支撐架上，這樣就能有效控制裝配的精度，從而滿足設(shè)備在加熱過程中對溫度的要求。本發(fā)明設(shè)計的加熱器中，總電源通過變壓器，得到需要的電壓，接到可控硅調(diào)功器，憑借其先進的數(shù)字控制算法，優(yōu)化電能的使用效率，再接到各自的電極桿3上，從而實現(xiàn)對加熱體的加熱。加熱產(chǎn)生的溫度，通過熱偶感應(yīng)給溫控表，溫控表將信號傳遞給可控硅的觸發(fā)器，通過可控硅調(diào)功器對電壓、電流和功率的精確控制，實現(xiàn)精密控溫。由于MOCVD設(shè)備中的石墨載片臺由中心向外側(cè)的溫度是逐漸降低的，于是需要通過改變加熱電阻片局部的功率對電爐的加熱溫度分布進行調(diào)整。本發(fā)明中將電阻加熱體分成三個區(qū)域進行加熱，每個區(qū)域都有單獨的加熱電源來進行控制，這樣就可以通過調(diào)節(jié)各區(qū)域的加熱功率來對電爐的加熱溫度和加熱均勻性進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明中，加熱爐體材料選擇鐵鉻鋁合金，該合金具有以下優(yōu)點
1.富氧環(huán)境中使用溫度高，鐵鉻鋁合金最高使用溫度可達1400°c；
2.使用壽命長，在富氧環(huán)境中相同的較高使用溫度下，鐵鉻鋁元件的壽命可為鎳鉻元件的2-4倍；
3.表面負荷高，由于鐵鉻鋁合金允許的使用溫度高，壽命長，所以元件表面負荷也可以高一些，這不僅使升溫快，也可以節(jié)省合金材料；
4.抗氧化性能好，鐵鉻鋁合金表面上生成的氧化膜結(jié)構(gòu)致密，與基體粘著性能好，不易因散落而造成污染。另外氧化膜的電阻率高，熔點也高，這些因素決定了鐵鉻鋁具有優(yōu)良的抗氧化性?？?jié)B碳性能也比鎳鉻合金好；
5.比重小，鐵鉻鋁合金的比重小于鎳鉻合金，這意味著制作同等的元件時用鐵鉻鋁合比用鎳鉻更省材料；
6.電阻率高，鐵鉻鋁合金的電阻率比鎳鉻合金高，在設(shè)計元件時一般選用較大規(guī)格的合金材料，這有利于延長元件使用壽命。當選用規(guī)格相同的材料時，電阻率越高越節(jié)省材料，元件在爐內(nèi)所占的位置也越小。另外鐵鉻鋁合金的電阻率受冷加工和熱處理的影響比鎳鉻合金??；
7.抗硫化性好，對含硫氣氛及表面受含硫物質(zhì)污染時鐵鉻鋁有很好的耐蝕性，而鎳鉻則會受到嚴重的侵蝕；8.價格便宜,鐵鉻招由于不含較稀缺的鎳,故價格比鎳鉻便宜。上述實施例僅用于說明本發(fā)明的具體實施方式
。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和變化，這些變形和變化都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于MOCVD設(shè)備的加熱器，包括圓盤狀加熱體，其特征在于所述的加熱體分成內(nèi)圈、中圈和外圈三個部分，這三個部分分別由單獨的加熱電源控制器進行控制。
2.如權(quán)利要求I所述的加熱器，其特征在于每組加熱體的電極桿通過可控硅調(diào)功器與變壓器和電源連接，每組加熱體上設(shè)置有熱偶溫控表，該熱偶溫度表將溫度信號通過觸發(fā)器傳遞給可控硅調(diào)功器，通過可控硅調(diào)功器對電壓、電流和功率進行精確控制。
3.如權(quán)利要求I所述的加熱器，其特征在于所述的三個發(fā)熱部分中，中圈加熱體最大。
4.如權(quán)利要求I所述的加熱器，其特征在于所述的加熱體通過固定桿與發(fā)熱體支撐固定在一起。
5.如權(quán)利要求I所述的加熱器，其特征在于所述的爐體材料采用鐵鉻鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于MOCVD設(shè)備的加熱器，包括圓盤狀爐體和設(shè)于該爐體上的加熱體，其特征在于所述的爐體分成內(nèi)圈、中圈和外圈三個區(qū)域，這三個區(qū)域分別設(shè)置有三組加熱體，每組加熱體由單獨的加熱電源控制器進行控制。本發(fā)明能對加熱器的溫度場進行均勻控制，且加熱爐體材料成本低。
文檔編號C23C16/46GK102851652SQ20121036687
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者肖四哲, 鄧金生, 楊寶力 申請人:深圳市捷佳偉創(chuàng)新能源裝備股份有限公司, 佛山市中山大學研究院