本发明属于分子束外延装备，特别涉及一种提高分子束外延沉积均匀性的源炉结构。
背景技术：
1、分子束外延技术广泛应用在半导体薄膜材料的生长，通过调节源炉的蒸发速率控制分子束流的强度，从而实现外延薄膜材料组分和掺杂浓度的调节。现有的分子束外延设备中，由于器件结构需要多个源炉，源炉布局无法在样品台和衬底的正下方，而是倾斜一个角度。外延薄膜的均匀性主要取决于源炉和样品台之间的相对几何位置关系，源炉的分子束流角度分布对外延薄膜的厚度均匀性和组分均匀性具有十分重要的影响，外延薄膜厚度的不均匀会大大影响外延材料的表面质量，甚至电学和光学特性等，尤其是对于多层超晶格材料薄膜的外延生长，生长过程中材料膜层厚度的不均匀会严重降低超晶格之间的界面质量，进而严重降低超晶格的材料性能。此外，掺杂对半导体材料的性能影响极大，掺杂元素在材料中分布的均匀性也会对最终制备的半导体器件的性能质量和良率产生重大的影响，甚至可能导致器件失效。近些年，随着分子束外延衬底的尺寸增大，对沉积均匀性的要求越来越严格，而分子束外延设备内部的布局架构在近几十年的发展过程中趋于稳定。因此，在不影响现有分子束外延设备内布局的前提下，提出一种改善分子束外延沉积均匀性的源炉对于分子束外延技术向大尺寸低成本方向发展十分重要。
技术实现思路
1、分子束外延衬底尺寸的拓展需要更均匀性的薄膜沉积技术，而现有的分子束外延腔体内部结构布局难以有较大的改动，本发明提供一种提高分子束外延沉积均匀性的源炉，在不改动分子束外延腔体架构的基础上，提高大尺寸衬底上薄膜分子束外延沉积的均匀性。
2、本发明所提供的提高分子束外延沉积均匀性的源炉，源炉的底座安装法兰下方有电极连接部件，底座安装法兰上方有热屏蔽外壳，热屏蔽外壳内部有坩埚，坩埚和热屏蔽外壳之间有多段组合式加热丝，多段组合式加热丝在坩埚深度方向上分为3组，分别为顶部加热丝组，中部加热丝组和底部加热丝组，各加热丝组在坩埚圆周上分为6段，分别为下侧段，上侧段，左侧下段，左侧上段，右侧下段和右侧上段。坩埚顶部设置有开口一和开口二，开口一和开口二之间有挡板一和挡板二。当在分子束外延沉积工艺中，源炉倾斜放置时，坩埚下方的下侧段加热丝的温度大于坩埚上方的上侧段加热丝的温度，左侧下段加热丝段大于左侧上段加热丝段的温度。左侧下段加热丝段的温度与右侧下段加热丝段的温度相等，左侧上段加热丝段的温度与右侧上段加热丝段的温度相等。下侧段加热丝和上侧段加热丝段的温度差与源炉倾斜角度等参数有如下关系：设源炉倾斜角度为a，衬底半径为r，源炉与衬底中心间距为s，下部加热丝段温度为t1，上部加热丝段温度为t2，分子束外延薄膜沉积速率g，反应源修正因子n，n可以根据源炉的材料设置，对于金属源，n的取值范围的3至5，对于非金属源，n的取值范围的6至8。设顶部加热丝组下侧段的加热丝温度为ta1，顶部加热丝组上侧段的加热丝温度为ta2，ta1和ta2之间的温度差为t12,则有，
3、，此外，顶部加热丝组左侧下段ta3与顶部加热丝组左侧上段ta4的加热丝温度的温差t34确定公式为：。
4、可选的，开口一和开口二形状设置为椭圆，挡板一和挡板二为与开口一和开口二的外轮廓形状一致的半椭圆圆弧，挡板一的圆弧长度为开口一圆周长度的一半，挡板二的圆弧长度为开口二圆周长度的一半。
5、本发明的优点是在源炉上设置有开口一和开口二两个反应源出口，通过挡板一和挡板二实现开口一反应源到达相对远离源炉的衬底区域，开口二的反应源到达相对靠近源炉的衬底区域。并且，根据源炉的倾斜情况以及衬底半径尺寸和源炉与衬底中心间距等参数，设置坩埚下方的下侧段加热丝温度和坩埚上方的上侧段加热丝温度之间的温度差，使得开口一反应源的源速率大于开口二反应源的源速率，从而解决现有分子束外延设备腔体布局情况下，远离源炉衬底区域的外延薄膜生长速率小于靠近源炉衬底区域的外延薄膜生长速率，外延薄膜的均匀性受限于源炉和样品台之间的相对几何位置关系的难题。
1.一种提高分子束外延沉积均匀性的源炉，其底座安装法兰下方有电极连接部件，底座安装法兰上方有热屏蔽外壳，热屏蔽外壳内部有坩埚，坩埚顶部设置有开口一和开口二，开口一和开口二之间有挡板一和挡板二，坩埚和热屏蔽外壳之间有多段组合式加热丝，所述多段组合式加热丝在坩埚深度方向上分为3组，分别为顶部加热丝组，中部加热丝组和底部加热丝组，各加热丝组在坩埚圆周方向上分为6段，分别为下侧段，左侧下段，左侧上段，右侧下段，右侧上段和上侧段，其特征在于在分子束外延沉积工艺中，源炉倾斜放置时，各加热丝组下侧段加热丝的温度ta1大于相应加热丝组上侧段加热丝的温度ta2，各加热丝组左侧下段加热丝段的温度ta3大于相应加热丝组左侧上段加热丝段的温度ta4，各加热丝组左侧下段加热丝段的温度ta5与相应加热丝组右侧下段加热丝段的温度ta6相等，各加热丝组左侧上段加热丝段的温度ta7与相应加热丝组右侧上段加热丝段的温度ta8相等，所述温度ta1和ta2的温差t12确定公式为：，ta3与ta4的温差t34确定公式为：，其中a为源炉倾斜角度，r为衬底半径，s为源炉与衬底中心间距，g为分子束外延薄膜沉积速率，n为反应源修正因子，n可以根据源炉的材料设置，对于金属源，n取值范围是3至5,对于非金属源，n取值范围是6至8。
2.根据权利要求1所述的一种提高分子束外延沉积均匀性的源炉，其特征在于，所述开口一和开口二形状为椭圆，挡板一和挡板二为与开口一和开口二的外轮廓形状一致的半椭圆圆弧，挡板一的圆弧长度为开口一圆周长度的一半，挡板二的圆弧长度为开口二圆周长度的一半。