用于MOCVD的MO源瓶串行供源装置的制作方法

本发明涉及一种供源系统，具体而言，涉及一种可在氮化镓外延片制备过程中使用的用于mocvd的mo源瓶串行供源装置，属于真空设备技术领域。

背景技术：

氮化镓（gan，galliumnitride），是一种氮和镓的化合物、一种直接能隙（directbandgap）的半导体，属于第三代半导体材料,在光电子、高温大功率器件和高温微波器件应用方面有着广阔的前景。近年来，对于氮化镓材料的研究与应用是目前全球半导体研究领域中的热点与前沿部分。

目前，业内对于氮化镓材料的制备主要采用金属有机物化学气相沉积法（mocvd），在利用这一方法进行氮化镓材料的制备时，所使用的主要生产原料为金属有机物源（mo源），这些mo源通过高纯氮或高纯氢等载气携带进入反应室进而参与化学反应。因此，mo源在载气中的浓度，将直接影响反应室中化学反应的工艺控制进程，进而影响氮化镓晶体的晶体质量。

由于mo源在载气中的饱和蒸汽压是一定的，因此在一定流量、温度和压力等条件下，mo源达到饱和蒸汽压后，其在载气中的浓度也是一定的。在理想状态下，只要控制好mo源管道系统的流量、温度、压力，即可把控单位时间内流入反应室的mo源的量。以此为基础，即可实现对mocvd晶体工艺生长中重要参数的控制。

mo源分为液态源和固态源，一般而言，液态源在常温下较易蒸发，实际使用过程中，其在载气中的浓度与理想状态饱和蒸汽压的浓度误差极低，因此对生产工艺的影响很小。但其中用到一些金属有机化合物在常温下为固体形态的物质，例如三甲基铟（tmin）、二茂镁（cp2mg）等，这些固体物质升华被载气携带的难度较液态物质大的多，所以其在载气中的浓度变化较大。

针对上述问题，目前业内常用的解决方案是增加载气与固态mo源的接触时间，譬如mo源双瓶串联。但介于现行mocvd系统狭小的空间设计，固态mo源瓶串行供源方案多限于原厂选型安装。这是由于目前的双瓶串行mo源罐阀组单元面板与常规mo源罐阀组单元面板的管道设置存在很大的区别，二者互不兼容且后期无法调整，因此后期一旦需要进行工艺的变更升级，不仅会花费较高的成本，而且需要对整个系统中的诸多部件进行替换，造成系统停运、影响制备效率。

综上所述，如何在现有技术的基础上提出一款空间占用小、可直接对接于常规mo源罐阀组单元面板上、且无需对原mo源罐阀组单元面板做任何改动的mo源瓶串行供源装置，也就成为了本领域内技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术所存在的上述缺陷，本发明提出了一种可在氮化镓外延片制备过程中使用的用于mocvd的mo源瓶串行供源装置，具体如下。

一种用于mocvd的mo源瓶串行供源装置，与常规mo源罐阀组单元面板相匹配，所述常规mo源罐阀组单元面板上设置有载气进气端母头及载气出气端母头，装置包括两组相互连通的管路组件，每组所述管路组件中均包括一个隔膜阀、两个连接母头以及一个连接公头，其中一组所述管路组件中的连接公头与所述载气进气端母头相连接，另一组所述管路组件中的连接公头与所述载气出气端母头相连接，每组所述管路组件中的两个连接母头均与一mo源瓶管路连接。

优选地，包括第一管路组件及第二管路组件，所述第一管路组件与所述第二管路组件对称设置且二者通过连接管路相连通。

优选地，所述第一管路组件包括第一隔膜阀、第一连接母头、第二连接母头以及第一连接公头，所述第一隔膜阀的一侧端口通过连接管路与所述第二连接母头相连通，所述第一隔膜阀的另一侧端口通过连接管路分别与所述第一连接公头及所述第一连接母头相连通，所述第一隔膜阀、所述第一连接公头及所述第一连接母头三者借助一三通接头相连接。

优选地，所述第一管路组件通过mo源罐脚柱与第一mo源瓶管路连接，所述mo源罐脚柱上设置有用于控制所述第一mo源瓶开闭的进气阀门与出气阀门，所述第一管路组件中的所述第一连接母头与所述mo源罐脚柱上的mo源出气端公头相连接，所述第一管路组件中的所述第二连接母头与所述mo源罐脚柱上的mo源进气端公头相连接。

优选地，所述第二管路组件包括第二隔膜阀、第三连接母头、第四连接母头以及第二连接公头，所述第二隔膜阀的一侧端口通过连接管路与所述第三连接母头相连通，所述第一隔膜阀的另一侧端口通过连接管路分别与所述第二连接公头及所述第四连接母头相连通，所述第二隔膜阀、所述第二连接公头及所述第四连接母头三者借助一三通接头相连接。

优选地，所述第二管路组件通过mo源罐脚柱与第二mo源瓶管路连接，所述mo源罐脚柱上设置有用于控制所述第二mo源瓶开闭的进气阀门与出气阀门，所述第二管路组件中的所述第四连接母头与所述mo源罐脚柱上的mo源出气端公头相连接，所述第一管路组件中的所述第三连接母头与所述mo源罐脚柱上的mo源进气端公头相连接。

优选地，所述第一隔膜阀的一侧端口通过连接管路与所述第二隔膜阀的一侧端口相连接。

优选地，每组所述管路组件中的隔膜阀均为316lvim-var不锈钢隔膜阀。

优选地，每组所述管路组件中的连接母头、连接公头及连接管路均为电抛光至0.25µm/10µin.ra的无缝超高纯316l、1/4in不锈钢连接件。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明所提供的一种用于mocvd的mo源瓶串行供源装置，可直接安装于现有设备中的常规mo源罐阀组单元面板上，无需对原mo源罐阀组单元面板做任何改动，更换和安装过程十分便捷其快速，不仅节约了加工企业进行工艺变更升级过程中的硬件成本，而且在最大限度上为设备的安装调试提供了便利、保障了整体的氮化镓外延片制备效率。

本发明的系统所选用的均为易得、常见的工业部件，各生产企业可以根据实际生产现状，通过对现有零部件的组合、改装而获得本发明的技术方案，使得系统整体的制造成本以及后续的维护成本降低，具有很高的使用及推广价值。同时，本发明的装置材质通体选用316lvim-var不锈钢，可适用于超高纯气体环境，避免对管道环境造成污染。

此外，本发明的装置结构精巧，整体高度可控制在8cm以内、厚度控制在10cm以内、长度可依据所匹配的不同型号的mocvd自行调整，装置整体的适配性强。使用者还可以以此方案为依据进行拓展延伸，将类似装置应用于其他相关供源装置的技术方案中，从而进一步拓展本发明的应用前景。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置在装配状态下的简要示意图；

图3为使用本发明装置时的工艺生产气流走向示意图；

图4、图5均为使用本发明装置时的串行mo源更换流程示意图。

其中：1、载气进气端母头；2、载气出气端母头；3、第一隔膜阀；4、第一连接母头；5、第二连接母头；6、第一连接公头；7、第二隔膜阀；8、第三连接母头；9、第四连接母头；10、第二连接公头；11、第一mo源瓶；12、第二mo源瓶；13、mo源进气端公头；14、mo源出气端公头。

具体实施方式

本发明揭示了一种可在氮化镓外延片制备过程中使用的用于mocvd的mo源瓶串行供源装置，具体如下。

如图1~图2所示，一种用于mocvd的mo源瓶串行供源装置，与常规mo源罐阀组单元面板相匹配，所述常规mo源罐阀组单元面板上设置有载气进气端母头1及载气出气端母头2。

本发明的装置包括两组相互连通的管路组件，每组所述管路组件中均包括一个隔膜阀、两个连接母头以及一个连接公头，其中一组所述管路组件中的连接公头与所述载气进气端母头1相连接，另一组所述管路组件中的连接公头与所述载气出气端母头2相连接，每组所述管路组件中的两个连接母头均与一mo源瓶管路连接。

具体而言，装置包括第一管路组件及第二管路组件，所述第一管路组件与所述第二管路组件对称设置且二者通过连接管路相连通。

所述第一管路组件包括第一隔膜阀3、第一连接母头4、第二连接母头5以及第一连接公头6，所述第一隔膜阀3的一侧端口通过连接管路与所述第二连接母头5相连通，所述第一隔膜阀3的另一侧端口通过连接管路分别与所述第一连接公头6及所述第一连接母头4相连通，所述第一隔膜阀3、所述第一连接公头6及所述第一连接母头4三者借助一三通接头相连接。

所述第一管路组件通过mo源罐脚柱与第一mo源瓶11管路连接，所述mo源罐脚柱上设置有用于控制所述第一mo源瓶11开闭的进气阀门与出气阀门，所述第一管路组件中的所述第一连接母头4与所述mo源罐脚柱上的mo源出气端公头14相连接，所述第一管路组件中的所述第二连接母头5与所述mo源罐脚柱上的mo源进气端公头13相连接。

所述第二管路组件包括第二隔膜阀7、第三连接母头8、第四连接母头9以及第二连接公头10，所述第二隔膜阀7的一侧端口通过连接管路与所述第三连接母头8相连通，所述第一隔膜阀3的另一侧端口通过连接管路分别与所述第二连接公头10及所述第四连接母头9相连通，所述第二隔膜阀7、所述第二连接公头10及所述第四连接母头9三者借助一三通接头相连接。

所述第二管路组件通过mo源罐脚柱与第二mo源瓶12管路连接，所述mo源罐脚柱上设置有用于控制所述第二mo源瓶12开闭的进气阀门与出气阀门，所述第二管路组件中的所述第四连接母头9与所述mo源罐脚柱上的mo源出气端公头14相连接，所述第一管路组件中的所述第三连接母头8与所述mo源罐脚柱上的mo源进气端公头13相连接。

此外，所述第一隔膜阀3的一侧端口通过连接管路与所述第二隔膜阀7的一侧端口相连接。

考虑到使用状态下的超高纯气体环境，为了避免装置材质对管道环境产生影响和污染，在本实施例中，每组所述管路组件中的隔膜阀均为316lvim-var不锈钢隔膜阀；每组所述管路组件中的连接母头、连接公头及连接管路均为电抛光至0.25µm/10µin.ra的无缝超高纯316l、1/4in不锈钢连接件。

以下简述使用本发明的装置时，工艺生产过程中的气流走向：

如图3所示，mocvd机台在正常进行工艺生产时，第一隔膜阀3和第二隔膜阀7关闭，载气通过常规mo源罐阀组单元面板的载气进气端进入第一mo源瓶进气端，在第一mo源瓶11内携带mo源、再从第一mo源瓶出气端流出，通过管路流入第二mo源瓶进气端并进入第二mo源瓶12，随后从第二mo源瓶出气端流出，最终进入常规mo源罐阀组单元面板的载气出气端。通过这一过程，可达到增加载气携带mo源浓度的目的。

以下简述使用本发明的装置时，串行mo源的更换流程：

由于mo源化学性质活泼，更换需要关闭全部mo源瓶上的手动隔膜阀，对mo源的全部mo源罐脚柱进行大量、数十次高纯氮气pn2吹扫后，方可进行mo源瓶拆卸工作，高纯氮气进入全部mo源罐脚柱后，再完全抽出为一个吹扫循环，具体步骤如下。

如图4所示，pn2进入串行装置和mo源罐脚柱过程为，

pn2从常规mo源罐阀组单元面板的载气进气端和出气端同时注入mo源瓶串行供源装置和mo源罐脚柱，此时第一隔膜阀3和第二隔膜阀7均为开启状态，所以得以使pn2注入到mo源瓶阀门以上、常规mo源罐阀组单元面板的全部管路完成pn2气体注入动作。

如图5所示，pn2排出装置和mo源罐脚柱过程为，

在排气过程开始时，mocvd机台会自动开启真空系统，对注入的pn2进行抽空动作，此时不需要对系统做任何操作，真空系统即会抽空全部串行装置和mo源罐脚柱内的气体，完成排气动作；

如此根据源种类及现场机台实际状态，循环数十次pn2吹扫动作后，即可更换新的mo源瓶；按正常mocvd换源瓶操作完成换源瓶动作后，关闭第一隔膜阀3和第二隔膜阀7，恢复机台到生产状态。

本发明所提供的一种用于mocvd的mo源瓶串行供源装置，可直接安装于现有设备中的常规mo源罐阀组单元面板上，无需对原mo源罐阀组单元面板做任何改动，更换和安装过程十分便捷其快速，不仅节约了加工企业进行工艺变更升级过程中的硬件成本，而且在最大限度上为设备的安装调试提供了便利、保障了整体的氮化镓外延片制备效率。

本发明的系统所选用的均为易得、常见的工业部件，各生产企业可以根据实际生产现状，通过对现有零部件的组合、改装而获得本发明的技术方案，使得系统整体的制造成本以及后续的维护成本降低，具有很高的使用及推广价值。同时，本发明的装置材质通体选用316lvim-var不锈钢，可适用于超高纯气体环境，避免对管道环境造成污染。

此外，本发明的装置结构精巧，整体高度可控制在8cm以内、厚度控制在10cm以内、长度可依据所匹配的不同型号的mocvd自行调整，装置整体的适配性强。使用者还可以以此方案为依据进行拓展延伸，将类似装置应用于其他相关供源装置的技术方案中，从而进一步拓展本发明的应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。