Установки молекулярно-лучевой эпитаксии

Установки ИЛО (PLD) / МЛЭ (MBE) ERSTEVAK производятся на производственных площадках в США и Германии, Тайваня уже более 30 лет. За это время компании удалось заслужить доверие со стороны научно-исследовательский институтов и производств по всему миру. Основным преимуществом установок ERSTEVAK является использование запатентованных решений по применению ИЛО (PLD) технологии.

Наши установки представляют собой полностью готовое решение для проведения процесса импульсно-лазерного осаждения материалов, а также МЛЭ технологии. Установки позволяют проводить напыление, как прецизионных однослойных покрытий, комбинированных так и многослойных.

Толщина и свойства напыляемого покрытия контролируются с помощью RHEED технологии (дифракция быстрых электронов на отражение).

Система совместима с другими методами осаждения тонких пленок в вакууме, такими как:

1. Магнетронное распыление.
2. Эффузионные ячейки Кнудсена.
3. Ионное и атомное осаждение.

Система позволяет работать с образцами от 0,5" до 12" в диаметре.

В качестве опций доступны различные конфигурации эксимерных лазеров.

Содержание

1. Видео
2. Стандартные характеристики для установок ИЛО (PLD)
3. Общие характеристики вакуумной камеры
4. Особенности вакуумной системы
5. Особенности системы напуска газа
6. Особенности вращающегося нагревателя подложек
7. Особенности оптического тракта
8. Описание системы управления
9. Упаковка установки
10. Возможные опции

Возможные опции

1. Двухпозиционная шлюзовая камера
2. XHV модернизация
3. Лазерная система Lambda Physik COMPex PRO 50
4. Лазерная система Lambda Physik COMPex PRO 110
5. Лазерная система Lambda Physik COMPex PRO 201
6. Лазерная система Lambda Physik COMPex PRO 205
7. Дополнительный регулятор расхода газа с пневматическим клапаном
8. Система анализа STAIB High pressure TORR RHEED
9. k-Space Lite модуль обработки
10. Ионный источник Veeco
11. Сверхвысоковакуумные магнетронные источники с блоками питания
12. Стандартные эффузионные МЛЭ ячейки Кнудсена
13. Высокочастотный атомный источник - атомарного азота ALD-N₂
14. Высокочастотный атомный источник - атомарного кислорода ALD-O₂
15. Оптический пирометр

Видео

Стандартные характеристики для установок ИЛО (PLD)

1. Максимальный размер образов: от 0,5" до 12" в диаметре.
2. Максимальная температура подложки: 950 °С (в среде кислорода) для Кремния, 850 °С - для других материалов, таких как сапфир и пр.
3. Равномерность температуры по поверхности подложки +/- 8 °С.
4. Рабочее давление: 5х10^-7 Торр в стандартной комплектации. До 5х10-9 Торр при использовании шлюзовой камеры и системы прогрева вакуумных элементов.
5. Количество мишеней: до 6 шт (возможно увеличение) .
6. Расстояние от подложки до мишени: 50-100 мм - регулируемое.
7. Номинальный угол падения лазерного луча на мишень: 60.
8. Характеристики лазера: Возможен выбор различных источников включая FS b Nd:YAG. Стандартная рабочая длина волны лазера 248-nm (KrF).

Рисунок 1. Стандартный вид системы.

Рисунок 2. Пример напыленного комбинаторного покрытия, на базе SrTiO3, BaTiO3 и Nb. Толщина покрытий 200 нм.

Общие характеристики вакуумной камеры

1. Размеры - по спецификации заказчика.
2. Материал - нержавеющая сталь AISI 304 в базовой комплектации или 321, 316L для сверхответственных применений.
3. Внутри камеры установлены специальные съемные экраны для защиты внутреннего пространства камеры от напыляемого материала.
4. Верхний фланец камеры, имеет электропривод, для удобства обслуживания внутреннего пространства - уплотняется на Витон, опционально на Медь - при использовании шлюзовой камеры.
5. Камера снабжена смотровыми окнами для отслеживания процессов напыления и перемещения образца. Также камера снабжена внутреннем освещением. Остальные фланцы камеры имеют стандарт Conflat (CF) и уплотняются на медь с серебряным покрытием. Все установленные источники напыления имеют защитные заслонки.
6. Вакуумная камера установлена на стальной раме, которая имеет все необходимые приспособления для установки блоков питания, контроллеров и прочих аналатических приборов с возможностью масштабрования системы.

Рисунок 3. Внутреннее пространство камеры.

Особенности вакуумной системы

Система снабжена вакуумной электропневматической арматурой производства VAT (Швейцария). В качестве высоковакуумного насоса используется турбомолекулярные насос Oerlikon Leybold Vacuum (Германия), Pfeiffer Vacuum (Австрия) с производительностью до 3000 л/с. Форвакуумный сухой насос Hanbell(Тайвань), EBARA (Япония), производительностью 3000 м³/ч, ионные и магнито-разрядные насосы Gamma Vacuum (США). Также возможно оснащение систем вакуумными крионасосами ERSTEVAK (Ю. Корея).

Шиберный затвор VAT оснащается шаговым электродвигателем, что в купе с регулятором расхода газа и мембранно-емкостным вакуумметром MKS (США), позволяет регулировать давление в диапазоне 1-500 мТорр. Основными средствами измерения вакуума являются: конвекционный низковакуумный датчик и ионизационный вакуумметр с горячим катодом производства Oerlikon Leybold Vacuum (Германия).

Особенности системы напуска газа

Система снабжена цифровыми регуляторами расхода газа работающим в диапазоне 1-50 sccm. Bronkhorst (Нидерланды).

Особенности вращающегося нагревателя подложек

Нагреватель имеет запатентованную технологию для идеального использования в таких совместимых процессах с PLD как: магнетронное распыление, МЛЭ.

Возможность прогрева подложки до температуры 950 °С при использовании непрозрачных материалов и 850 С в прочих случаях. В качестве нагревателей ялвяются 4 коротковолновые лампы с рефлекотором имеющим золотое напыление. Лампы имеют водяное охлаждение. Источники имеют быстроразъемные соединения и могут быть легко заменены самостоятельно. Температура контрлируется с помощью термопара типа K, а регулировка осущестляется с помощью контроллера Eurotherm.

На нагревателе монтируется держатель подложек, который изготовлен из жаропрочного сплава Inconel. Данный модуль приводится во вращение с помощью вакуумного ввода на базе ферромагнитной жидкости. Максимальная частота вращения до 40 об/мин. Также данный модуль может перемещаться по вертикали, регулирая тем самым расстояние до мишени с напыляемыми материалами. Регулируемый диапазон 50-100 мм.

В комплекте поставки поставляется стандартный комлпект рамок под подложек: для различных типоразмеров образцов.

В комплекте с установками в базовой конфигурации поставляется 6-и позиционная карусель для мишеней с напыляемыми материалами. Максимальная скорость вращения 50 об/мин. Программное обеспечение позволяет проводить процесс напыления полностью в автоматическом режиме, как однослойных, так и комбинированных, а также многослойных покрытий. Все 6 посадочных мест под мишени снабжены заслонками, для защиты материалов в процессе напыления. Карусель имеет сверхвысоковакуумное уплотнение на базе ферромагнитной жидкости.

Рисунок 4. Подложкодержатель в комбинации с нагревателем.

Рисунок 5.Пример рамок для установки в держатель образцов.

Особенности оптического тракта

Оптический тракт построен на базе комплектующих необходимых для работы с лазерами на 248 нм длины волны (KrF). Оптика может быть настроена и скомплектована под другие длины волн, по запросу. В стандартный комплект включены зеркала на кинематических опорах с микрометрами. На вторичном зеркале установлен программируемый линейный ввод перемещения, для обеспечения равномерного расходования мишений в процессе напыления.

Все значимые части оптической системы внутри вакуумной камеры снабжены задвижками для защиты компонентов в процессе напыления.

Ввод лазерного излучения осуществляется через 2" окно с просветляющим покрытием.

Описание системы управления

Управление системы осуществляется с помощью персонального компьютера c предустановленным программным обеспечением на базе LabView.

Система позволяет контролировать и управлять следующими элементами системы:

1. Скорость вращения подложки и дистанции до мишеней.
2. Выбирать нужную мишень и выбирать скорость вращения мишеней.
3. Позиционировать лазерный пучок и выбирать требуемую частоту импульсов, выбирать требуемую мощность.
4. Управление регулятором расхода газов.
5. Устанавливать требуемое парциальное давление.
6. Управление вакуумной системой.
7. PID регулирование температуры подложки.

Программы напыления могут быть легко написаны и сохранены в память компьютера.

В дополнение к стандартному программному обеспечению поставляется пакет расширения, для напыления комбинаторных покрытий, например, на базе BaTiO₃или SrTiO₃ и пр.

Комплектация установки

Оборудование проходит полный контроль и тестирование перед упаковкой и транспортировкой. Упаковка соответствует нормам и правилам перевозки любым видом транспорта.

Возможные опции

1. Двухпозиционная шлюзовая камера

Данная опция предназначена для улучшения показателей вакуумной системы, увеличения производительности системы в целом.

Состав системы:

• Вакуумная шлюзовая камера с манипулятором.
• Высоковакуумный турбомолекулярный насос или крионасос.
• Вакуумные датчики.
• Сухой форвакуумный насос.
• Сверхвысоковакуумный шиберный затвор.

Импользование данной вакуумной системы позвляет гарантировано получать вакуум в системе лучше чем 5x10^-8 Торр.

2. XHV модернизация

Данная опция предназначена для получения гарантированного вакуума в системе лучше, чем 2х10^-9 Торр.

В комбинации с шлюзовой камерой и при использовании витоновых уплотнений с дифференциальной откачкой данная опция позволяет достигнуть лучших характеристик.

Также в дополнительную комплектацию данной опции поставляются нагреватели для прогрева вакуумной системы.

На 95% вакуумные соединения имеют соединения Conflat.

3. Лазерная система Lambda Physik COMPex PRO 50

ДЛЯ КОМПЛЕКТАЦИИ УСТАНОВКИ PLD ТРЕБУЕТСЯ ВЫБРАТЬ ПОДХОДЯЩИЙ ВАРИАНТ.

Lambda Physik COMPex PRO 50 - это эксимерная лазерная система, настроенная на работу с установками PLD. Электронная часть смонтирована в стойке.

Харатеристики:

• Повторяемость: 50 Гц при 150 mJ/импульс (248-нм, KrF).
• Максимальная мощность 7 Вт.
• Параметры пучка - 14х5 мм с шириной импульса 15 нсек.

Система включает в себя систему подготовки газовой смеси Spectra-Gas. Два регулятора давления, установленные в системе, предназначены для подготовки газовой смеси и продувки системы гелием.

4. Лазерная система Lambda Physik COMPex PRO 110

ОПЦИЯ. ДЛЯ КОМПЛЕКТАЦИИ УСТАНОВКИ PLD ТРЕБУЕТСЯ ВЫБРАТЬ ПОДХОДЯЩИЙ ВАРИАНТ.

Lambda Physik COMPex PRO 110 - это эксимерная лазерная система, настроенная на работу с установками PLD. Электронная часть смонтирована в стойке.

Харатеристики:

• Повторяемость: 100 Гц при 400 mJ/импульс (248-нм, KrF).
• Максимальная мощность 30 Вт.
• Параметры пучка - 14х5 мм с шириной импульса 15 нсек.

Система включает в себя систему подготовки газовой смеси Spectra-Gas. Два регулятора давления установленные в системе, предназначены для подготовки газовой смеси и продувки системы гелием.

5. Лазерная система Lambda Physik COMPex PRO 201

ОПЦИЯ. ДЛЯ КОМПЛЕКТАЦИИ УСТАНОВКИ PLD ТРЕБУЕТСЯ ВЫБРАТЬ ПОДХОДЯЩИЙ ВАРИАНТ.

Lambda Physik COMPex PRO 201 - это эксимерная лазерная система, настроенная на работу с установками PLD. Электронная часть смонтирована в стойке.

Харатеристики:

• 1. Повторяемость: 10 Гц при 700 mJ/импульс (248-нм, KrF).
• 2. Максимальная мощность 7 Вт.
• 3. Параметры пучка - 14х5 мм с шириной импульса 15 нсек.

Система включает в себя систему подготовки газовой смеси Spectra-Gas. Два регулятора давления установленные в системе, предназначены для подготовки газовой смеси и продувки системы гелием.

6. Лазерная система Lambda Physik COMPex PRO 205

ОПЦИЯ. ДЛЯ КОМПЛЕКТАЦИИ УСТАНОВКИ PLD ТРЕБУЕТСЯ ВЫБРАТЬ ПОДХОДЯЩИЙ ВАРИАНТ.

Lambda Physik COMPex PRO 205 - это эксимерная лазерная система, настроенная на работу с установками PLD. Электронная часть смонтирована в стойке.

Харатеристики:

• Повторяемость: 50 Гц при 700 mJ / импульс (248-нм, KrF).
• Максимальная мощность 30 Вт.
• Параметры пучка - 14х5 мм с шириной импульса 15 нсек.

Система включает в себя систему подготовки газовой смеси Spectra-Gas. Два регулятора давления установленные в системе, предназначены для подготовки газовой смеси и продувки системы гелием.

7. Дополнительный регулятор расхода газа с пневматическим клапаном

Предназначена для использования дополнительных газов в процессе напыления за исключением Кислорода (например, Азота).

8. Система анализа STAIB High pressure TORR RHEED

Данная опция предназначена для RHEED анализа поверхности подложки.

Состав системы:

• Staib 35 кэВ - электронная пушка с регулировкой мощности в диапазоне 0,5-35 кэВ.
• Ручной согласователь пучка RHEED системы, +/- 2 градуса и фокусировка пятна в диапазоне 100 мкм до 1 мм. Пучок фокусируется на центр подложки.
• Турбомолекулярная станция.
• Вакуумные датчики.
• Сверхвысоковакуумный клапан.

Соединительный фланц 6". Система включает в себя специальные вставки для защиты от рентгеновского излучения.

9. k-Space Lite модуль обработки

K-Space 400 Lite 12 bit модуль, предназначен для анализа данных полученных с RHEED системы.

Включает в себя 12 битную CCD камеру, систему захвата изображения, видеомонитор, модуль увеличения изображения, ПО.

Система также включает в себя дополнительный ноутбук для работы ПО.

10. Ионный источник Veeco

Приобретается в случае необходимости наличия ионного источника в системе. Комплект, включает в себя источник питания, кабели, ПО и пр.

Энергия пучка 50-1200 эВ и ионный ток 100 мА.

Необходима подача Аргона через регулятор расхода газа - приобретается отдельно.

11. Сверхвысоковакуумные магнетронные источники с блоками питания

Необходимо, в случае использования в качестве дополнительного источника напыления к PLD/MBE системе. Магнетрон имеет диаметр от 2". Прогреваемая версия до 200 С. Для работы необходим RF или DC источник питания.

Рабочее давление 5х10^-9 Торр. Диаметр мишени от 1/4".

12. Стандартные эффузионные МЛЭ ячейки Кнудсена

Приобретается в случае необходимости наличия МЛЭ источников в системе. Комплект, включает в себя источник питания, кабели, ПО и пр.

Встроенный PBN тигель. Стандартный объем тигля до 120 см³. Стандартная рабочая температура до 2200 С.

Источник может работать только при парциальном давлении кислорода не хуже 5х10^-5 Торр.

13. Высокочастотный атомный источник - атомарного азота ALD-N₂

Приобретается в случае необходимости наличия атомного источника в системе. Комплект, включает в себя источник питания, кабели, ПО, специальный регулятор расхода газа и пр.

Тигель из нитрида бора. Мощность источника питания 600 Вт. Настройка источника ручная.

14. Высокочастотный атомный источник - атомарного кислорода ALD-O₂

Приобретается в случае необходимости наличия атомного источника в системе. Комплект, включает в себя источник питания, кабели, ПО, специальный регулятор расхода газа и пр.

Встроенный кварцевый тигель. Мощность источника питания 600 Вт. Настройка источника ручная.

15. Оптический пирометр

Пирометр предназначен для конроля температуры подложки бесконтактным методом. Данная опция не подходит для контроля температуры прозрачных подложек, таких как сапфировые.

Диапазон измеряемой температуры 300-2500 °С.