[发明专利]一种衬底材料固定装置及固定方法

说明书

本发明公开了一种衬底材料固定装置及固定方法，涉及薄膜外延工艺技术领域，该固定装置包含金属托，所述金属托中心设置有一圆环状的第一金属台阶，所述衬底材料呈正圆形，所述第一金属台阶用于放置所述衬底材料。本发明方法包含，将金属托及衬底材料放入手操箱中，待操作；将衬底材料放到金属托的第一金属台阶上，获得待封口状态的衬底固定装置；将金属压圈放到待封口状态的衬底固定装置的第二金属台阶上，获得封口状态的衬底固定装置；将封口状态的衬底固定装置装入到分子外延设备中，待用。采用本发明方法在相同设备条件下、同样的工艺条件，可使得碲镉汞材料的组分、厚度标准差均提高一个数量级。

技术领域

本发明涉及薄膜外延工艺技术领域，特别涉及在红外焦平面领域使用分子束外延方法在大面积衬底上外延碲镉汞工艺过程中使用的、用于提高温度均匀性的衬底材料固定装置及固定方法。

背景技术

随着红外焦平面探测器向着以大面阵、双多色为主要特点的三代焦平面方向发展，其在航天等领域的应用近年呈现爆发式增长；尤其在星载应用领域的气象观察等方面，对于大面阵高端器件的需求急切且多样，这对于器件的盲元率、非均匀性等性能指标提出了极高的要求，进而要求制备红外探测器的材料具有极高的均匀性。在不同材料体系的焦平面探测器中，碲镉汞材料由于其较高的量子效率(高性能)、波段在全谱段可调等诸多优点占据着绝对的市场份额。在实现碲镉汞材料的制备方法中，主流的方法为液相外延及分子束外延。由于液相外延技术无法实现多层异质外延进而无法实现双多色材料外延、其制备材料均匀性较差等无法克服的缺点，在三代红外焦平面探测器应用中，分子束外延技术成为更为重要的材料制备方法。

在使用分子束外延方法进行碲镉汞外延过程中，衬底材料的温度均匀性是其中的一个重点和难点：

1、碲镉汞材料生长过程中汞原子粘附系数对于衬底温度极为敏感，较小的温度差异即会导致较大的汞原子粘附差异，影响材料质量；

2、温度均匀性差会导致材料组分、厚度均匀性变差，进而导致最终探测器盲元率增加、非均匀性指标变差；

3、目前所使用的衬底材料的固定方法分为铟粘接和无铟固定两种方式，其中铟粘接的方式主要应用于小尺寸衬底材料，而对3英寸、4英寸以上的大尺寸衬底材料，多采用无铟固定方式，如图1所示，即在金属托101上加工出台阶201，并将衬底材料直接放置于金属托的台阶201上，依靠重力固定衬底材料；同铟粘接方式相比，无铟固定的方式由于直接依靠金属托的台阶201及重力固定，在工艺过程中不会引入应力，对于材料的单晶生长是利好，相对更容易获得高质量材料；但同时在材料外延过程中，衬底材料的旋转产生的振动、晃动容易导致衬底材料颠出台阶或与金属托不能很好接触，进而导致衬底材料各个部分受热不均匀；

4、衬底材料与金属托101之间的接触不良同样容易出现在衬底材料的参考边202附近：衬底材料的参考边202用于标记衬底晶向，如图1所示，为衬底装取方便，金属托101的尺寸通常存在一定的公差，这将导致衬底旋转时参考边202的一端与金属托台阶内侧接触，另外一端不接触，这种差异会导致0.5-1℃的温度差，进而影响外延材料均匀性。

发明内容

本发明实施例提供一种衬底材料固定装置及固定方法，用以解决现有技术中存在的衬底材料的受热不均匀的问题。

本发明第一实施例提供一种衬底材料固定装置，该固定装置包含金属托，所述金属托中心设置有一圆环状的第一金属台阶，所述衬底材料呈圆形，所述第一金属台阶用于放置所述衬底材料。

可选的，所述第一金属台阶外围还设置有圆环状的第二金属台阶，所述第二金属台阶用于放置金属压圈，所述金属压圈用于覆盖在所述衬底材料上，并限制所述衬底材料与所述金属托的相对位移。

可选的，所述金属压圈为圆环结构，所述金属压圈的厚度小于第二金属台阶及衬底材料之和，且所述金属压圈的宽度与所述第二金属台阶的宽度相匹配。

可选的，所述金属托、第一金属台阶和第二金属台阶的中心重合。