激光分子束外延系统LMBE

1、激光分子束外延系统（LMBE ）1主要技术参数与要求（1）主腔体：1 .腔体材料采用优质304不锈钢，全金属密封连接，腔体直径16英寸（圆柱形设计）；2 .观察窗采取保护措施（加装含铅玻璃）以防止辐射，腔体预留仪器开级窗口；3 .真空系统采用德国普发分子泵（Hipace700 ）,分子泵需配有数据接 口以实现软件控制，抽速为650L/S,并配合使用爱德华涡旋式干泵（dry pump ,减少返油污染），抽速5.4 m3/hr,本底极限真空度优于5X10-9mbar（烘烤后）。分子泵与腔体之间采用软连接（配有 Damper）,以减小分 子泵震动对RHEED的影响。4 .主腔体配备两套不同的真空计，

2、一套组合pirani/Bayard-Alpert （真空计类型）真空计，量程5X10-10 mbar到1 bar,用于测量真空度； 5.另外配置一套精确的Baratron （真空计类型）真空计，量程10-4到1 mbar,专门用于精确控制生长时的工艺压力。（2）快速进样室：1 .进样室配备单独的分子泵（普发 Hipace80 ）,可软件控制，抽速为 70L/s,配前级隔膜泵，本底真空优于 5X10-5 mbar；2 .能够通过磁力杆 方便地传 递样品以 及靶材，与 主腔体之间 采用 DN100CF插板阀隔离；3 .配备Pirani/capacitive （真空计类型）真空计，量程 5X10-5

3、 mbar到 1bar;4 .进样室配有观察窗；（3）加热系统：1.电阻式加热器，最高加热温度 900,温度稳定性±1°C,容纳样品尺 寸1英寸，对于1英寸的加热区域温度均匀性为3%;2.加热器为插拔式设计，即整个加热器（包括加热丝）可通过磁力杆完全取出，方便检修与更换；（2） 配备 5 维样品架，样品可在X/Y/Z 方向移动，并且可以倾斜和面内旋转。X/Y方向位移行程为土2.5 mm, Z方向为100 mm （即样品与靶之间距离的可调范围）。 倾斜角度为±15°（ 用于调整RHEED 电子束入射角），面内旋转精度高于0.1 °（ 调整基片方位

4、角）， 两个旋转均由步进马达驱动；（3） 衬底配有挡板，挡板由步进马达驱动，可软件控制；（4） 扫描式靶材台：1. 能够同时安装5 个 1 英寸的靶； 2. 靶台无自转，而是在XY 两个方向上线性扫描，扫描由步进马达驱动， 可由软件控制。靶台扫描可以在激光束不动的情况下，使激光相对扫过整个靶材表面，从而保证激发出的等离子体羽辉位置、角度都不发生改变；3. 靶台配有挡板，避免靶材间的交叉污染；4. 靶台可以自动升降，即竖直方向上得位置可以调整。 5. 整个靶台（连同所有靶材）可通过磁力杆一起传递，提高换靶效率；（5） 主腔室气路系统：1. 主腔室提供2 个工艺气路（可通氧气、氩气等）和1 路放气

5、用的氮气气路， 3 个气路配有气动截止阀，软件控制；2. 气路安装2 个质量流量计（MFC） ，流量控制范围为020 SCCM 。系统工艺压力可通过流量以及腔体与分子泵间的插板阀控制，压力可控范围为 10-41 mbar ，控制精度为10-4 mbar； 3. 具备快速充氧退火功能（flush oxygen inlet for backfilling thechamber with oxygen ） ， 额外配备一个氧气支路，可以迅速充入大量氧气，系统可自动达到设定的氧压，方便生长过程中的高温原位退火处理。（6） 电控系统：1. 所有电路都集成到一个机柜中；2. 配备 2 台电脑，一台用于系统

6、控制，电脑预装原厂控制软件，另一台用于 RHEED 分析，预装原厂正版分析软件；3. 控制软件能够控制样品加热，靶的扫描、公转，分子泵以及系统工艺压力等；4. 软件可以编写程序，实现多层膜自动生长（即软件能自动控制换靶和激光触发）。5. 在硬件支持的前提下，免费提供软件升级。（7） 激光器1. 提供相干公司（Coherent ）准分子激光器，参数如下激光波长: 308 nm单脉冲能量: 500 mJ平均功率: 3.5 W频率 : 0.110 Hz能量稳定性1%脉冲宽度25ns2激光束尺寸（出口位置）24*10mm 2发散角小于3*1 mrad 22. 激光可通过系统控制软件触发。（8） 光路系

7、统1. 激光光路需要包括透镜（焦距500mm ）、激光45 °全反镜（5 个）以及配套的光学支架和导轨。配备模板，用于过滤出激光能量均匀部分；2. 能够调整透镜和反射镜位置，调整激光聚焦，以达到改变激光能量密度的目的。 3. 激光入射窗口增加闸板阀，以及抽气、放气气路。可以在不破坏腔体真空的前提下，更换激光观察窗。并配有一个备用激光观察窗口。4. 在光学导轨上配备激光屏蔽玻璃，以防止激光辐射。5. 光路考虑升级空间，可以方便搭载至少3 套腔体。选件（1） STAIB 公司高压RHEED （反射式高能电子衍射仪的英文简称） 1. RHEED电子枪，电子枪能量最高可达 30 keV,工作

8、气压最高可达0.4 Torr（ 50 Pa） ；2. 采用高压稳压电源，保证电子束的能量稳定性优于10-4 rad；3. 工作距离为150 mm时，电子束斑最小可达 504. 配有三角定位倾斜调节装置，通过调整该机械装置，可以对电子束入射位置和角度进行粗调；采用静电场偏转设计，具有两级偏转系统，可以实现电子束最大± 15° 的偏转，对电子束的入射角和方位角进行精确微调；5. 具备两级差分抽气功能，至少配备一套普发分子泵（ Hipace80 ） ， 可软件控制，抽速大于70 l/s,带前级隔膜泵，真空规及配套连接管路。配有皮拉尼真空计，量程5X10-4 mbar到1bar；6

9、.电子枪与分子泵之间配有减震器（damper）,用于减小分子泵震动的影响7. 电子枪在真空腔体内部具有延长管（导流管），使电子束出口接近样品表面；8. 整个电子枪外部配 以金属屏蔽罩，以屏蔽环境磁场对电子束轨迹的影响；9. 在腔体和电子枪之间配备闸板阀，用于保护和维护电子枪；10. 配备荧光屏（直径至少55mm ） ，且荧光屏上有镀铝保护涂层；11. 提供一根备用电子枪灯丝及相应的专用维护工具；12. 烘烤温度可达250°C；13. 提供一个远程控制盒，通过远程控制可实现聚焦，电子束偏转以及电子闸门功能；14. 包括电子枪故障诊断盒，可快速对RHEED 电子枪进行检测；15. 配备可

10、调焦摄像头，CCD （电荷耦合元件的英文简称） 以及正版图像采集和数据分析软件。软件能够实时记录RHEED 震荡曲线，并能进行数据处理、保存。（2） 激光加热器：1. 配备激光加热装置，使用二极管激光器，功率不小于100 W ，样品加热温度达1000° C以上，激光加热面积至少为5 X5 mm ; 2. 激光加热与普通电阻式加热，可通过更换样品托进行快速切换，而无需更换整个样品架；3. 配备专门用于激光加热的样品托，该样品托可以兼容Omicron 标准样品托；4. 包括一个双波长的红外测温仪用于监测样品温度；5. 激光加热温控可采用两种模式，分别为功率输出模式和PID 控制模式。(3) 掩模系统：1. 配有一维掩模，可平行于样品