激光分子束外延系统LMBE

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，腔体预留仪器升

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5×10-9mbar （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，一套组合pirani/Bayard-Alpert（真空

计类型）真空计，量程5×10-10 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5×10-5 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；

2. 配备Pirani/capacitive（真空计类型）真空计，量程5×10-5 mbar 到

1bar；

3. 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°C，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±12.5 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0~20 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10-4~1 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 the chamber 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: 0.1~10 Hz

能量稳定性：1%

脉冲宽度：25ns

激光束尺寸（出口位置）：24*10mm2

发散角：小于3*1 mrad2

2. 激光可通过系统控制软件触发。

(8) 光路系统：

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50 μm；

4. 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5×10-4 mbar到1bar；

★6. 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μ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 × 5 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；