Рис 3. Спектральные характеристики излучателей

Рис 5. Спектральная плотность излучения образцов кремния толщиной 0,1 и 0,5 см при температурах 1470 К (а) и 670 К (б)

К резистивным излучателям от­носятся также излучатели из карби­да кремния, выполняющие функции элементов корпусов реакторов. Как правило, они изготавливаются в виде колоколообразной крышки реактора, которая размещается на основании водоохлаждаемой осесимметричной рабочей камеры. Температура такого излучателя, примерно на 300 градусов превышающая температуру подложки, постоянно поддерживается на одном уровне. Скорости нагрева и охлаждения подложки в таких системах . определяются скоростями ввода и удаления из рабочей зоны подложки и поддерживаются на уровне при­мерно 100 градусов в секунду.

К достоинствам излучателей подобного типа относятся осесимметричный температурный профиль, возможность использования при пе­реходе к подложкам диаметром 300 мм без усложнения конструкции реактора. Кроме того, горячий купол реактора является по сути поло­стью серого тела с эмиссионной способностью поверхности, равной внутренней эмиссионной способности подложки: e_sic = e_Sj = 0,7. К не­достаткам нужно отнести чувствительность карбида кремния к агрес­сивным средам, а также возможность пиролиза химических соединений на нагретой поверхности карбида кремния, следствием которого являет­ся не только осаждение частиц на этой поверхности и последующее" их попадание на поверхность подложки, но и "химическая память" реактора.

Газоразрядные излучатели.

В газоразрядных излучателях излу­чение возникает при прохождении электрического тока через газы или пары. Существует целый ряд ламп дугового, тлеющего, высокочастот­ного и импульсного разряда с различными средами (воздух, пары ртути, водород, дейтерий, ксенон, аргон и др.), в которых происходит разряд.

В современных промышленных установках для быстрых термических процессов наиболее распространены два типа газоразрядных ламп аргоновые и ксеноновые. Диапазон длин волн максимального излуче­ния аргоновой лампы соответствует 0,5 - 0,9 мкм, спектр ксеноновой лампы имеет мощный сплошной фон с наложенным сильным линейча­тым излучением в области длин волн 0,8 - 1,1 мкм (см. рис.3). В аргоновых газоразрядных лампах кварцевые стенки охлаждаются во­дой, причем разрядный газ и вода вводятся в одно и то же пространство, и вода за счет вихревого течения образует тонкий слой на внутренней поверхности колбы. Ксеноновые газоразрядные лампы состоят из двух концентрических трубок. Внутренняя трубка из плавленого кварца за­полняется ксеноном, внешняя является водоохлаждаемой рубашкой внутренней трубки. Столб воды поглощает все излучение с длиной волны > 1,4 мкм (рис.7), поэтому газоразрядные излучатели практически не излучают за пределами указанной длины волны.

Оба типа ламп нуждаются в высоком стартовом импульсе напря­жения для зажигания газового разряда между электродами. После зажи­гания разряда сила тока устанавливается, газ ионизируется, напряжение падает. Для обеспечения такой последовательности действий и защиты оборудования от переходных процессов требуются довольно сложные источники питания. Кроме того, дуговой разряд нестабилен по своей геометрии и мощности, что затрудняет использование газоразрядных ламп для прецизионного нагрева.

Преимуществами газоразрядных излучателей являются низкая термическая масса и высокая эффективность взаимодействия излучае­мой мощности с кремнием при температуре ниже 873 К.

При выборе излучателя необходимо учитывать следующее. Эф­фективность работы излучателей зависит прежде всего от соответствия спектрального состава облучаю­щей энергии и оптических харак­теристик приемника излучения. Для кремния особое значение имеет выбор излучателя на на­чальной стадии разогрева, когда часть излучения ламп передается в диапазоне длин волн прозрачности кремния. Наиболее привлекатель­ная область для кремния соответ­ствует максимуму спектральной интенсивности падающего излу­чения в диапазоне длин волн ниже 1,2 мкм. Это связано с тем, что в данном диапазоне длин волн кремний практически непрозрачен, следовательно, потери энергии излучателя будут минимальны. В этой области находится макси­мум спектральной интенсивности аргоновых ламп (см. рис.3), боль­шую часть излучения аргоновые лампы эмитируют при энергиях фото­нов, превышающих ширину запрещенной зоны кремния (п_т = 0,5 мкм; спектральная температура 6200 К) и скорость разогрева кремниевой подложки при использовании аргоновых ламп на уровне 300 град/с. Максимум спектральной интенсивности вольфрамовых галогенных ламп сдвинут в длинноволновую область (А™, = 1,1 мкм, спектральная температура = 3300 К) и соответствующая скорость разогрева кремние­вой подложки находится на уровне 150 град/с

Таким образом, при условии идентичности всех параметров про­цесса тип излучателя определяет скорость разогрева подложки до тем­пературы 873 - 973 К, при более высокой температуре кремний - иде­ально серое и непрозрачное тело независимо от длины волны, поэтому выбор излучателя не будет иметь определяющего значения.

Не менее важным фактором является соответствие спектральной интенсивности падающего излучения диапазону длин волн прозрачно­сти кварца (рис.8). Кварцевая колба работает как фильтр начиная с длины волны > 4,0 мкм. Необходимо также учитывать, что нагретый кварц является излучателем (см. рис.6), из-за чего возможны ошибки при измерениях температуры.

Рефлектор.

Обеспечивает формирование лучистых потоков и полноту их использования. Отражательная способность рефлектора харак­теризуется спектральным коэффициентом отражения, равным сумме спектральных коэффициентов зеркального и диффузного отражения. Характер отражения (зеркальный, диффузный, смешанный) зависит от, длины волны падающего лучистого потока, амплитуды неровностей поверхности, угла падения луча. Диффузно отраженный поток характери­зуется тем, что теряет свою направленность и имеет одинаковую яр­кость во всех направлениях. При зеркальном отражении наблюдаются максимумы яркости в одном или нескольких направлениях пучка отра­женных лучей. Смешанный характер отражения представляет собой промежуточный случай.

Лучшими отражательными свойствами обладают золото, алюми­ний, серебро. Область применения золота ограничена диапазоном длинволн > 0,6 мкм (рис.9). Коэф­фициент отражения золота стабилен иравен 0,96 - 0,97 в ИК-диапазоне. Отражательная способностьалюминия несколько ниже, чем золота, что частично объясняется наличием на его поверхности окисной пленки, естественный рост которой обусловливает старение, сопровождающееся снижением отражательной способности

Рис 9. Спектральные коэфициенты отражения золота и алюминия.