CN101532125A

CN101532125A - 多温段同时退火的真空退火装置

Info

Publication number: CN101532125A
Application number: CN200910059003A
Authority: CN
Inventors: 徐�明; 纪红萱; 董成军
Original assignee: Sichuan Normal University
Current assignee: Sichuan Normal University
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: CN101532125B

Abstract

一种多温段同时退火的真空退火装置，包括真空箱体、加热炉、温度传感器、集热罩、集热罩支架、薄膜托盘、托盘支撑杆和托盘调节机构；托盘调节机构包括支座、支撑架、主调节螺杆、调节架、辅调节螺杆、连接板和托盘调节杆。加热炉放置在真空箱体底部，集热罩支架环绕加热炉设置，集热罩安装在集热罩支架上；支座安装在真空箱体顶板上，支撑架安装在支座上，主调节螺杆位于支撑架和调节架的螺孔中，托盘支撑杆的上端固定在调节架上，下端伸入真空箱体内，薄膜托盘至少为两个，各薄膜托盘相隔一间距套装在托盘支撑杆下部段；托盘调节杆、连接板、辅调节螺杆和温度传感器的数量与薄膜托盘相同。此种退火装置可使多个薄膜样品在不同温度同时退火。

Description

多温段同时退火的真空退火装置

技术领域

本发明涉及一种用于薄膜退火的真空退火装置。

背景技术

通过真空溅射法制备薄膜包括三个阶段：从源材料中发射出粒子；粒子输运到基片；粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。薄膜的结构取决于制备工艺条件，如气压、溅射气体流量、射频功率、温度等参数，因而薄膜的结构和缺陷千差万别。薄膜原子的不完善排列可能形成缺陷，如薄膜在生长过程中产生的空位、位错，吸附杂质会产生点缺陷、线缺陷、台阶、晶界等。人们可以通过退火对薄膜进行再处理，以改变和控制薄膜的结构，改善缺陷的状况，因而退火是改善溅射法所制备薄膜质量的有效热处理工艺。对于不同的薄膜，其退火温度不同，退火温度的高低对薄膜相结构、表面化学组成、形貌及光学性能的影响均不同。

现有的多功能磁控溅射系统真空退火装置包括真空箱体、加热炉和样品台，加热炉安装在真空箱体的上部，样品台为一个，安装在加热炉之下。此种结构的真空退火装置一次只能对一个薄膜样品进行退火，因而既浪费时间，又浪费电力资源和水源，并影响工作进度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够将多个薄膜样品在不同温度同时进行退火的真空退火装置(简称多温段同时退火的真空退火装置)，以节省电力资源和水资源，提高退火效率，保证工作进度。

本发明所述多温段同时退火的真空退火装置基于真空中热传递主要以热辐射的方式进行，薄膜退火的温度和时间可根据实验需要设定，由温度控制器自动调节，其结构如下。

组成多温段同时退火的真空退火装置的部件和构件包括真空箱体、加热炉、温度传感器、温度控制器、集热罩、集热罩支架、薄膜托盘、托盘支撑杆和托盘调节机构；托盘调节机构包括支座、支撑架、主调节螺杆、调节架、辅调节螺杆、连接板和托盘调节杆。上述部件和构件的组装方式为：加热炉放置在真空箱体底部，集热罩支架环绕加热炉设置，集热罩安装在集热罩支架上；支座安装在真空箱体的顶板上，支撑架安装在支座上，主调节螺杆位于支撑架和调节架的螺孔中，托盘支撑杆的上端固定在调节架上，其下端穿过调节架、支座和真空箱体顶板上的过孔伸入真空箱体内，薄膜托盘至少为两个，各薄膜托盘相隔一间距套装在托盘支撑杆下部段，托盘支撑杆套装有薄膜托盘的下部段位于集热罩内；托盘调节杆、连接板、辅调节螺杆和温度传感器的数量与薄膜托盘的数量相同，各托盘调节杆的上端分别固定在对应的连接板上，其下端穿过调节架、支座和真空箱体顶板上的过孔伸入真空箱体内并分别与对应的薄膜托盘连接，各辅调节螺杆分别位于调节架和对应的连接板的螺孔中，各温度传感器分别安装在对应的薄膜托盘上，其信号输出端与温度控制器连接；所述支座与真空箱体的顶板之间设置有密封件，所述托盘支撑杆和托盘调节杆与支座的过孔之间设置有密封件。

上述真空退火装置中，位于最下面的薄膜托盘处的温度最高，由下至上，薄膜托盘所处位置的温度呈降低态势，位于最上面的薄膜托盘处的温度最低。各薄膜托盘之间的间距由各薄膜托盘中放置的薄膜需要的退火温度确定。

为了进一步提高本发明所述多温段同时退火的真空退火装置的工作性能和加工制作的简便性，还采取了以下技术措施：

1、托盘支撑杆上设置有阶梯台，所述阶梯台上开设有与托盘调节杆数量相同、位置对应的导向孔。

2、调节架为下板、上板和两侧板组合而成的框架体；

3、集热罩内层用石墨石棉条制作，外层用硅橡胶制作。

4、薄膜托盘上设置有薄膜夹持片。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述真空退火装置将加热炉放置在真空箱体底部，在托盘支撑杆下部段相隔一定间距套装了多个薄膜托盘，由于各薄膜托盘处的温度不同，因而能够将多个薄膜样品分别放置在不同温度处的薄膜托盘中，在不同温度同时进行退火，这样不仅可节省电力资源和水资源，而且可提高退火效率，保证工作进度。

2、使用托盘调节机构调整薄膜托盘所处位置十分方便，因而在温度传感器的配合下可将薄膜托盘调节到合适的位置，满足薄膜所需的退火温度。

3、结构合理、简单，便于加工制作。

附图说明

图1是本发明所述多温段同时退火的真空退火装置的结构简图；

图2是图1所示多温段同时退火的真空退火装置的爆炸图；

图3是托盘调节机构中托盘调节杆、连接板和辅调节螺杆的组装示意图；

图4是薄膜托盘、托盘支撑杆的组装示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是薄膜托盘的结构简图

图7温度控制系统的结构框图。

图中，1—真空箱体、2—加热炉、3—集热罩支架、4—集热罩、5—薄膜托盘、6—托盘调节杆、7—托盘支撑杆、8—阶梯台、9—支座、10—密封垫、11—支撑架、12—主调节螺杆、13—调节架、14—辅调节螺杆、15—连接板、16—密封圈、17—下板、18—上板、19—右侧板、20—左侧板、21—固定螺钉、22—温度传感器、23—薄膜夹持片、24—石棉网、25—托盘调节杆安装孔、26—套孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述多温段同时退火的真空退火装置的结构和使用方法作进一步说明。

本实施例中，多温段同时退火的真空退火装置的结构如图1、图2所示，包括真空箱体1、加热炉2、温度传感器22、温度控制器、集热罩4、集热罩支架3、薄膜托盘5、托盘支撑杆7和托盘调节机构；托盘调节机构包括支座9、支撑架11、主调节螺杆12、调节架13、辅调节螺杆14、连接板15和托盘调节杆6。

真空箱体1中的真空度为10^-3～10^-4Pa；加热炉2为电加热炉；集热罩4为圆筒体，内层用石墨石棉条制作，外层用耐高温的硅橡胶制作；薄膜托盘5为四个，各薄膜托盘的结构如图6所示，为带凸耳的圆形板状体，用不锈钢制作，其凸耳的中心部位开设有与托盘支撑杆连接的套孔26，其圆形板状体靠凸耳部位开设有托盘调节杆安装孔25，其圆形板状体中心部位安装有石棉网24，沿石棉网周边设置有四个薄膜夹持片23；调节架13为下板17、上板18、右侧板19和左侧板20组合而成的框架体；主调节螺杆12为一根，辅调节螺杆14、连接板15和托盘调节杆6与薄膜托盘5的数量相同；托盘支撑杆7为圆杆，其中部设置有阶梯台8，所述阶梯台上开设有与托盘调节杆6数量相同、位置对应的导向孔；温度传感器22的数量与薄膜托盘5的数量相同。

上述各部件和构件的组装方式：加热炉2放置在真空箱体1底部，集热罩支架3环绕加热炉设置，集热罩4安装在集热罩支架3上。支座9安装在真空箱体1的顶板上，支撑架11安装在支座9上，主调节螺杆12位于支撑架11和调节架中的下板17开设的螺孔中，托盘支撑杆7的上端固定在调节架的下板17上，其下端穿过支座9和真空箱体顶板上的过孔伸入真空箱体内，逆时针或顺时针旋转主调节螺杆12，即可使托盘支撑杆7上下运动。四个薄膜托盘5-1、5-2、5-3、5-4与托盘支撑杆7的组装方式如图4、图5所示，四个薄膜托盘沿轴向相隔一间距、沿径向相隔90°套装在托盘支撑杆7的下部段，位于最下面的薄膜托盘5-1与相邻的薄膜托盘5-2的间距为L3，薄膜托盘5-2与相邻的薄膜托盘5-3的间距为L2，薄膜托盘5-3与位于最上面的薄膜托盘5-4的间距为L1，托盘支撑杆7套装有4各薄膜托盘的下部段位于集热罩4内。托盘调节杆6、连接板15和辅调节螺杆14的组装方式如图3所示，各托盘调节杆的上端分别固定在对应的连接板上，其下端穿过调节架中的下板17、支座9和真空箱体1顶板上的过孔伸入真空箱体内并分别与对应的薄膜托盘固连，各辅调节螺杆分别位于调节架中的上板18和对应的连接板的螺孔中，逆时针或顺时针旋转某一辅调节螺杆，即可使与该辅调节螺杆安装在同一连接板上的托盘调节杆连接的薄膜托盘沿托盘支撑杆7上下移动；各温度传感器分别安装在对应的薄膜托盘上，其信号输出端与温度控制器连接(见图7)；所述支座9与真空箱体1的顶板之间设置有密封垫10，所述托盘支撑杆7和托盘调节杆6与支座9的过孔之间设置有密封圈16。

本实施例所述多温段同时退火的真空退火装置的使用方法：

1、根据薄膜样品的退火温度分别将薄膜样品放置在薄膜托盘5-1、5-2、5-3、5-4上，用薄膜夹持片23固定；

2、通过调节机构将样品送入集热罩内；

3、抽真空，使真空箱体内的真空度达到10^-3～10^-4Pa；

4、根据薄膜所需的退火温度，在温度传感器的配合下，将各薄膜托盘调节到合适位置；

5、开启温度控制器，根据实验需要设定温度和退火时间，由温度控制器自动调节；

6、退火结束后，关闭加热炉电源，使薄膜随炉冷却至室温。

Claims

1、一种多温段同时退火的真空退火装置，包括真空箱体(1)、加热炉(2)、温度传感器、温度控制器，其特征在于还包括集热罩(4)、集热罩支架(3)、薄膜托盘(5)、托盘支撑杆(7)和托盘调节机构，托盘调节机构包括支座(9)、支撑架(11)、主调节螺杆(12)、调节架(13)、辅调节螺杆(14)、连接板(15)和托盘调节杆(6)；

加热炉(2)放置在真空箱体(1)底部，集热罩支架(3)环绕加热炉设置，集热罩(4)安装在集热罩支架(3)上；

支座(9)安装在真空箱体(1)的顶板上，支撑架(11)安装在支座(9)上，主调节螺杆(12)位于支撑架(11)和调节架(13)的螺孔中，托盘支撑杆(7)的上端固定在调节架(13)上，其下端穿过支座(9)和真空箱体顶板上的过孔伸入真空箱体内，薄膜托盘(5)至少为两个，各薄膜托盘相隔一间距套装在托盘支撑杆(7)下部段，托盘支撑杆(7)套装有薄膜托盘的下部段位于集热罩(4)内；

托盘调节杆(6)、连接板(15)、辅调节螺杆(14)和温度传感器(22)的数量与薄膜托盘(5)的数量相同，各托盘调节杆的上端分别固定在对应的连接板上，其下端穿过调节架(13)、支座(9)和真空箱体顶板上的过孔伸入真空箱体内并分别与对应的薄膜托盘连接，各辅调节螺杆分别位于调节架(13)和对应的连接板的螺孔中，各温度传感器分别安装在对应的薄膜托盘上，其信号输出端与温度控制器连接；

所述支座(9)与真空箱体(1)的顶板之间设置有密封件，所述托盘支撑杆(7)和托盘调节杆(6)与支座(9)的过孔之间设置有密封件。

2、根据权利要求1所述的多温段同时退火的真空退火装置，其特征在于托盘支撑杆(7)上设置有阶梯台(8)，所述阶梯台上开设有与托盘调节杆(6)数量相同、位置对应的导向孔。

3、根据权利要求1或2所述的多温段同时退火的真空退火装置，其特征在于调节架(13)为下板(17)、上板(18)和两侧板(19、20)组合而成的框架体。

4、根据权利要求1或2所述的多温段同时退火的真空退火装置，其特征在于集热罩(4)内层用石墨石棉条制作，外层用硅橡胶制作。

5、根据权利要求3所述的多温段同时退火的真空退火装置，其特征在于集热罩(4)内层用石墨石棉条制作，外层用硅橡胶制作。

6、根据权利要求1或2所述的多温段同时退火的真空退火装置，其特征在于薄膜托盘(5)上设置有薄膜夹持片(23)。

7、根据权利要求3所述的多温段同时退火的真空退火装置，其特征在于薄膜托盘(5)上设置有薄膜夹持片(23)。

8、根据权利要求4所述的多温段同时退火的真空退火装置，其特征在于薄膜托盘(5)上设置有薄膜夹持片(23)。

9、根据权利要求5所述的多温段同时退火的真空退火装置，其特征在于薄膜托盘(5)上设置有薄膜夹持片(23)。