CN106987809A - 一种有机真空蒸发源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机真空蒸发源，包括：加热系统、冷却系统、测温系统、控制系统和连接组件；加热系统中电热丝通电对金属导热体进行加热，达到有机物蒸发温度蒸发产生气相分子，通过控制系统旋转挡板的旋转闭合实现对镀膜过程的开始与结束，冷却系统始终处于工作状态，以免加热温度过高及实现金属导热体腔内坩埚的均匀受热，测温系统的电偶丝直接测量金属导热体温度进而反馈有机物的加热温度，连接组件的合理连接保证整个设备正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及真空设备领域，特别是一种有机真空蒸发源设备。
背景技术
真空镀膜技术起源于20世纪30年代，直到80年代才形成工业化大规模生产。真空镀膜是在真空环境下，加热蒸发器中待形成薄膜的源，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到衬底或基片表面，凝固形成固态薄膜的方法。真空镀膜技术是真空应用技术的一个重要分支，是最有发展前景的表面涂覆应用技术，它具有一系列其它工艺不可取代的优异特点：不受被镀元件的材料及形状的影响；镀膜的厚度可以控制；可镀功能性表面镀层。和传统的电镀法相比，真空镀膜具有低能耗、无毒、无废液、污染小、装饰效果好、金属感强等优点。它已被广泛地应用于光学、电子学、能源开发、理化仪器、建筑机械、包装、民用制品、表面科学以及科学研究等领域中。被誉为最具发展前途的重要技术之一。
具有光、电、磁物理功能的有机功能材料的出现打破了有机化合物与“导电”、“铁磁”等无缘的传统概念，极大促进了物理学、材料学、微纳电子学等学科的发展。有机功能材料的电子状态、导电机理等完全有别于无机金属和半导体，在深入探索其结构与功能相互关系的基础上，开展分子、聚集态以及有机薄膜光电器件的研究，具有重要的科学意义和应用前景。有机分子薄膜器件与无机器件相比，具有四个明显的优点：①有机化合物的种类繁多、易于获得，拥有成本上的优势以及资源的广泛分布性；②有机薄膜的加工工艺简单、集成度高，可以制成大面积的、低成本的薄膜器件，分子束外延生长技术、Langmuir-Blodgett技术、分子自组装技术等为制备高性能低成本的有机分子薄膜器件提供了有效途径；③以有机材料制成的有机薄膜器件，可通过对有机分子结构进行适当的修饰而改变器件的性能；④有机材料制备的薄膜器件呈现出非常好的柔韧性，可制成可弯曲的器件，而这在无机器件中是难以实现的。
有机分子薄膜器件的构筑思想可追溯至上世纪五十年代。在短短半个多世纪的时间里，有机分子薄膜器件经历了一条从器件雏形的探索、实用化器件研发到产业化和商业化的快速发展之路。当前的研究主要集中在有机太阳能电池、有机发光二极管以及有机场效应管三大类。
而有机薄膜器件的获得所需的设备，即有机真空蒸发源，并没有自主研发的专门用于有机物蒸发的比较成熟的真空设备，主要技术难关在于如何实现低温蒸发，如何将温度控制保持在低温水平。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种可以控制蒸发温度范围为15-300℃，能够实现有机物稳定蒸发，均匀镀膜的有机真空蒸发源。
为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：
一种有机真空蒸发源，包括：加热系统、冷却系统、测温系统、控制系统和连接组件；
加热系统包括：电极端口、电热丝、金属导热体、坩埚、固定环和连接件；
其中，电热丝与4个固定环围成中空筒状加热芯；电极端口一端用连接件和电热丝的供电接头连接，另一端接入电源，通电加热；金属导热体为柱状体，金属导热体顶端设置有用于嵌入坩埚的轴向向下的坩埚凹槽，底端设置有轴向向上延伸的用于嵌入加热芯的加热芯嵌入凹槽；加热芯嵌入凹槽中心设置有贯穿加热芯中心孔的并伸出于金属导热体底端的水冷连接柱；
冷却系统包括：进水管、出水管、进水管接头和出水管接头；
其中，进水管直径小于出水管直径，出水管为末端密封管，进水管伸入于出水管形成末端连通的双层套管结构的水冷管；进水管入口端与进水管接头连接；出水管的出口端与出水管接头；金属导热体的水冷连接柱嵌套在水冷管外侧；
测温系统包括：电偶丝和热电偶测温器接入口；
电偶丝本体嵌入于金属导热体表面预设的条状凹槽内，一端通过螺钉固定在条状凹槽内部，另一端与热电偶测温器接入口连接，其中条状凹槽延伸至坩埚底部位置；
控制系统包括：旋转挡板、波纹管旋转导入器和防护罩；
防护罩罩置于金属导热体外部；
连接组件包括：法兰、绝缘管套、绝缘片、夹紧块和导向件；
导向件一端卡在防护罩内，为水冷管、电热丝、电偶丝、波纹管旋转导入器的导入棒的导向并固定；
法兰一侧端面焊接固定进水管接口、出水管接口、电极端口、热电偶测温器接口和旋转导入器，另一端设置加热系统、冷却系统、测温系统和控制系统除去上述部件的其余部件；
其中，绝缘管套套在电热丝和电偶丝外部；绝缘片用于隔离电极端口伸出的供电线；夹紧块为螺栓预紧的夹紧块，数量大于等于4个，通过螺栓预紧夹紧水冷管与金属导热体的水冷连接柱部分；
旋转导入器的回转杆穿过法兰通过防护罩导向伸入金属导热体的预设槽口中，并顶端伸出于防护罩顶端；旋转挡板固定在回转杆顶端与回转杆同步转动，且保证旋转挡板底部端面距防护罩顶端间距为3-6mm；水冷管伸入金属导热体内部66-68mm。
采用了上述技术方案，本发明提供的一种有机真空蒸发源，该装置中的电热丝经通电对金属导热体加热，当温度达到坩埚内有机物蒸发温度时，有机物开始蒸发，蒸发出的气体分子入射到真空腔室中待镀膜的基体表面。热电偶通过电偶丝传导检测实时蒸发温度，进水管通入冷却水，通过内部的水循环冷却带走金属导热体的热量从而实现对坩埚降温，达到蒸发有机物的低温效果。坩埚口上面的旋转挡板可通过手动杆调节控制蒸发出的物质是否对基体镀膜。有机真空蒸发源的结构和操作简单，不仅便于生产，而且成本非常低廉适于广泛推广。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.蒸发蒸汽压高，蒸发温度可控制在很低范围15-300℃，专门蒸发有机物。
2.本发明机构中，电热丝内部可以放置不同形状和尺寸的标准坩埚。大部分的坩埚是圆柱形,锥形形状也可适用。
3.本发明加热丝直接加热的是内部金属导热体，能够避免坩埚的局部过热，坩埚是通过金属导热体的热辐射热获得蒸发所需的热量的。且金属导热体厚重，可以实现对坩埚的均匀加热。
4.本发明水冷管并未深入电热丝加热区域，而是与金属柱体紧密接触通过热传导冷却的方式带走柱体热量进而实现对坩埚的降温。
5.本发明具有完整的超高真空和分子束外延兼容性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
本发明共5幅附图,其中：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的去除防护罩后结构示意图。
图3为本发明的加热芯结构示意图。
图4为本发明的坩埚结构示意图。
图5为本发明的水冷管与金属导热体装配后结构示意图。
图中：1、波纹管旋转导入器，2、电极端口，3、热电偶测温器接入口，5、法兰，6、绝缘片，7、连接件，8、防护罩，9、旋转挡板，10、导向件，11、电偶丝，12、出水管接，13、进水管接头，14、夹紧块，15、固定环，16、电热丝，17、坩埚，18、进水管，19、出水管，20、水冷管，21、金属导热体，21.1、坩埚凹槽，21.2、加热芯嵌入凹槽，21.3、水冷连接柱。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示的一种有机真空蒸发源，包括：加热系统、冷却系统、测温系统、控制系统和连接组件；
加热系统包括：电极端口2、电热丝16、金属导热体21、坩埚17、固定环15和连接件7；
其中，电热丝16与4个固定环15围成中空筒状加热芯；电极端口2一端用连接件7和电热丝16的供电接头连接，另一端接入电源，通电加热；金属导热体21为柱状体，金属导热体21顶端设置有用于嵌入坩埚17的轴向向下的坩埚凹槽21.1，底端设置有轴向向上延伸的用于嵌入加热芯的加热芯嵌入凹槽21.2；加热芯嵌入凹槽21.2中心设置有贯穿加热芯中心孔的并伸出于金属导热体21底端的水冷连接柱21.3；
冷却系统包括：进水管18、出水管19、进水管接头13和出水管接头12；
其中，进水管18直径小于出水管19直径，出水管19为末端密封管，进水管18伸入于出水管19形成末端连通的双层套管结构的水冷管20；进水管18入口端与进水管接头13连接；出水管19的出口端与出水管接头12；金属导热体21的水冷连接柱21.3嵌套在水冷管20外侧；
测温系统包括：电偶丝11和热电偶测温器接入口3；
电偶丝11本体嵌入于金属导热体21表面预设的条状凹槽内，一端通过螺钉固定在条状凹槽内部，另一端与热电偶测温器接入口3连接，其中条状凹槽延伸至坩埚17底部位置；
控制系统包括：旋转挡板9、波纹管旋转导入器1和防护罩8；
防护罩8罩置于金属导热体21外部；
连接组件包括：法兰5、绝缘管套、绝缘片6、夹紧块14和导向件10；
导向件10一端卡在防护罩8内，为水冷管20、电热丝16、电偶丝11、波纹管旋转导入器1的导入棒的导向并固定；
法兰5一侧端面焊接固定进水管接口13、出水管接口12、电极端口2、热电偶测温器接口3和旋转导入器1，另一端设置加热系统、冷却系统、测温系统和控制系统除去上述部件的其余部件；
其中，绝缘管套套在电热丝16和电偶丝11外部；绝缘片6用于隔离电极端口2伸出的供电线；夹紧块14为螺栓预紧的夹紧块，数量大于等于4个，通过螺栓预紧夹紧水冷管20与金属导热体21的水冷连接柱21.3部分；
旋转导入器1的回转杆穿过法兰5通过防护罩8导向伸入金属导热体20的预设槽口中，并顶端伸出于防护罩8顶端；旋转挡板9固定在回转杆顶端与回转杆同步转动，且保证旋转挡板9底部端面距防护罩8顶端间距为3-6mm，即旋转导入器1控制回转杆回转带动旋转挡板9转动，实现旋转挡板9的开合；水冷管20伸入金属导热体21内部66-68mm。
其中，电热丝材质为Ta，坩埚材质为PBN，固定环材质为PBN，防护罩材质为Ta。
采用了上述技术方案，本发明提供的一种有机真空蒸发源，该装置中的电热丝经通电对金属导热体加热，当温度达到坩埚内有机物蒸发温度时，有机物开始蒸发，蒸发出的气体分子入射到真空腔室中待镀膜的基体表面。热电偶通过电偶丝传导检测实时蒸发温度，进水管通入冷却水，通过内部的水循环冷却带走金属导热体的热量从而实现对坩埚降温，达到蒸发有机物的低温效果。坩埚口上面的旋转挡板可通过手动杆调节控制蒸发出的物质是否对基体镀膜。有机真空蒸发源的结构和操作简单，不仅便于生产，而且成本非常低廉适于广泛推广。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种有机真空蒸发源，其特征在于，包括：加热系统、冷却系统、测温系统、控制系统和连接组件；
所述加热系统包括：电极端口(2)、电热丝(16)、金属导热体(21)、坩埚(17)、固定环(15)和连接件(7)；
其中，电热丝(16)与4个固定环(15)围成中空筒状加热芯；所述电极端口(2)一端用连接件(7)和电热丝(16)的供电接头连接，另一端接入电源，通电加热；所述金属导热体(21)为柱状体，金属导热体(21)顶端设置有用于嵌入坩埚(17)的轴向向下的坩埚凹槽(21.1)，底端设置有轴向向上延伸的用于嵌入加热芯的加热芯嵌入凹槽(21.2)；所述加热芯嵌入凹槽(21.2)中心设置有贯穿加热芯中心孔的并伸出于金属导热体(21)底端的水冷连接柱(21.3)；
所述冷却系统包括：进水管(18)、出水管(19)、进水管接头(13)和出水管接头(12)；
其中，进水管(18)直径小于出水管(19)直径，出水管(19)为末端密封管，进水管(18)伸入于出水管(19)形成末端连通的双层套管结构的水冷管(20)；进水管(18)入口端与进水管接头(13)连接；出水管(19)的出口端与出水管接头(12)；金属导热体(21)的水冷连接柱(21.3)嵌套在水冷管(20)外侧；
所述测温系统包括：电偶丝(11)和热电偶测温器接入口(3)；
所述电偶丝(11)本体嵌入于金属导热体(21)表面预设的条状凹槽内，一端通过螺钉固定在条状凹槽内部，另一端与热电偶测温器接入口(3)连接，其中条状凹槽延伸至坩埚(17)底部位置；
所述控制系统包括：旋转挡板(9)、波纹管旋转导入器(1)和防护罩(8)；
所述防护罩(8)罩置于金属导热体(21)外部；
所述连接组件包括：法兰(5)、绝缘管套、绝缘片(6)、夹紧块(14)和导向件(10)；
所述导向件(10)一端卡在防护罩(8)内，为水冷管(20)、电热丝(16)、电偶丝(11)、波纹管旋转导入器(1)的导入棒的导向并固定；
所述法兰(5)一侧端面焊接固定进水管接口(13)、出水管接口(12)、电极端口(2)、热电偶测温器接口(3)和旋转导入器(1)，另一端设置加热系统、冷却系统、测温系统和控制系统除去上述部件的其余部件；
其中，绝缘管套套在电热丝(16)和电偶丝(11)外部；绝缘片(6)用于隔离电极端口(2)伸出的供电线；夹紧块(14)为螺栓预紧的夹紧块，数量大于等于4个，通过螺栓预紧夹紧水冷管(20)与金属导热体(21)的水冷连接柱(21.3)部分；
所述旋转导入器(1)的回转杆穿过法兰(5)通过防护罩(8)导向伸入金属导热体(20)的预设槽口中，并顶端伸出于防护罩(8)顶端；所述旋转挡板(9)固定在回转杆顶端与回转杆同步转动，且保证旋转挡板(9)底部端面距防护罩(8)顶端间距为3-6mm。
2.根据权利要求1所述的一种有机真空蒸发源，其特征在于：
所述水冷管(20)伸入金属导热体(21)内部66-68mm。
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