CN107955935A - 一种用于薄膜蒸镀的装置 - Google Patents

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董国材
唐琪雯
张祥
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Abstract

本发明涉及一种薄膜蒸镀的装置，由真空腔体、蒸发源、样品台、冷凝装置、真空获得装置、供气装置及插板阀组成。本发明采用不锈钢腔壁，使用分子泵+机械泵的抽气装置，本底真空可达到10‑8mbar，充分减少杂质气体分子对蒸镀过程造成的影响。蒸发源最高可加热至1900℃，坩埚用于放置待蒸镀样品，体积最高可达 5 ml。可用于多种金属薄膜的蒸镀。

Description

一种用于薄膜蒸镀的装置
技术领域：
本发明涉及薄膜生长或薄膜制备领域，更确切地说涉及薄膜蒸镀的装置。
背景技术：
现代科学和技术需要使用大量功能各异的薄膜材料，如石墨烯、六角氮化硼、金属薄膜等。一般来讲，为了达到所需的性能，这些功能材料必须是高纯的。而为了得到高纯度的产品，科学界、工艺界也发明了很多制备方法。其中，化学气相淀积法（CVD）、分子束外延生长法（MBE）等都是近几十年发展起来的制备高纯度材料的新技术。
目前所使用的蒸镀金属薄膜的装置多为石英管式炉，对生长过程的控制存在以下问题：1）气压的控制性。石英管式炉的气压测量和控制一般是通过流量计和在关口的气压计完成。石墨烯的生长机理与气体的流量没有直接关系，而是同金属表面的气压有关。而该装置气路狭窄，通过流量计与管口所测量的数据不能直接表达金属表面的气压，而是具有很大的差异和延迟。2）温度的控制性。对薄膜生长过程有影响的为金属薄膜表面的温度，而实际上在石英管式炉中往往测量的是管壁外的温度，存在较大差异与延迟。3）本底杂质的控制性。石英管内杂质气体的本底真空相对比较高，一般在10-4 mbar以上，这就意味着金属表面每个原子每秒钟平均约有100次来自杂质气体的碰撞。这些杂质气体所带来的影响是复杂的不容易预知的，通常来讲会造成两个问题：一是制备方法的转移性不好，在一个系统上优化的制备方法在转移到不同生产设备的时候，由于不同系统所存在差异，相同的制备参数所给出的金属表面的气压与温度可能相差很多；二是对薄膜的生长机理理解欠佳，由于测量过程中参数的延迟与差异以及杂质气体的影响，很难通过最基本的表面科学知识解释所得到的结果。
发明内容：
针对以上提到的问题，提出本发明。
采用不锈钢壁的冷壁装置，使用分子泵+机械泵的抽气装置，本底真空可达到10-7甚至10-8mbar，充分减少杂质气体分子对生长过程造成的影响。在设计装置的气路时，充分考虑气体扩散的基本原理。采用内加热方式，不仅能降低能耗，而且能形成温度更均匀的恒温区，而温度测量采用直接测量样品或者充分靠近样品，从而得到更准确的温度参数。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种用于薄膜蒸镀的装置，其特征在于，所述装置由真空腔体（1）、蒸发源（2）、样品台（4）、冷凝装置、真空获得装置、供气装置及插板阀（14）组成。
按上述方案，所述的真空腔体（1）通过真空获得装置达到真空状态。
按上述方案，所述的蒸发源（2）通过CF法兰接口与真空腔体（1）连接，最高可加热至1900℃，坩埚（3）用于放置待蒸镀样品，体积最高可达 5 ml。
按上述方案，所述的样品台（4）用于放置基底材料（5），坩埚（3）内的待蒸镀样品加热后蒸镀至基底材料（5）表面。
按上述方案，所述的冷凝装置由循环水机（6）、过滤装置（7）组成，为分子泵提供循环冷凝水以降温分子泵的工作温度。
按上述方案，所述的真空获得装置包括机械泵（8）、分子泵（9），分子泵（9）通过CF接口与真空腔体（1）连接，另一端使用KF接口通过波纹管与机械泵（8）连接。
按上述方案，所述的供气装置包括减压阀（10）、微漏阀（11）、真空计（12）、气源（13）。减压阀连接导气管，导气管连接微漏阀，通过微漏阀的精确调节，气体进入真空腔体（1）。
按上述方案，所述的插板阀（14）可以为手动、气动、或电动插板阀，两面分别通过CF接口与真空腔体（1）和分子泵相连，实现隔绝与串通腔体和分子泵的功能。
附图说明：
图1. 本发明的实施例装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
作为一个具体的实施例，如图 1 所示，本发明的一种用于薄膜蒸镀的装置，包括真空腔体、蒸发源、样品台、冷凝装置、真空获得装置、供气装置及插板阀。
下面利用本实施例的装置实现在云母基底上蒸镀金薄膜。
1. 首先制作基底材料，取直径为1cm的圆形云母，利用胶带小心剥离表面层，露出洁净、平整的云母表面作为基底材料，并将处理好的云母片固定于样品台上。
2、蒸发源中放置纯度为99.99%的金块，通过CF法兰将蒸发源与真空腔体相连接。
3、打开插板阀，使真空腔与分子泵处于连通状态，依次打开机械泵和分子泵（分子泵做循环水冷凝处理），至本底真空达到2×10-6 mbar。
4、将蒸发源加热至1050℃，并在该温度下保持30 min后降温至室温即可得到蒸镀于云母基底表面的金薄膜。

Claims (9)

1.一种用于蒸镀的装置，其特征在于，所述装置由真空腔体（1）、蒸发源（2）、样品台（4）、冷凝装置、真空获得装置、供气装置及插板阀（14）组成。
2.根据权利要求1所述的用于蒸镀的装置，其特征在于：所述的真空腔体（1）通过真空获得装置达到真空状态。
3.根据权利要求1所述的用于蒸镀的装置，其特征在于：所述的蒸发源（2）通过CF法兰接口与真空腔体（1）连接，最高可加热至1900℃，坩埚（3）用于放置待蒸镀样品，体积最高可达 5 ml。
4.根据权利要求1所述的用于蒸镀的装置，其特征在于：所述的样品台（4）用于放置基底材料（5），坩埚（3）内的待蒸镀样品加热后蒸镀至基底材料（5）表面。
5.根据权利要求1所述的用于蒸镀的装置，其特征在于：所述的冷凝装置由循环水机（6）、过滤装置（7）组成，为分子泵提供循环冷凝水以降温分子泵的工作温度。
6.根据权利要求1所述的用于蒸镀的装置，其特征在于：所述的真空获得装置包括机械泵（8）、分子泵（9），分子泵（9）通过CF接口与真空腔体（1）连接，另一端使用KF接口通过波纹管与机械泵（8）连接。
7.根据权利要求1所述的用于蒸镀的装置，其特征在于：所述的供气装置包括减压阀（10）、微漏阀（11）、真空计（12）、气源（13）。
8.减压阀连接导气管，导气管连接微漏阀，通过微漏阀的精确调节，气体进入真空腔体（1）。
9.根据权利要求1所述的用于蒸镀的装置，其特征在于：所述的插板阀（14）可以为手动、气动、或电动插板阀，两面分别通过CF接口与真空腔体（1）和分子泵相连，实现隔绝与串通腔体和分子泵的功能。
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