CN110117772B - 一种超稳定三电极电子束蒸发源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超稳定三电极电子束蒸发源，用于解决现有技术中电子束蒸发装置结构复杂、电子束源存在加热不均匀、蒸发材料容易污染灯丝、电子束轨迹控制方法复杂的问题，包括：靶材、灯丝和支撑基座；其中，靶材固定至支撑基座；灯丝为耐高温金属材料，固定至支撑基座，设置于靶材上方，灯丝接通负电；实施本发明的技术方案，在靶材和灯丝间设置反射板，可便捷地实现对电子束轨迹的控制，并且减缓灯丝被污染的速度、延长装置寿命、简化装置结构、降低装置的放气率；反射板接通负电并且负电电压设置为可连续调节的，利于实现靶材端部的匀速蒸发，增加蒸发源适用的靶材种类、提高装置兼容性。

Description

一种超稳定三电极电子束蒸发源

技术领域

本发明涉及电子束蒸发源领域，特别涉及一种超稳定三电极电子束蒸发源。

背景技术

电子束蒸发是使用电子轰击靶材，实现靶材蒸发的物理气相沉积手段，可用来制备高纯薄膜材料以应用于电子芯片制造或科学研究以及其他领域。电子束的控制方法主要分为带磁场的e型电子束源和不带磁场的普通电子束源。e型电子束源由于使用磁场和电场耦合的方式控制电子，所以结构复杂，造价昂贵。而普通电子束源不使用磁场，因此结构简单，使用方便。现有技术中，普通电子束源存在加热不均匀、蒸发材料容易污染灯丝、电子束轨迹控制方法复杂的问题。

因此需要一种结构简单、电子束方向可控、靶材蒸发稳定的电子束蒸发源。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种超稳定三电极电子束蒸发源，本发明的技术方案是这样实施的：

一种超稳定三电极电子束蒸发源，包括：靶材、灯丝和支撑基座；其中，所述靶材固定至所述支撑基座；所述灯丝为耐高温金属材料，固定至所述支撑基座，设置于所述靶材上方，所述灯丝接通负电。

优选地，所述超稳定三电极电子束蒸发源，还包括沿靶材延伸方向设置于所述灯丝与所述靶材之间的反射板。

优选地，所述靶材接地或接通正电，所述灯丝接通的负电电压设置为所述灯丝与所述靶材的电势差大于500V的。

优选地，所述反射板接地。

优选地，所述反射板接通负电。

优选地，所述反射板接通的负电电压为可连续调节的。

优选地，所述反射板接通的负电电压，在[-400V,0]范围内。

优选地，所述灯丝线圈的边缘和所述反射板的边缘处于平行于靶材方向的同一平面内。

优选地，所述反射板使用耐高温材料，材料包括钽、钼或钨。

优选地，所述超稳定三电极电子束蒸发源，还包括载物坩埚，所述载物坩埚固定至所述支撑基座，所述靶材设置于所述载物坩埚内。

实施本发明的技术方案可解决现有技术中电子束蒸发装置结构复杂、电子束源存在加热不均匀、蒸发材料容易污染灯丝、电子束轨迹控制方法复杂的问题；实施本发明的技术方案，在靶材和灯丝间设置反射板，可便捷地实现对电子束轨迹的控制，并且减缓灯丝被污染的速度、延长装置寿命、简化装置结构、降低装置的放气率；反射板接通负电并且负电电压设置为可连续调节的，利于实现靶材端部的匀速蒸发，增加蒸发源适用的靶材种类、提高装置兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例学，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例1的蒸发源结构示意图；

图2为本发明的实施例2的蒸发源结构示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

1-靶材；2-灯丝；3-支撑基座；4-反射板；5-载物坩埚。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

在本发明的一种具体实施方式中，一种超稳定三电极电子束蒸发源，包括：靶材1、灯丝2和支撑基座3；其中，靶材1固定至支撑基座3；灯丝2为耐高温金属材料，固定至支撑基座3，设置于靶材1上方，灯丝2接通负电。

在该具体实施方式中，灯丝2可以使用耐高温金属材料，支撑基座3主体可以使用耐高温金属材料，也可以使用耐高温陶瓷材料等具有较高强度、可以在高温下保持形状并且绝缘的材料，可以防止连接在支撑基座3上的灯丝2和/或靶材1短路导致蒸发源蒸发速率不稳定。灯丝2和靶材1可以使用螺钉固定、卡接固定等可拆卸方式固定至支撑基座3，便于用户更换靶材1以及根据靶材1的形状、加热所需的电子束量、电压等参数更换不同的灯丝2或调整灯丝2的位置，提高蒸发源的兼容性。灯丝2和靶材1也可以使用点焊等不可拆卸方式固定至支撑基座3，提高灯丝2和靶材1与支撑基座3的连接强度，提高装置的可靠性。

灯丝2的负电电压较高时，电子会从灯丝2靠近靶材1的端部逸出至环境中，形成速度高的高能电子束并流向带有正电的靶材1，电子束轰击在靶材1上并将能量转化为靶材1的内能，从而实现对靶材1的加热。调整灯丝2的负电电压值可以调整电子束加热的功率、靶材1的蒸发速度，用户也可以通过调整灯丝2和靶材1的距离、灯丝2的匝数、灯丝2的材质使蒸发源适用不同种类的靶材1，提高装置的兼容性。

蒸发源依靠电子束进行加热，由于电子束主要在灯丝2和靶材1间的高强度电场作用下形成，受靶材1和灯丝2的温度影响小，因此通过控制灯丝2和靶材1的电压，用户可以较为准确地控制蒸发源的加热功率，可以提高蒸发源蒸发速度控制的准确度。

电子束的逸出需要装置处于高真空环境下，现有技术中，使用电子束加热的蒸发源往往需要设置电子枪和蒸发模块，装置结构复杂、体积较大，容易发生放气。装置发生放气后，电子束逸出困难，会增加功耗，并且需要反复对装置进行抽真空，蒸发源维护的时间成本和人力成本较高，降低了生产效率和质量。

在该具体实施方式中，电子束从灯丝2上直接逸出至靶材1表面对靶材1进行加热，电子束经过的距离短，可以降低电子束能量的损耗，提高装置电能的利用率，降低蒸发源使用成本，蒸发源结构简单，大大降低蒸发源整体体积，蒸发源置于体积较小的真空装置内，降低装置的放气率，降低装置维护的时间成本和人力成本，利于实现靶材1在长时间内匀速蒸发，提高装置可靠性。支撑基座3的端部可以设置密封法兰，用户可以以可拆卸方式将蒸发源固定在蒸发源外部真空装置上，便于拆卸，可以提高装置的兼容性，利于用户随时更换不同的蒸发源。

在一种优选的实施方式中，一种超稳定三电极电子束蒸发源，如图1所示，还包括沿靶材1延伸方向设置于灯丝2与靶材1之间的反射板4，反射板4可以使用金属材料制成。电子束在靶材1和灯丝2形成的电场作用下移动至靶材1表面，因此严格控制靶材1的形状、靶材1的电压、灯丝2的电压等参数依然难以控制实现靶材1的匀速蒸发。蒸发源中设置反射板4，可以改变灯丝2和靶材1间的电场分布，实现对电子束轨道的控制。用户可以提前标定不同电压条件下，反射板4的规格、形状、位置对电子束轨道的影响，便于用户在生产中根据需要调整反射板4参数，使电子束均匀地轰击在靶材1表面，实现靶材1的匀速蒸发。反射板4可以减少灯丝2接触到的靶材1蒸气，可以减缓蒸气对灯丝2的污染，延长装置寿命。

在一种优选的实施方式中，靶材1接地或接通正电，灯丝2接通的负电电压设置为灯丝2与靶材1的电势差大于500V的。电势差较高时，电子束的能量较高，可以提高靶材1的蒸发速度，适用于熔点较高的靶材1；电势差较低时，电子束的能量较低，降低靶材1端部温度，降低靶材1挥发速度，利于蒸发源实现匀速蒸发，并且降低蒸发源中其他结构受热熔化或发生形变的可能性，可以提高装置的可靠性。用户可以根据靶材1的熔点、所需的靶材1蒸发速度等参数选择靶材1接地或靶材1接通正电，以及靶材1接通的正电电压或灯丝2接通的负电电压，以控制靶材1和灯丝2的电势差。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，反射板4接地，保持零电势，可以防止蒸发源故障反射板4接通正电时电子束部分或全部轰击在反射板4上，避免加热效率的降低以及反射板4受热熔化造成靶材1的污染以及装置的损坏，可以提高蒸发源的可靠性。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，反射板4接通负电。用户可以提前标定反射板4接通的不同负压值对靶材1和灯丝2间电场的影响，根据靶材1的形状、灯丝2的电压等参数选择反射板4接通的电压值，通过改变电场分布使电子束均匀轰击在靶材1的上表面；蒸发源工作过程中，用户可以根据靶材1蒸发后的上表面位置调整反射板4接通的电压，使电子束始终均匀轰击靶材1，实现靶材1的稳定蒸发，提高蒸发源的稳定性。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，反射板4接通的负电电压为可连续调节的。蒸发源使用不同规格的靶材1时，灯丝2上逸出的电子束轰击在靶材1表面的面积并非始终与靶材1端部面积和形状相一致。用户可以连续调节反射板4的负电电压值，控制电子束反复扫描靶材1端部，实现靶材1端部的均匀蒸发。用户可以根据靶材1的形状设定负电电压的变化方式，可以增加蒸发源适用的靶材1种类，降低蒸发源对靶材1形状、规格的要求，提高蒸发源的兼容性。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，反射板4接通的负电电压，在[-400V,0]范围内。反射板4接通的负电电压范围越广，则蒸发源适用的靶材1种类越多，负电电压设置为大于-400V的，可以避免反射板4与靶材1间的电势差过高导致反射板4上也发生电子的逸处导致的靶材1过热、靶材1蒸发速度过快、蒸发源过热损坏等故障，提高蒸发源可靠性。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，灯丝2线圈的边缘和反射板4的边缘处于平行于靶材1方向的同一平面内。灯丝2发射出的电子束难以大量地绕过反射板4轰击在被反射板4遮挡的区域中，因此反射板4的边缘未延伸至靶材1方向，可以增加电子束的移动范围，提高蒸发源适用的靶材1规格和类型；反射板4距离灯丝2线圈的边缘和靶材1越远则反射板4对电场分布的影响越小，蒸发源对电子束的轨迹控制效果越差。灯丝2线圈的边缘和反射板4的边缘处于平行于靶材1方向的同一平面内，可以使反射板4对电场的控制较为灵敏并且使电子束有较大的移动范围，提高蒸发源的可靠性。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，反射板4使用耐高温材料，材料包括钽、钼或钨。反射板4距离灯丝2和靶材1较近，蒸发源工作时，靶材1和灯丝2上温度较高，其部分能量会通过热辐射的方式传递至反射板4，并且反射板4在加高电压时本身的电流热效应明显，反射板4会达到较高温度。反射板4使用耐高温材料，可以在高温下维持原形状，提高蒸发源对电子束轨迹控制的稳定性，避免电子束轨迹变化造成蒸发源工作不稳定或损坏，也可以避免反射板4熔化污染蒸发源，提高蒸发源工作的可靠性。

实施例2

在一种优选的实施方式中，一种超稳定三电极电子束蒸发源，如图2所示，与实施例1不同的是，还包括载物坩埚5，载物坩埚5固定至支撑基座3，靶材1设置于载物坩埚5内。当靶材1难以加工成合适的形状或较为困难固定至支撑基座3时，蒸发源中可以设置固定至支撑基座3的载物坩埚5。坩埚主体可以使用钽、钼或钨等耐高温金属材料，也可以使用陶瓷等耐高温的绝缘材料。坩埚内部也可以设置水冷装置，用于冷却坩埚，避免坩埚熔化污染靶材1或坩埚蒸发导致蒸气质量下降，也可以降低支撑基座3的温度，利于蒸发源适用高熔点靶材1，提高蒸发源的兼容性，同时可以减少经过灯丝2的蒸气量，延长蒸发源寿命。

需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超稳定三电极电子束蒸发源，其特征在于，包括：靶材、灯丝和支撑基座；其中，

所述靶材固定至所述支撑基座；

所述灯丝为耐高温金属材料，固定至所述支撑基座，设置于所述靶材上方，所述灯丝接通负电；

所述超稳定三电极电子束蒸发源还包括沿靶材延伸方向设置于所述灯丝与所述靶材之间的反射板；

所述反射板接通负电；

所述反射板接通的负电电压为可连续调节的。

2.根据权利要求1所述的一种超稳定三电极电子束蒸发源，其特征在于，所述靶材接地或接通正电，所述灯丝接通的负电电压设置为所述灯丝与所述靶材的电势差大于500V。

3.根据权利要求1所述的一种超稳定三电极电子束蒸发源，其特征在于，所述反射板接通的负电电压，在[-400V,0]范围内。

4.根据权利要求3中任一所述的一种超稳定三电极电子束蒸发源，其特征在于，所述灯丝线圈的边缘和所述反射板的边缘处于平行于靶材方向的同一平面内。

5.根据权利要求4所述的一种超稳定三电极电子束蒸发源，其特征在于，所述反射板使用耐高温材料，材料包括钽、钼或钨。

6.根据权利要求5所述的一种超稳定三电极电子束蒸发源，其特征在于，还包括载物坩埚，所述载物坩埚固定至所述支撑基座，所述靶材设置于所述载物坩埚内。