CN111139447A - 一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，包括：炉源区和样品区；炉源区包括炉源区腔体、蒸发源和炉源区真空泵；蒸发源设置在炉源区腔体内部并固定在炉源区腔体的内壁上；炉源区真空泵连接炉源区腔体；样品区包括样品区腔体、衬底台、样品区真空泵和差分限流通道；衬底台从样品区腔体的上方或者侧面插入样品区腔体内；样品区真空泵设置在样品区腔体内部并固定在样品区腔体的内壁上；差分限流通道设置在炉源区与样品区的连接处；炉源区腔体与样品区腔体之间通过差分限流通道相连。本发明的有益效果：可减少蒸发源附近的真空度随气体的增多而降低而导致镀膜质量下降。
Description
技术领域
本发明涉及蒸镀装置领域，特别涉及一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置。
背景技术
真空蒸镀是指在真空条件下，利用加热蒸发物料，使物料粒子在基底上沉积成膜的技术。其中分子束外延法是在超高真空条件下，将物料元素的分子束流直接喷到衬底表面，从而在其上形成外延层，能生长极薄的单晶薄膜，且能精准控制膜厚。真空度是超高真空镀膜系统的重要指标，真空不仅可为薄膜生长提供超洁净环境，还可提高分子运动自由程，实现高质量镀膜。因此真空度是镀膜系统的重要指标之一。
在传统的蒸镀系统中，在加热膜材料使之汽化产生原子束或分子束时，蒸发源往往会加热到高温，尤其对于大多数金属材料，都要求加热到1000～2000℃。在加热的过程中，蒸发源附近的真空度会随着气体的增多而降低，这是因为气体分子间的散射加强，并且物料分子或原子会加强和残余气体分子的撞击，进而影响镀膜质量。
故市场亟需一种可以在真空条件下，可以减少由于蒸发源附近的真空度随气体的增多而降低从而导致镀膜质量下降的装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，本发明的技术方案是这样实施的：
一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于，包括：炉源区(1)和样品区(2)；所述炉源区(1)包括炉源区腔体(3)、蒸发源(5)和炉源区真空泵(6)；所述蒸发源(5)设置在所述炉源区腔体(3)内部并固定在所述炉源区腔体(3)的内壁上；所述炉源区真空泵(6)连接所述炉源区腔体(3)；所述样品区(2)包括样品区腔体(4)、衬底台(7)、样品区真空泵(8)；所述衬底台(7)从所述样品区腔体(4)的上方或者侧面插入所述样品区腔体(4)内；所述吸样品区真空泵(8)设置在所述样品区腔体(4)内部并固定在所述样品区腔体(4)的内壁上；所述差分限流通道(9)设置在所述炉源区(1)与所述样品区(2)的连接处；所述炉源区腔体(3)与所述样品区腔体(4)之间通过所述差分限流通道(9)相连。
优选地，所述炉源区腔体(3)可选自包括圆柱形、矩形柱、多边形柱的一种。
优选地，所述炉源区腔体(3)包括蒸发源(5)凸起和炉源区真空泵(6)凸起；所述蒸发源(5)设置在所述蒸发源(5)凸起内；所述炉源区真空泵(6)通过所述炉源区真空泵(6)凸起与所述炉源区腔体(3)内部相连。
优选地，所述样品区腔体(4)为可选自包括圆柱形、矩形柱、多边形柱的一种。
优选地，所述样品腔体包括样品区真空泵凸起；所述样品区真空泵凸起设置在所述样品腔体的一面上；所述样品区真空泵(8)设置在所述样品区真空泵凸起的内部并固定在所述样品区真空泵凸起上。
优选地，所述炉源区真空泵(6)选自包括牵引分子泵、涡轮分子泵和复合分子泵中的一种。所述样品区真空泵(8)可选自包括非蒸散型吸气泵、离子泵、复合泵和分子泵中的一种。
优选地，所述蒸发源(5)选自基于包括电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热的蒸发源(5)的一种。
优选地，所述蒸发源(5)的数量为一个或者多个的；所述差分限流通道(9)为一个或者多个的。
优选地，所述差分限流通道选自包括圆孔、方孔和V字形导管中的一种或者多种。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中在加热的过程中，蒸发源附近的真空度会随着气体的增多而降低，进而影响镀膜质量的技术问题；实施本发明的技术方案，可实现降低气体分子间的散射加强，提高镀膜质量的技术效果。
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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置的结构示意图。
在上述附图中，各图号标记分别表示：
炉源区(1)、样品区(2)、炉源区腔体(3)、样品区腔体(4)、蒸发源(5)、炉源区真空泵(6)、衬底台(7)、样品区真空泵(8)、差分限流通道(9)。
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做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。
在一种具体的实施例中，如图1所示，一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于，包括：炉源区(1)和样品区(2)；所述炉源区(1)包括炉源区腔体(3)、蒸发源(5)和炉源区真空泵(6)；所述炉源区腔体(3)选自包括圆柱形、矩形柱、多边形柱的一种，所述炉源区腔体(3)包括蒸发源(5)凸起和炉源区真空泵(6)凸起；所述蒸发源(5)设置在所述蒸发源(5)凸起内；所述炉源区真空泵(6)通过所述炉源区真空泵(6)凸起与所述炉源区腔体(3)内部相连；所述样品区(2)包括样品区腔体(4)、衬底台(7)、样品区真空泵(8)；所述样品区腔体(4)为多面体，所述样品腔体包括样品区真空泵凸起；所述样品区真空泵凸起设置在所述样品腔体的一面上；所述样品区真空泵(8)设置在所述样品区真空泵凸起的内部并固定在所述样品区真空泵凸起上；所述炉源区(1)与所述样品区(2)连接；所述差分限流通道(9)设置在所述炉源区(1)与所述样品区(2)的连接处；所述炉源区(1)与所述样品区(2)之间通过所述差分限流通道(9)相连；所述蒸发源(5)选自基于包括电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热的蒸发源(5)的一种。
在该种具体的实施例中，炉源区(1)和样品区(2)之间采用分立腔体，蒸发源(5)装置在炉源区(1)，蒸发源(5)上设置有加热膜料放置处，上面放置有蒸发膜料，蒸发源(5)加热蒸发模料从而产生蒸镀所需的物料气体分子/原子；样品区(2)是进行蒸镀作业的场所；物料分子/原子则向差分限流通道(9)方向移动从而涌入样品区腔体(4)形成分子束撞击在衬底台(7)的衬底上，从而实现了样品区腔体(4)内进行镀膜作业，同时样品区(2)在样品区真空泵(8)的作用下维持样品区腔体(4)内的真空度，从而维持镀膜作业的作业质量，最后产生最终的镀膜作业产物。其中，差分限流通道(9)的具体结构会根据蒸发源束流的特性进行设计。本实施例与传统的单一腔体的蒸镀装置相比，通过设置多个腔体，腔体之间仅保留差分限流通道(9)来沟通两个腔体之间的运动，通过小孔连接；由于小孔的存在，在炉源区(1)产生的分子束只能通过小孔进入到样品区(2)内进行蒸镀作业，从而限制了蒸发源(5)加热时释放的热量和材料放气进入样品区(2)，但同时保证用于蒸镀的物料分子/原子可以移动到衬底台(7)的样品托上；简单来讲，小孔的作用就是控制向样品区腔体(4)进入的气体通量，进而保证样品区(2)的真空度不会随着炉源区(1)的环境变化而下降，从而减少了气体分子之间的撞击，提高了镀膜质量。
炉源腔本底真空为P1，炉源区真空泵(6)抽速为S1，样品腔的本底真空为P2，样品区真空泵(8)抽速为S2，，蒸镀过程中蒸发源(5)放气量为Q，小孔的流导为C，此种差分设计可以控制样品腔气压增量
而单腔体(非差分设计)情况下样品处气压增量
另外，此时样品腔和炉源腔的真空度之比
对于本领域的技术人员而言，可对S1、S2、C的值进行设定，从而使ΔP<ΔP’并减低P2/P1的大小，以获得更小的样品腔气压增量，从而提高镀膜效果。并控制例如炉源腔真空度在10-8mbar量级时，样品腔还保持10-10mbar量级，从而大幅度提高镀膜的质量。
在一种优选的实施例2中，如图1所示，炉源区真空泵(6)和样品区真空泵(8)可分别根据所需的真空度选配泵组，在实际的应用过程中，炉源区(1)真空度可以稍差于样品区(2)。
在一种优选的实施例3中，所述蒸发源(5)的数量为一个或者多个的；所述差分限流通道(9)为一个或者多个的。
在该种优选的实施例中，若将蒸发源(5)的数量设置为多个时，应当设定对应的多个差分限流通道(9)，每一个蒸发源(5)都应当有相应的差分限流通道(9)与之对应。
在一种优选的实施例4中，差分限流通道(9)可根据材料的不同选用相应的差分限流通道的具体形状和类型。
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 (9)
1.一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于，包括：炉源区(1)和样品区(2)；
所述炉源区(1)包括炉源区腔体(3)、蒸发源(5)和炉源区真空泵(6)；所述蒸发源(5)设置在所述炉源区腔体(3)内部并固定在所述炉源区腔体(3)的内壁上；所述炉源区真空泵(6)连接所述炉源区腔体(3)；
所述样品区(2)包括样品区腔体(4)、衬底台(7)和样品区真空泵(8)；所述衬底台(7)从所述样品区腔体(4)的上方或者侧面插入所述样品区腔体(4)内；所述样品区真空泵(8)设置在所述样品区腔体(4)内部并固定在所述样品区腔体(4)的内壁上；
所述炉源区(1)与所述样品区(2)的连接处设置有差分限流通道(9)；所述炉源区腔体(3)与所述样品区腔体(4)之间通过所述差分限流通道(9)相连。
2.根据权利要求1所述的一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于：所述炉源区腔体(3)可使用包括圆柱形、矩形柱、多边形柱的一种。
3.根据权利要求2所述的一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于：所述炉源区腔体(3)包括蒸发源凸起和炉源区真空泵凸起；所述蒸发源(5)设置在所述蒸发源凸起内；所述炉源区真空泵(6)通过所述炉源区真空泵凸起与所述炉源区腔体(3)内部相连。
4.根据权利要求1所述的一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于：所述样品区腔体(4)可使用包括圆柱形、矩形柱、多边形柱的一种。
5.根据权利要求4所述的一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于：所述样品区腔体(4)包括样品区真空泵凸起；所述样品区真空泵凸起设置在所述样品腔体的一面上；所述样品区真空泵(8)设置在所述样品区真空泵凸起的内部并固定在所述样品区真空泵凸起上。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于：所述炉源区真空泵(6)选自包括牵引分子泵、涡轮分子泵和复合分子泵中的一种；所述样品区真空泵(8)选自包括非蒸散型吸气泵、离子泵和复合分子泵中的一种。
7.根据权利要求1-5任一所述的一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于：所述蒸发源(5)的数量为一个或者多个的；所述差分限流通道(9)为一个或者多个的。
8.根据权利要求1-5任一所述的一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于：所述蒸发源(5)选自基于包括电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热的蒸发源的一种。
9.根据权利要求1-5所述的一种利用差分抽气系统实现超高真空蒸镀的装置，其特征在于：所述差分限流通道选自包括圆孔、方孔和V字形导管中的一种或者多种。
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