CN1472359A - 用于薄膜制备的加热控温装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于薄膜制备的加热控温装置及方法。加热控温装置包括加热控制电路和石墨加热体(1)。石墨加热体(1)为扁平立方体块状石墨，其横断面等距离分布着若干个有若干个通孔的陶瓷管(2)，每两个孔可穿绕一根电阻丝(3)。加热控温装置的方法是根据所要制备薄膜的大小选择适当的基体—石墨加热体(1)，按照要求固定好陶瓷管(2)，按照设计温度要求穿入电阻丝(3)；将电阻丝(3)并联后接入加热电路，使电阻丝(3)一端接低电压大电流供端的负极，电阻丝(3)的另一端通过负载电阻(4)以及继电器(6)的常闭端触点接低电压大电流供端的正极；电路工作就可达到测温、控温目的，可使基体上温度分布均匀，提高薄膜的质量。

Description

用于薄膜制备的加热控温装置及方法

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域，尤其是脉冲激光沉积薄膜过程中的自动加热控温装置。

背景技术

众所周知，在薄膜制备过程中，要获得较好的薄膜结构，必须对基体进行加热。基体温度的高低及均匀性对薄膜的结构、生长速率都有影响。研究结果表明基体温度不同，薄膜的晶粒取向就会不一样。当最佳温度确定以后，基体温度如果偏离最佳温度10℃左右，薄膜质量就会发生明显变化。如基体温度过高，会引起薄膜的再蒸发，从而降低沉积速率。

对基体进行加热最简单的方法是采用金属片加热器。金属片加热器的发热元件是用不锈钢或铂等耐氧化金属片制成，其厚度通常为0.1～0.2mm。当一定大小的电流流过金属片时，金属片就会发热升温，对基体进行加热。这种金属片加热器的优点是结构简单，造价低廉。但是缺点是在加热升温过程中，金属片变形比较大，这就容易造成基体上温度分布不均匀，从而影响薄膜的质量。

对基体进行加热还有一种非接触加热方法就是采用卤素灯加热器。卤素灯加热器的优点是容易获得较大的加热面积，缺点是恒温区温度起伏较大，基体上温度分布不均匀，从而影响薄膜的质量。

对基体进行加热的方法还有单晶硅接触型基体加热器和单晶硅辐射型基体加热器。这两种加热器具有恒温面积大，恒温区内温度起伏小，加热温度高等优点，但是成本也较高。

发明专利“一种制备金属衬底的加热方法”，专利号：ZL01110150.4介绍了直接给金属衬底(即基体)通电流的方法达到均匀加热的目的。但是，这种方法只能加热窄长金属带，加热面积小，而且每次必须对金属衬底长带两端进行包银箔，操作复杂烦琐。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、造价低廉、温度分布均匀、恒温面积大的自动加热控温装置。

本发明的技术方案是：一种加热控温装置，包括加热控制电路和石墨加热体1。石墨加热体1为扁平立方体块状石墨，块状石墨的横断面等距离分布着若干个陶瓷管2，每个陶瓷管2有若干个通孔，每两个通孔可穿绕一根电阻丝3。

所述的陶瓷管2的长度等同或者略短于块状石墨的最长方向，并均匀固定于块状石墨内。

所述的电阻丝3的阻值为2～3Ω。

本发明的另一个技术方案是：一种加热控温装置的方法，(一)根据所要制备薄膜的大小选择适当的基体——石墨加热体1，按照要求固定好陶瓷管2，按照设计温度要求穿入电阻丝3；

(二)将电阻丝3并联后接入加热电路，使电阻丝3一端接低电压大电流供端的负极，电阻丝3的另一端通过负载电阻4以及继电器6的常闭端触点接低电压大电流供端的正极；

(三)将热电偶5与数显表7相连接；

(四)将数显表7和继电器6线圈串联后接入220V电路；

(五)加热控制电路工作，由于继电器6的常闭触点处于闭合状态，电阻丝3开始加热基体；

(六)数显表7工作，设定数显表7的温度值，这时数显表7的触点处于常开状态；

(七)热电偶5测温，并将温度反馈给数显表7，当温度达到设定值时，数显表7的触点转为闭合状态，接通接入220V电路，继电器6的线圈通电，继电器6的常闭触点打开，电阻丝3断电，不再对基体进行加热。

本发明相比现有技术的优点在于：由于基体采用了石墨加热体，利用石墨良好的传热特性，使得基体加热面积大且恒温好，尤其是基体温度分布均匀。也使得本发明结构简单、造价低廉、经济实用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明电路结构示意图

图2是石墨加热体示意图

图中，1-石墨立方体，2-陶瓷管，3-电阻丝，4-电阻，5-热电偶，6-继电器，7-数显表

具体实施方式

参照图1并图2：在附图所示的实施例中，本发明包括基体——石墨加热体和加热控制路。石墨加热体1为扁平立方体块状石墨，石墨加热体1的大小为65×55×20mm，石墨加热体1的横断面等距离分布二个陶瓷管2，每个陶瓷管2有四个孔，分别可穿入加热用的两根电阻丝3，电阻丝3的阻值为2.5Ω，陶瓷管2的长度等同或者略短于石墨加热体1的最长方向，并均匀固定于石墨加热体1内部。为了获得更大的加热面积，还可适当增加陶瓷管2的数量。控制石墨加热体1的温度，除了用数显表7设定以外，还可以增加或者减少陶瓷管2上孔的分布，以便于增加或者减少穿过陶瓷管2的电阻丝。一般若要穿n根电阻丝3，陶瓷管2上的孔就为2n。

加热控制电路包括电磁式继电器6、电阻4、数显表7、电阻丝3和热电偶5，数显表7的输出端接热电偶5，其输入端通过继电器6的线圈接入220V市电。电阻丝3并联后通过限流电阻4与继电器6的触点电连接，然后接入低电压大电流回路，其电压为+15V，电流为60A。电阻丝3并联正是为了适应低电压大电流回路的性质，以减小电阻。数显表7选用的是XM系列数字显示仪表，它可以显示石墨加热体1的温度，同时也可以设置薄膜制备过程中的温度，还可以实时控制薄膜制备过程中的温度。热电偶5为铠装铂铑合金热电偶。由于普通热电偶导线引出末端不能承受真空靶室的加热温度，本发明的热电偶5为去末端直接引线热电偶，可以将引线直接通过真空靶室里面的引槽与真空靶室外面的数显表7相连接，从而达到控制温度的目的。限流电阻4的阻值为500Ω，其主要目的是增加负载，限制电流，保护继电器6不被烧坏。

继电器6为电磁式继电器，它是利用电磁感应原理，当继电器6的线圈中通过直流时，线圈产生磁场，动铁芯被吸动，带动接触簧片，使静触点分开，动触点闭合。当电磁线圈电流被切断后，铁芯失去了磁性，动铁芯在弹簧力的作用下复位，动触点打开，静触点闭合。继电器6加热控制电路中起开关作用。

方法实施例：(一)根据所要制备薄膜的大小选择适当的基体——石墨加热体1，按照装置实施例的要求，比如加热面积大的大小，基体温度分布的均匀性等固定好陶瓷管2，按照设计温度要求穿入电阻丝3。

(二)将电阻丝3并联后接入加热控制电路，使电阻丝3一端接低电压大电流供端的负极，电阻丝3的另一端通过负载电阻4以及继电器6的常闭端触点，以保证正常情况下，加热系统不断路。

(三)将热电偶5与数显表7相连接。

(四)将数显表7和继电器6线圈串联后接入220V电路。

(五)加热控制电路工作，由于继电器6的常闭触点处于闭合状态，电阻丝3开始加热基体；

(六)数显表7工作，设定数显表7的温度值，这时数显表7的触点处于常开状态；

(七)热电偶5测温，并将温度反馈给数显表7，当温度达到设定值时，数显表7的触点转为闭合状态，接通接入220V电路，继电器6的线圈通电，继电器6的常闭触点打开，电阻丝3断电，不再对基体进行加热。这样，就达到了测温、控温的目的。这种方法可使基体被加热始终保持一个动态平衡，从而使基体上温度分布更均匀，提高薄膜的质量。

Claims (5)

1、一种加热控温装置，包括加热控制电路，其特征在于：还包括石墨加热体(1)。

2、根据权利要求1所述的加热控温装置，其特征在于：所述的石墨加热体(1)为扁平立方体块状石墨，块状石墨的横断面等距离分布着若干个陶瓷管(2)，每个陶瓷管(2)有若干个通孔，每两个通孔可穿绕一根电阻丝(3)。

3、根据权利要求1或2所述的加热控温装置，其特征在于：所述的陶瓷管(2)的长度等同或者略短于块状石墨的最长方向，并均匀固定于块状石墨内。

4、根据权利要求1或2所述的加热控温装置，其特征在于：所述的电阻丝(3)的阻值为2～3Ω。

5、一种如权利要求1所述的加热控温装置的方法，其特征在于：

(一)根据所要制备薄膜的大小选择适当的基体——石墨加热体(1)，按照要求固定好陶瓷管(2)，按照设计温度要求穿入电阻丝(3)；

(二)将电阻丝(3)并联后接入加热电路，使电阻丝(3)一端接低电压大电流供端的负极，电阻丝(3)的另一端通过负载电阻(4)以及继电器(6)的常闭端触点接低电压大电流供端的正极；

(三)将热电偶(5)与数显表(7)相连接；

(四)将数显表(7)和继电器(6)线圈串联后接入220V电路；

(五)加热控制电路工作，由于继电器(6)的常闭触点处于闭合状态，电阻丝(3)开始加热基体；

(六)数显表(7)工作，设定数显表(7)的温度值，这时数显表(7)的触点处于常开状态；

(七)热电偶(5)测温，并将温度反馈给数显表(7)，当温度达到设定值时，数显表(7)的触点转为闭合状态，接通接入220V电路，继电器(6)的线圈通电，继电器(6)的常闭触点打开，电阻丝(3)断电，不再对基体进行加热。

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