CN204325498U - 一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置 - Google Patents

一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置 Download PDF

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本实用新型公开了一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置,包括电机、与电机连接的磁耦合转轴,所述磁耦合转轴固定在法兰盲板上,磁耦合转轴转动带动同轴连接的齿轮转动,齿轮与旋转轴啮合,从而带动旋转轴转动,导电环和一体式加热板安装在旋转轴上,一体式加热板上安放了基片,法兰盲板上安装了电刷,电刷与供电电缆连接,电刷通过按压在导电环上为一体式加热板提供电源。本实用新型由于降低了基片与发热体间的温差,发热体只需要升温到基本与薄膜生长条件一致的温度就能满足薄膜的生长需要,降低了不必要的能耗,温差的消除同时还提高了测温的准确性,有利于对薄膜标准生长温度的准确限定与精确控制。

Description

一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置,属于气相沉积薄膜制备技术领域。
背景技术
[0002] 在气相沉积薄膜制备过程中,基片或者工件在镀膜前和镀膜过程中往往需要加热到几百甚至上千摄氏度,为薄膜的生长提供足够高的温度,以保证原子、分子等气相粒子到达基片或者工件表面后进行充分的扩散,获得均匀结晶的热力学平衡相,这就要求加热装置必须使得基片或者工件达到需要的薄膜生长温度,且基片或工件表面温度均匀。在物理气相沉积薄膜生长过程中,比如脉冲激光烧蚀靶材形成羽辉,磁控溅射通过氩离子轰击靶材溅射出的靶材粒子,以及真空蒸镀产生的气相物质,这些将要沉积在基片表面的颗粒在空间分布都存在一个范围,且粒子分布不均,必须使基片或者工件旋转起来,尽量消除这种空间分布的不均。
[0003]因此,为了满足上述两点获得均匀薄膜的生长条件,气相沉积设备的加热装置在给基片加热的同时还要保证基片进行旋转。
[0004]目前现有设备中普遍采用的技术之一是使用镍铬电热丝产生热量,通过辐射将热量传递给前方的不锈钢加热板,加热板再将热量传导给附着在它表面的基片,加热板通过电机驱动旋转(文献1,一种用于制备大面积薄膜的自动旋转加热装置,专利号:01218242.7 ;文献2,一种真空镀膜的加热基片架,专利号:200820010150 ;文献3,一种磁控溅射均匀加热装置,专利号:201120382641.X ;文献4,一种用于MOCVD的基片加热炉,专利号:201020175315.7)。
[0005] 现有技术的不足之处在于:一、测温不准确,镍铬电热丝表面附近与加热板表面存在200摄氏度左右的温差,热电偶测温探头只检测电热丝附近的温度,反馈给控温表控温,而加热板以及基片的实际温度远远低于热电偶检测到的温度;二、温度上限不高,因为电热丝在高温环境中使用,表面会形成保护性氧化膜,氧化膜存在一段时间后又会发生老化,形成不断生成和被破坏的循环过程,这个过程也就是电炉丝内部元素不断消耗的过程,温度越高寿命越短,为了保证薄膜生长过程中不出现电热丝突然烧断的意外,往往不敢在高温使用;三、成为污染源,由于电热丝含有铬元素,表面形成的铬的氧化物在高温下稳定性差,容易分解和挥发,不仅对薄膜的生长环境构成污染,还可能在低氧分压下形成六价铬氧化物CrO3,对人体健康构成严重威胁。
[0006] 对薄膜生长温度和环境要求较高的物理气相沉积高端设备,其加热装置在现有基础上做出改进,将镍铬电热丝换成铂金电热丝,提高了温度上限,消除了污染源,但大大增加了设备成本,而且使用中电热丝与基片之间的温差依然很大,过高的电热丝温度不仅浪费了很多热量,而且对真空室内其它部件的高温强度提出更高要求,没有从根本上解决问题。只有消除了发热体与基片之间的巨大温差,才能从根本上解决问题,达到节能、低成本、无污染且保证均匀优质薄膜的高温生长条件的目的。实用新型内容
[0007] 发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本实用新型提供一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置,既消除了发热体与基片之间的巨大温差,又同时不影响基片的旋转。
[0008] 技术方案:为解决上述技术问题,本实用新型的一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置,包括电机、与电机连接的磁耦合转轴,所述磁耦合转轴固定在法兰盲板上,磁耦合转轴转动带动同轴连接的齿轮转动,齿轮与旋转轴啮合,从而带动旋转轴转动,导电环和一体式加热板安装在旋转轴上,一体式加热板上安放了基片,法兰盲板上安装了电刷,电刷与供电电缆连接,电刷通过按压在导电环上为一体式加热板提供电源。
[0009] 作为优选,所述一体式加热板包含钢管,钢管的一端与钢板连接,钢板上安装有凸起,凸起安装在旋转轴上,钢管的另一端焊接有镍片,镍片与钢板之间形成空腔,空腔内安装有矿物绝缘铠装发热电缆,发热电缆四周填充有镍粉。
[0010] 作为优选,所述一体式加热板包含钢管,钢管的一端与钢板连接,钢板上安装有凸起,凸起安装在旋转轴上,钢管的另一端焊接有镍片,镍片与钢板之间形成空腔,空腔内安装有刚玉护盘,刚玉护盘内设有铁铬铝电热丝,铁铬铝电热丝四周填充有导热绝缘陶瓷粉。
[0011] 有益效果:本实用新型的一体式可旋转气相沉积基片加热装置,具有以下优点:
[0012] 一、由于降低了基片与发热体间的温差,发热体只需要升温到基本与薄膜生长条件一致的温度就能满足薄膜的生长需要,降低了不必要的能耗,温差的消除同时还提高了测温的准确性,有利于对薄膜标准生长温度的准确限定与精确控制;
[0013] 二、不存在镍铬电热丝在高温下挥发污染物的问题,提高了薄膜生长环境的洁净度,降低了对人体健康的威胁;
[0014] 三、在满足薄膜生长温度条件的同时实现基片的旋转,特别适合于生长高熔点、大面积、高品质的陶瓷外延薄膜;
[0015] 四、不需要采用铂金电热丝等昂贵部件,有效控制了设备成本。
附图说明
[0016] 图1为本实用新型的结构示意图;
[0017] 图2为图1中一体式加热板的一种结构示意图;
[0018] 图3为图1中一体式加热板的另一种结构示意图。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0020] 实施例1
[0021] 如图1和图2所示,本实用新型的一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置,包括电机1、与电机I连接的磁耦合转轴3,所述磁耦合转轴3固定在法兰盲板2上,磁耦合转轴3转动带动同轴连接的齿轮4转动,齿轮4与旋转轴5啮合,从而带动旋转轴5转动,导电环6和一体式加热板7安装在旋转轴5上,一体式加热板7上安放了基片10,法兰盲板2上安装了电刷9,电刷9与供电电缆8连接,电刷9通过按压在导电环6上为一体式加热板7提供电源。一体式加热板7包含钢管11,钢管11的一端与钢板13连接,钢板13上安装有凸起,凸起安装在旋转轴5上,钢管11的另一端焊接有镍片17,镍片17与钢板13之间形成空腔,空腔内安装有矿物绝缘铠装发热电缆12,发热电缆12四周填充有镍粉14。
[0022] 在本实施例中,通过真空室外的步进电机I驱动法兰盲板2另一侧的磁耦合转轴3旋转,磁耦合转轴3带动齿轮4旋转,齿轮4带动旋转轴5与固定在旋转轴5上的一体式加热板7 —起旋转,一体式加热板7与导电环6 —起固定在旋转轴5上旋转,真空室外的供电电缆8穿过法兰盲板2连接到电刷9上,电刷9压在导电环6上,导电环6的接线柱与一体式加热板7的正负电极相连,基片10附着在一体式加热板7的表面,从加热板7获得热量并一起旋转。一体式加热板7的结构如图2所示。其中钢管11为厚度5mm的310S不锈钢管11,矿物绝缘铠装发热电缆12为盘在不锈钢管11内的矿物绝缘铠装发热电缆12,钢板13为一不锈钢板13,一方面经螺丝与不锈钢管11固定,另一方面与旋转轴5连接固定,2mm的镍片17焊接在不锈钢管11 一端,不锈钢管11内填充镍粉14,经过烧结将矿物绝缘铠装发热电缆12固定在不锈钢管11内,起到有效向镍片17传递热量的作用,镍片17外表面经过抛光处理,抛光面安放基片10,并使用螺栓15与不锈钢片16压紧,将基片10固定在镍片17上。将整个加热装置安装在脉冲激光气相沉积真空腔内,可长期稳定工作在800摄氏度以上一年之久而不需要更换,制备出具有超结构的纳米有序钙钛矿氧化物薄膜。
[0023] 实施例2
[0024] 如图1和图3所示,本实用新型的一种一体式可旋转气相沉积基片10加热装置,包括电机1、与电机I连接的磁耦合转轴3,所述磁耦合转轴3固定在法兰盲板2上,磁耦合转轴3转动带动同轴连接的齿轮4转动,齿轮4与旋转轴5啮合,从而带动旋转轴5转动,导电环6和一体式加热板7安装在旋转轴5上,一体式加热板7上安放了基片10,法兰盲板2上安装了电刷9,电刷9与供电电缆8连接,电刷9通过按压在导电环6上为一体式加热板7提供电源。
[0025] 所述一体式加热板7包含钢管11,钢管11的一端与钢板13连接,钢板13上安装有凸起,凸起安装在旋转轴5上,钢管11的另一端焊接有镍片17,镍片17与钢板13之间形成空腔,空腔内安装有刚玉护盘19,刚玉护盘19内设有铁铬铝电热丝18,铁铬铝电热丝18四周填充有陶瓷粉20。
[0026] 在本实施例中,通过真空室外的步进电机I驱动法兰盲板2另一侧的磁耦合转轴3旋转,磁耦合转轴3带动齿轮4旋转,齿轮4带动旋转轴5与固定在旋转轴5上的一体式加热板7 —起旋转,一体式加热板7与导电环6 —起固定在旋转轴5上旋转,真空室外的供电电缆8穿过法兰盲板2连接到电刷9上,电刷9压在导电环6上,导电环6的接线柱与一体式加热板7的正负电极相连,基片10附着在一体式加热板7的表面,从加热板7获得热量并一起旋转。一体式加热板7的结构如图3所示。其中钢管11为厚度5mm的310S不锈钢管11,钢板13为一不锈钢板13,不锈钢板13 —方面经螺丝与不锈钢管11固定,另一方面与旋转轴5连接固定,厚度2mm的镍片17焊接在不锈钢管11 一端,镍片17与钢板13之间形成空腔,空腔内安装有刚玉护盘19,刚玉护盘19内设有铁铬铝电热丝18,铁铬铝电热丝18四周填充有陶瓷粉20,陶瓷粉20为填充在铁铬铝电热丝18周围的AlN陶瓷粉20,起到有效向镍片17传递热量的作用,镍片17外表面经过抛光处理,抛光面安放基片10,并使用螺栓15与不锈钢片16压紧。将整个加热装置安装在脉冲激光气相沉积真空腔内,可长期稳定工作在800摄氏度以上一年之久而不需要更换,制备出具有超结构的纳米有序钙钛矿氧化物薄膜。
[0027] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种一体式可旋转气相沉积基片加热装置,其特征在于:包括电机、与电机连接的磁耦合转轴,所述磁耦合转轴固定在法兰盲板上,磁耦合转轴转动带动同轴连接的齿轮转动,齿轮与旋转轴啮合,从而带动旋转轴转动,导电环和一体式加热板安装在旋转轴上,一体式加热板上安放了基片,法兰盲板上安装了电刷,电刷与供电电缆连接,电刷通过按压在导电环上为一体式加热板提供电源。
2.根据权利要求1所述的一体式可旋转气相沉积基片加热装置,其特征在于:所述一体式加热板包含钢管,钢管的一端与钢板连接,钢板上安装有凸起,凸起安装在旋转轴上,钢管的另一端焊接有镍片,镍片与钢板之间形成空腔,空腔内安装有矿物绝缘铠装发热电缆,发热电缆四周填充有镍粉。
3.根据权利要求1所述的一体式可旋转气相沉积基片加热装置,其特征在于:所述一体式加热板包含钢管,钢管的一端与钢板连接,钢板上安装有凸起,凸起安装在旋转轴上,钢管的另一端焊接有镍片,镍片与钢板之间形成空腔,空腔内安装有刚玉护盘,刚玉护盘内设有铁铬铝电热丝,铁铬铝电热丝四周填充有导热绝缘陶瓷粉。
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