CN204825031U - 一种高温蒸发源 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于超高真空设备的薄膜生长领域，特别涉及一种高温蒸发源。高温蒸发源主体的加热部分由缠绕在对装陶瓷座上的电阻丝构成，将样品(固体小块或粉末)放入坩埚，对电阻丝通电，电阻丝实际处于短路状态，所以会大量产热，并直接辐射至坩埚，电阻丝近距离地环布在坩埚外侧，使坩埚主体均匀、快速地升温,在样品过热或实验结束时，适当开启水冷循环，中和一部分的热量，使得腔室快速恢复常温。本实用新型结构合理，坩埚的温度实时可测、可控，对样品加热的热效率高，并可以高效中和过多的热量，加热速率可控，操作简单。

Description

一种高温蒸发源

技术领域

本实用新型属于超高真空设备的薄膜生长领域，特别涉及一种高温蒸发源。

背景技术

超高真空技术目前已经是表面科学、半导体应用、高能粒子加速器、核聚变研究装置和宇宙开发领域不可或缺的技术。应用超高真空技术，需要在超高真空系统中进行。

超高真空中的薄膜生长，可分为物理方式成膜和化学方式成膜。物理方式成膜是指在真空环境中加热固体原料，固体原料蒸发或升华后沉积在衬底上，实现薄膜生长。

热传递的方式有三种：热传导、热辐射、热对流。高温蒸发源主要就是利用热辐射的方式，使得坩埚内的样品蒸发至上部衬底成膜。传统高温蒸发源的技术问题在于：如何均匀高效地辐射坩埚，使得其对内部样品均匀加热；没有热电偶装置，完全凭借操作者的经验来调整，使操作变得盲目，没有依据。以往的设备因为以上问题的考虑不足，致使对实验者的操作要求过高，实验的可控性不佳，加热的效率也远不及预期。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高温蒸发源，结构合理，坩埚的温度实时可测、可控，对样品加热的热效率高，并可以高效中和过多的热量，加热速率可控，操作简单。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种高温蒸发源，其特征在于：高温蒸发源主体包括外冷却罩的内部为坩埚位于对装陶瓷座的中心，坩埚的上端连接封盖，坩埚的下端通过热电偶探入陶瓷连接热电偶测温装置，坩埚的外侧为电阻丝纵向连接于对装陶瓷座之间，对装陶瓷座的下端通过陶瓷支撑环Ⅰ与陶瓷支撑环Ⅱ的上端相连，陶瓷支撑环Ⅱ的下端连接热辐射板、陶瓷垫，冷却装置通过高温蒸发源主体下端的封底连接于高温蒸发源主体的下部。

进一步地，所述高温蒸发源主体包括坩埚的上端连接固定压片，固定压片与封盖相连，陶瓷支撑环Ⅱ的下端通过支撑柱与支撑座相连，热辐射板、陶瓷垫、热电偶探入陶瓷分别连接于陶瓷支撑环Ⅱ与支撑座之间。

进一步地，所述热电偶测温装置包括测温热偶丝的一端通过封底上的热电偶探入孔从热电偶探入陶瓷中穿出后连接于坩埚的底端，测温热偶丝的另一端与热电偶法兰相连。

进一步地，所述冷却装置包括外冷却罩与内冷却罩相连，外冷却罩的低端与封底相连，外冷却罩、内冷却罩、封底之间形成水冷循环室，封底与进出水管相连。

进一步地，所述内冷却罩与陶瓷支撑环Ⅰ、陶瓷支撑环Ⅱ之间连接有薄钽皮卷筒，内冷却罩的底端通过支撑柱的后端与支撑座相连。

进一步地，所述外冷却罩上设有用于固定穿线陶瓷管的槽及用于固定旋转轴的孔，外冷却罩罩装于高温蒸发源主体的外部，外冷却罩的前端与封盖相连。

进一步地，所述旋转轴的前端连接挡片，旋转轴的后端连接波纹管式旋转导入器。

进一步地，所述进出水管上套装法兰，法兰上分别连接热电偶法兰、两芯电极法兰和波纹管式旋转导入器，波纹管式旋转导入器连接挡片，挡片位于固定压片的前端。

进一步地，所述坩埚为PBN坩埚或钼坩埚或钽坩埚。

本实用新型高温蒸发源主体的加热部分由缠绕在对装陶瓷座上的电阻丝构成，将样品(固体小块或粉末)放入坩埚，对电阻丝通电，电阻丝实际处于短路状态，所以会大量产热，并直接辐射至坩埚，电阻丝近距离地环布在坩埚外侧，使坩埚主体均匀、快速地升温。

本实用新型可对加热温度进行实时定量的控制，大大降低了实验操作难度，增强了实验的可控性。本实验新型巧妙地加入了热电偶测温装置，只需实时地关注坩埚的温度，并参照样品的熔沸点，即可了解样品的蒸发情况，无需再考虑热损失等客观干扰，使实验变得简单易行；将加热电阻丝环部在坩埚外侧，电阻丝纵向绕置，底部加装热辐射板和陶瓷垫，陶瓷支撑环和内冷却罩之间设有薄钽皮卷筒，有效地提高了电阻丝产热的利用率，使得电阻的热辐射对任何样品高度(样品量)均有不错的蒸镀表现，从原理上，此种加热布置也促进了表层样品的蒸发，并大大提高了成膜速率；本实用新型可在样品过热或实验结束时，适当开启水冷循环，中和一部分的热量，使得腔室快速恢复常温；本装置使用的材料，均为耐高温的材料，且采用金属密封，足以应对高温烘烤，这就是使得其可达到的真空度更高，实验干扰更少。

本实用新型与同类产品相比，有益效果可总结为：

1）装置上安装有穿线陶瓷管，使露置的电阻丝有效地绝缘，提高了实验的安全性；

2）坩埚外电阻丝布置合理，不挑样品高度和样品量，蒸镀均匀、导向正、成膜效果好；

3）热电偶测温装置可实时测得坩埚温度，进而掌握样品的蒸镀情况，提高了的装置的可控性；

4）加装了水冷装置，使得该装置的产热可以在自身进行循环，减少对其他腔室的影响；

5）可用于高熔点的材料；

6）坩埚多采用PBN材料制成，扩大了样品的可选范围；

7）挡片开合灵活，样品材料放置容易，利用率高，可反复蒸镀；

8）样品加热的速率可通过调整电阻丝的电流电压的大小来控制，简化了操作难度；

9)坩埚采用和合适的直径、高度比例，在保证样品表面成分蒸镀的情况下，加大了坩埚与样品的接触面积，提高了热传导的效率；

10）装置后端安装有波纹管式旋转导入器，可以自由控制挡片的开合，有效地解决了，衬底上成膜完成，而坩埚及电阻丝的余热还在对样品进行蒸镀的情况。使得成膜的开始与停止都变得简单可控；

11）装置结构设计巧妙，安装及拆卸容易。实验后坩埚内残留的样品，可在下一次实验继续使用，减少了放样的次数，以及再次抽真空的成本，及大地避免了操作不当对实验设备的影响，延长了高温蒸发源的使用寿命，降低实验成本。

附图说明

图1是一种高温蒸发源的整体结构示意图。

图2是一种高温蒸发源的高温蒸发源主体的剖视图。

图中：1.高温蒸发源主体，2.挡片，3.穿线陶瓷管，4.法兰，5.进出水管，6.热电偶法兰，7.两芯电极法兰，8.波纹管式旋转导入器，9.固定压片，10.封盖，11.坩埚，12.陶瓷支撑环Ⅰ，13.陶瓷支撑环Ⅱ，14.对装陶瓷座，15.热辐射板，16.陶瓷垫，17.薄钽皮卷筒，18.支撑座，19.热电偶探入陶瓷，20.支撑柱，21.内冷却罩，22.封底，23.旋转轴，24外冷却罩，25.电阻丝，27.水冷循环室，28.热电偶探入孔，29.测温热偶丝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明，但本实用新型并不局限于具体实施例。

实施例1

如图1-图2所示的一种高温蒸发源，高温蒸发源主体1包括材质为PBN的坩埚11，坩埚11位于对装陶瓷座14的中心，坩埚11的上端连接固定压片9，固定压9与封盖10相连，坩埚11的外侧为电阻丝25纵向连接于对装陶瓷座14之间，对装陶瓷座14的下端通过陶瓷支撑环Ⅰ12与陶瓷支撑环Ⅱ13的上端相连，陶瓷支撑环Ⅱ13的下端通过支撑柱20与支撑座18相连，支撑柱20的前端将热辐射板15、陶瓷垫16、热电偶探入陶瓷19连接于陶瓷支撑环Ⅱ13与支撑座18之间，坩埚11的底端连接热电偶测温装置，热电偶测温装置连接冷却装置，法兰4套装于进出水管5上，法兰4上分别连接热电偶法兰6、两芯电极法兰7和波纹管式旋转导入器8，旋转导入器8与旋转轴23的后端连接，旋转轴23的前端连接挡片2，可自由控制挡片2的开合，使成膜的开始与停止都变得简单可控，实验难度得到降低。

热电偶测温装置包括测温热偶丝29的一端通过位于封底22上的热电偶探入孔28从热电偶探入陶瓷19中穿出后连接于坩埚11的底端，测温热偶丝29的另一端与热电偶法兰6相连。冷却装置包括外冷却罩24与内冷却罩21相连，外冷却罩24的低端与封底22相连，外冷却罩24、内冷却罩21、封底22之间形成水冷循环室27，封底22与进出水管5相连，内冷却罩21与陶瓷支撑环Ⅰ12、陶瓷支撑环Ⅱ13之间连接有薄钽皮卷筒17，对坩埚11的外周的热损失也起到了很好的抑制作用，内冷却罩21的底端通过支撑柱20的后端与支撑座18相连，外冷却罩24上设有用于固定穿线陶瓷管3的槽及用于固定旋转轴23的孔，外冷却罩24罩装于高温蒸发源主体1的外部，外冷却罩24的前端与封盖10相连。

利用所述的一种高温蒸发源进行实验时，将样品(固体小块或粉末)放入坩埚11，对电阻丝25通电，电阻丝25实际处于短路状态，所以会大量产热，并直接辐射至坩埚11，电阻丝纵向近距离地环布在坩埚外侧，底部加装热辐射板和陶瓷垫，陶瓷支撑环和内冷却罩之间设置的薄钽皮卷筒，有效地提高了电阻丝产热的利用率，使坩埚均匀、快速地升温，热辐射对任何样品高度(样品量)均有不错的蒸镀表现，同时从原理上，此种加热布置也促进了表层样品的蒸发，并大大提高了成膜速率。

外冷却罩24的低端通过封底22与进出水管5相连，外冷却罩24、内冷却罩21、封底22之间形成水冷循环室27，在样品过热或实验结束时，可适当开启水冷循环，可中和一部分的热量，使得腔室快速恢复常温。本实用新型结构合理，坩埚的温度实时可测、可控，对样品加热的热效率高，并可以高效中和过多的热量，加热速率可控，操作简单。

实施例2

本实施例中所述的一种高温蒸发源的各部分连接方式与实验过程均与实施例1中相同，不同的技术参数为：坩埚11为钼坩埚。

实施例3

本实施例中所述的一种高温蒸发源的各部分连接方式与实验过程均与实施例1或实施例2中相同，不同的技术参数为：坩埚11为钽坩埚。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温蒸发源，其特征在于：高温蒸发源主体（1）包括外冷却罩（24）的内部为坩埚（11）位于对装陶瓷座（14）的中心，坩埚（11）的上端连接封盖（10），坩埚（11）的下端通过热电偶探入陶瓷（19）连接热电偶测温装置，坩埚（11）的外侧为电阻丝（25）纵向连接于对装陶瓷座（14）之间，对装陶瓷座（14）的下端通过陶瓷支撑环Ⅰ（12）与陶瓷支撑环Ⅱ（13）的上端相连，陶瓷支撑环Ⅱ（13）的下端连接热辐射板（15）、陶瓷垫（16），冷却装置通过高温蒸发源主体（1）下端的封底（22）连接于高温蒸发源主体（1）的下部。

2.根据权利要求1所述的一种高温蒸发源，其特征在于：所述高温蒸发源主体（1）包括坩埚（11）的上端连接固定压片（9），固定压片（9）与封盖（10）相连，陶瓷支撑环Ⅱ（13）的下端通过支撑柱（20）与支撑座（18）相连，热辐射板（15）、陶瓷垫（16）、热电偶探入陶瓷（19）分别连接于陶瓷支撑环Ⅱ（13）与支撑座（18）之间。

3.根据权利要求1所述的一种高温蒸发源，其特征在于：所述热电偶测温装置包括测温热偶丝（29）的一端通过封底（22）上的热电偶探入孔（28）从热电偶探入陶瓷（19）中穿出后连接于坩埚（11）的底端，测温热偶丝（29）的另一端与热电偶法兰（6）相连。

4.根据权利要求1所述的一种高温蒸发源，其特征在于：所述冷却装置包括外冷却罩（24）与内冷却罩（21）相连，外冷却罩（24）的低端与封底（22）相连，外冷却罩（24）、内冷却罩（21）、封底（22）之间形成水冷循环室（27），封底（22）与进出水管（5）相连。

5.根据权利要求4所述的一种高温蒸发源，其特征在于：所述内冷却罩（21）与陶瓷支撑环Ⅰ（12）、陶瓷支撑环Ⅱ（13）之间连接有薄钽皮卷筒（17），内冷却罩（21）的底端通过支撑柱（20）的后端与支撑座（18）相连。

6.根据权利要求4所述的一种高温蒸发源，其特征在于：所述外冷却罩（24）上设有用于固定穿线陶瓷管（3）的槽及用于固定旋转轴（23）的孔，外冷却罩（24）罩装于高温蒸发源主体（1）的外部，外冷却罩（24）的前端与封盖（10）相连。

7.根据权利要求6所述的一种高温蒸发源，其特征在于：所述旋转轴（23）的前端连接挡片（2），旋转轴（23）的后端连接波纹管式旋转导入器（8）。

8.根据权利要求4所述的一种高温蒸发源，其特征在于：所述进出水管（5）上套装法兰（4），法兰（4）上分别连接热电偶法兰（6）、两芯电极法兰（7）和波纹管式旋转导入器（8），波纹管式旋转导入器（8）连接挡片（2），挡片（2）位于固定压片（9）的前端。

9.根据权利要求1至8任一所述的一种高温蒸发源，其特征在于：所述坩埚（11）为PBN坩埚或钼坩埚或钽坩埚。