CN206916211U - 一种超高温蒸发源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超高温蒸发源，包括加热丝、坩埚、保温炉、降温模块；所述坩埚置于所述保温炉内部；所述加热丝包括第一加热段和第二加热段，所述第一加热段与所述第二加热段以双螺旋结构环绕于所述坩埚外；所述加热丝还包括支撑脚，所述支撑脚穿过所述降温模块向外延伸并接电，所述降温模块用于阻隔所述保温炉内部的热量沿所述支撑脚延伸方向向外部传递。本实用新型的有益效果是：加热丝采用对称双螺旋结构，具有两个支撑脚，拥有良好的支撑作用，另外加热丝产生的磁场可相互抵消，避免磁场对某些镀膜效果造成影响。

Description

一种超高温蒸发源

技术领域

本实用新型涉及超高真空设备的薄膜生长领域，特别涉及一种超高温蒸发源。

背景技术

真空镀膜技术被广泛应用于高温超导、新型半导体材料、超晶格新型器件、表面科学等领域。对于蒸镀的薄膜而言，其质量由蒸发源性能、超高真空度以及基板的温控和驱动决定。

当需要使用钛、铂、铀等高熔点材料，需要加热到超高的温度，如1800-2000℃才能获取所需的束流，而普通蒸发源用于此类超高温环境时会面临以下问题：1)普通蒸发源若采用单根螺旋的方式缠绕，无法自支撑，电流通过后会产生磁场进而影响材料蒸镀，常用的方式为将加热丝沿轴线方向往返穿设于带孔的陶瓷片上，可以消除磁场，并通过陶瓷片进行固定支撑，但在超高温环境中，陶瓷片会因高温而气化，加热丝也会变软变形无法工作；2)当温度超过1500℃后，包裹加热丝的陶瓷材料会与加热丝反应，或者因分解严重而形成气体；3)达到高温需要高电流，这需要较高的温度稳定性和精确性控制；4)较高的加热功率使腔体的热辐射加重，导致其内部放气增多，从而使系统真空度降低。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型中披露了一种超高温蒸发源，本实用新型的技术方案是这样实施的：

一种超高温蒸发源，包括加热丝、坩埚、保温炉、降温模块；所述坩埚置于所述保温炉内部；所述加热丝包括第一加热段和第二加热段，所述第一加热段与所述第二加热段以双螺旋结构环绕于所述坩埚外；所述加热丝还包括支撑脚，所述支撑脚穿过所述降温模块向外延伸并接电，所述降温模块用于阻隔所述保温炉内部的热量沿所述支撑脚延伸方向向外部传递。

优选地，所述降温模块包括隔热层和冷却室，所述隔热层由两片或两片以上隔热片组成；所述隔热层设置于所述冷却室与所述坩埚之间，所述冷却室位于所述保温炉底部。

优选地，所述冷却室第二端设有排出管和输入管，所述超高温蒸发源还包括第一法兰，所述排出管与所述输入管均通过第一法兰固定以支撑所述冷却室。

优选地，所述第一法兰与所述降温模块之间设置有调节杆。

优选地，所述保温炉内设有第一坩埚支撑件和第二坩埚支撑件；所述坩埚第一端包括环形凸缘，所述第一坩埚支撑件上具有能与所述环形凸缘相契合的环形下凹部；所述第二坩埚支撑件包括坩埚托及支撑杆，所述坩埚第二端置于所述坩埚托上，所述支撑杆一端与所述坩埚托相连，所述支撑杆另一端插入但不穿透所示隔热层。

优选地，所述超高温蒸发源还包括绝缘管，所述绝缘管贯穿所述降温模块，所述支撑脚被插入所述绝缘管内，使之不与所述降温模块接触。

优选地，所述保温炉上设有进料口，所述加热丝顶部设置有位于所述保温炉进料口下方的限位片，所述限位片用于防止所述加热丝向所述进料口方向滑动。

优选地，所述超高温蒸发源还包括热电偶，所述热电偶第一端置于所述加热丝与所述坩埚托之间，所述热电偶第二端穿过所述降温模块向外延伸并接电。

优选地，所述加热丝的加热方式为电阻加热。

优选地，所述坩埚的材质为钽，所述第一坩埚支撑件材质为钽，所述第二坩埚支撑件材质为钨。

实施本实用新型的有益效果是：

1、加热丝采用对称双螺旋结构，具有两个支撑脚，拥有良好的支撑作用，另外加热丝产生的磁场可相互抵消，避免磁场对某些镀膜效果造成影响；

2、加热丝结构对称，且与坩埚之间等距，可让坩埚受热均匀；

3、加热丝和热电偶通过降温模块的部分以及后续向外延伸的部分被绝缘管包裹，可防止出现电流短路；

4、热电偶第一端置于加热丝与所述坩埚托之间，可精确测量坩埚的温度，从而有利于获得精确的束流强度；

5、降温模块包括隔热层和冷却室，可有效阻挡热量从保温炉内部沿热电偶和加热丝向外部的延伸区域传递，防止高温破坏保温炉外部的其它组件。

6、降温模块中的冷却工质采用闭路循环的方式流动，通过对冷却工质循环流动可增强冷却效果；

7、坩埚通过第一坩埚支撑件和第二坩埚支撑件固定，其中第二坩埚支撑件包括坩埚托及支撑杆，有利于部件的拆卸清理，而支撑杆将坩埚撑离隔热层有利于减弱其受到的热量；

8、在加热丝顶部与进料口之间设有限位片，一方面可防止加热丝向进料口滑移，另一方面可避免样品掉入保温炉中。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一种实施例，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为一个实施例中，超高温蒸发源的示意图；

图2为一个实施例中，超高温蒸发源高温模块的剖视图；

图3为一个实施例中，坩埚与第一支撑件结合处的剖视图；

图4为一个实施例中，高温模块部分去除保温炉壁后的示意图；

图5为一个实施例中，降温模块的示意图；

图6为一个实施例中，降温模块中去除隔热板外壁后的示意图；

图7为一个实施例中，冷却工质循环部分示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

加热丝 10 第一加热段 10A

第二加热段 10B 支撑脚 100

第一坩埚支撑件 11 环形下凹部 110

第二坩埚支撑件 12 坩埚托 120

支撑杆 121 坩埚 13

环形凸缘 130 保温炉 14

进料口 15 限位片 16

绝缘管 17 降温模块 2

隔热层 20 冷却室 21

输入管 22A 排出管 22B

调节杆 3 热电偶 4

热电偶第一端 40 热电偶第二端 41

第一法兰 5

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在一个具体的实施例中，一种超高温蒸发源，如图1、图2、图4，包括加热丝10、坩埚13、保温炉14、降温模块2；坩埚13置于保温炉14内部；加热丝10包括第一加热段10A和第二加热段10B，第一加热段10A与第二加热段10B以双螺旋结构环绕于坩埚13外；加热丝10还包括支撑脚100，支撑脚100穿过降温模块2向外延伸并接电，降温模块2用于阻隔保温炉14内部的热量沿支撑脚100延伸方向向外部传递。

本领域的技术人员可以理解的是，保温炉14的形状可以是圆筒形、棱柱形或者长方体形等，而保温炉14的炉壁材料优选地采用能够在超高温环境下保持形状的材料，如钨、钽或者陶瓷基复合材料等。选用耐超高温材料可以避免因保温炉14内的超高温使炉壁软化甚至气化，使工作环境维持正常。当然，本领域的技术人员如果对工作温度需求不高，保温炉14的炉壁材料可采用其它如铁、不锈钢、陶瓷等不耐超高温的材料。

置于保温炉14内的坩埚13可选用钨、钽、钼等耐超高温的材料，避免超高温对坩埚13造成影响。而坩埚13的周围优选地以等距的方式围绕有第一加热段10A与第二加热段10B，两加热段构成对称的双螺旋形，并且相邻的两个环之间等距。该加热丝10的围绕方式可使坩埚均匀受热，而对称的双螺旋结构可使电流通过第一加热段10A与第二加热段10B后产生的磁场相互抵消，避免某一些蒸镀过程受磁场影响。其中，第一加热段10A与第二加热段10B可以是单根加热丝10的两个部分，也可以分别属于两根加热丝10，两根加热丝可通过桥接的方式相连并构成电路回路。当然，如果本领域的技术人员对坩埚13的受热情况无严格要求，可不必对加热丝10以何种间距围绕坩埚13，以及相邻两个环之间的距离做严格要求。

第一加热段10A与第二加热段10B的支撑脚100分别穿过降温模块2后向外延伸。两加热段的优选材料为钨，也可以是钽、钼等。加热丝10的加热方式为电阻式加热，以钨作为优选材料制备的加热丝10可防止其在超高温下软化坍塌或者气化。而两根支撑脚100可以为加热丝10提供支撑作用，从而可以不必设置固定部件。当然，如有需求也可加设固定部件以增强固定效果。

最后，在保温炉14的末端装有降温模块2，降温模块2可以整个/部分埋入到保温炉14中，或者采用对接的方式组合在一起。降温模块2可以阻隔保温炉14内的热量沿着加热丝10向外部传递，有利于保护外部的组件。

在一个优选的实施例中，如图5、图6，降温模块2包括隔热层20和冷却室21。隔热层20位于冷却室21与坩埚13之间，隔热层20的数量可以是两层也可以是两层以上。

在该实施例中，在坩埚13和冷却室21之间的隔热层20一方面有利于维持保温炉14内的工作温度，防止热量向外扩散；另一方面，由于隔热层20对热量的阻挡作用，使传导到冷却室21的温度不至于过高，有利于减轻冷却室的工作负荷，提高冷却效果。

在一个优选的实施例中，如图7，冷却室21第二端设有排出管22B和输入管22A，超高温蒸发源还包括第一法兰5，排出管22B和输入管22A均通过第一法兰5固定以支撑所述冷却室。

在该实施例中，冷却室21内的冷却工质通过输入管22A注入，经冷却室21后由排出管22B导出，导出的冷却工质优选地经泵注入输入管22A构成循环回路，当然也可以直接导出构成开路。其中，冷却工质可以采用水、液氮、氟利昂等。采用闭合回路循环冷却工质有利于降低成本，并且冷却工质流经排出管22B和输入管22A时，与外界环境经管壁发生热交换，将冷却室14获得的热量排出，提高冷却效果。排出管22B和输入管22A优选地穿过第一法兰5并被固定，也可以不穿过第一法兰5而被固定。第一法兰5可固定排出管22B和输入管22A，限制其相互移动。

在一个优选的实施例中，如图7，第一法兰5与降温模块2之间设置有调节杆3。

在该实施例中，第一法兰5与降温模块2之间除了排出管22B和输入管22A，还增设有调节杆3，调节杆3的设置可进一步限制降温模块2与第一法兰5的空间位置。同时，调节杆3包括调节杆3上部组件、调节杆3下部组件和一旋钮，调节杆3上部组件和调节杆3下部组件的一端分别带有螺纹，并与旋钮内的螺纹相适配。因此，调节杆3上部组件和调节杆3下部组件可通过旋钮旋接，并且可通过旋钮旋转改变调节杆3的长度，从而改变降温模块2与第一法兰5的空间位置。

在一个优选的实施例中，如图2、图3，保温炉14内设有第一坩埚支撑件11和第二坩埚支撑件12；坩埚13第一端包括环形凸缘130，第一坩埚支撑件11上具有能与所述环形凸缘130相契合的环形下凹部11,；第二坩埚支撑件12包括坩埚托120及支撑杆121，坩埚13第二端置于坩埚托120上，支撑杆121一端与所述坩埚托120相连，支撑杆121另一端插入但不穿透所示隔热层20。

在该实施例中，通过第一坩埚支撑件11和第二坩埚支撑件12，使坩埚13被有效地固定在保温炉14中，并限制其移动，使其与加热丝10的间隙维持不变，有利于均匀受热。其中第一坩埚支撑件11的材料可以是钨、钼、钽等耐超高温材料；坩埚托120优选地采用钨作为材料，也可以采用钽、钼等耐超高温材料，当采用钽这类在超高温下有可能发生软化的材料时，可以在坩埚托120内部增设一层钨来防止坩埚托120与坩埚13发生粘连；支撑杆121优选地采用钨作为材料，也可采用钼、钽等耐超高温材料。支撑杆121将坩埚托120撑离隔温层20，可降低隔热层20受到的温度，另外采用支撑杆121固定坩埚托120便于拆卸清理和安装。而支撑杆121不穿透隔热层20可避免与冷却室21相接触，防止保温炉14内的热量通过支撑杆121向冷却室21传递。

在一个优选的实施例中，如图2，超高温蒸发源还包括绝缘管17，绝缘管17贯穿降温模块2，支撑脚100被插入绝缘管17内，使之不与降温模块2接触。

在该实施例中，加热丝10的支撑角100插入到绝缘管17内，其中绝缘管17优选地采用陶瓷作为材料，也可以选用石英、聚四氟乙烯等耐高温的绝缘材料。支撑脚100经绝缘管与降温模块2分离可以防止电流传递至降温模块2，从而造成危险。其中绝缘管17有一小部分暴露在隔热层20外，一方面可尽可能避免支撑脚100与降温模块2接触，另一方面则防止暴露过多导致在高温下气化。另外，加热丝10从冷却室21底部开始向外延伸的部分也可被绝缘管17包裹，有利于避免电流短路。

在一个优选的实施例中，如图2，保温炉14上设有进料口，加热丝10顶部设置有位于保温炉14进料口下方的限位片16，限位片16用于防止加热丝10向进料口方向滑动。

在该实施例中，该限位片16被保温炉14的内壁所固定，并与坩埚13留有一定的空隙。该限位片16的设立一方面有利于限制加热丝10向第一坩埚支撑件11滑移，防止对坩埚13的加热效果造成不利影响，也可避免接触后造成短路而引发危险事故；另一方面，该限位片16可防止从进料口加入的样品掉入保温炉14内。而限位片16与坩埚13留有一定的空隙可防止其温度过高后，与坩埚13相粘连。

在一个优选的实施例中，如图2，超高温蒸发源还包括热电偶4，热电偶第一端40置于加热丝10与坩埚托120之间，热电偶第二端41穿过降温模块2向外延伸并接电。

在该实施例中，热电偶4的设立有利于对坩埚13温度的控制，而热电偶第一端40优选地置于加热丝10与坩埚托120之间，可提高温度的监测效果。同时，为防止热电偶第二端41与降温模块2接触，需通过绝缘管17相隔离。另外，热电偶第二端41从冷却室21底部开始向外延伸的部分也可被绝缘管17包裹，避免可能出现的短路现象。当然也可将热电偶第一端40置于加热丝10外、坩埚托120底部、坩埚13与加热丝10等保温炉14内的任一空间位置。

上述列举的各种实施例，在不矛盾的前提下，可以相互组合实施，本领域技术人员可结合附图和上文对实施例的解释，作为对不同实施例中的技术特征进行组合的依据。

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

另外需要说明的是，本文使用上、下、顶部、底部等词语，是为了方便结合附图进行各部件结构，以及各部件之间的连接关系、位置关系的描述，以及使本领域技术人员更好地理解本实用新型，这一类的词语仅表示相对的位置关系或者方向。

Claims (10)

1.一种超高温蒸发源，其特征在于：包括加热丝、坩埚、保温炉、降温模块；

所述坩埚置于所述保温炉内部；

所述加热丝包括第一加热段和第二加热段，所述第一加热段与所述第二加热段以双螺旋结构环绕于所述坩埚外；

所述加热丝还包括支撑脚，所述支撑脚穿过所述降温模块向外延伸并接电，所述降温模块用于阻隔所述保温炉内部的热量沿所述支撑脚延伸方向向外部传递。

2.根据权利要求1所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述降温模块包括隔热层和冷却室，所述隔热层由两片或两片以上隔热片组成；

所述隔热层设置于所述冷却室与所述坩埚之间，所述冷却室位于所述保温炉底部。

3.根据权利要求2所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述冷却室第二端设有排出管和输入管，

所述超高温蒸发源还包括第一法兰，所述排出管与所述输入管均通过第一法兰固定以支撑所述冷却室。

4.根据权利要求3所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述第一法兰与所述降温模块之间设置有调节杆。

5.根据权利要求4所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述保温炉内设有第一坩埚支撑件和第二坩埚支撑件；

所述坩埚第一端包括环形凸缘，所述第一坩埚支撑件上具有能与所述环形凸缘相契合的环形下凹部；

所述第二坩埚支撑件包括坩埚托及支撑杆，所述坩埚第二端置于所述坩埚托上，所述支撑杆一端与所述坩埚托相连，所述支撑杆另一端插入但不穿透所示隔热层。

6.根据权利要求5所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述超高温蒸发源还包括绝缘管，所述绝缘管贯穿所述降温模块，所述支撑脚被插入所述绝缘管内，使之不与所述降温模块接触。

7.根据权利要求1～6中任一所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述保温炉上设有进料口，所述加热丝顶部设置有位于所述保温炉进料口下方的限位片，所述限位片用于防止所述加热丝向所述进料口方向滑动。

8.根据权利要求7所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述超高温蒸发源还包括热电偶，所述热电偶第一端置于所述加热丝与所述坩埚托之间，所述热电偶第二端穿过所述降温模块向外延伸并接电。

9.根据权利要求8所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述加热丝的加热方式为电阻加热。

10.根据权利要求6所述的超高温蒸发源，其特征在于：所述坩埚的材质为钽，所述第一坩埚支撑件材质为钽，所述第二坩埚支撑件材质为钨。