CN212375362U - 一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，包括电子枪(1)、坩埚(2)和磁铁(3)，电子枪(1)、坩埚(2)和磁铁(3)之间的位置关系满足电子枪(1)发射的电子束经磁铁(3)产生的磁场偏转后打入坩埚(2)内，其特征在于：坩埚(2)为舟船形坩埚；电子枪(1)的电压的大小是可调节的；磁铁(3)的所产生的磁场大小是可调节的；坩埚(2)的横向尺寸大于3mm；坩埚(2)内未设置有扫描线圈；电子枪(1)电压为3KV‑11KV之间。本实用新型的有益效果是：在不增设扫描线圈前提下，实现坩埚内材料利用率的最大化且不引起放气率的增加并避免高压电弧放电危险，同时体积较小。

Description

一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源

技术领域

本实用新型涉及磁偏转电子束蒸发源，特别涉及一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源。

背景技术

磁偏转电子束发源是基于耦合磁场和电场来偏转电子束到一定角度进而轰击到材料，实现材料蒸发的蒸发源。由于电子直接轰击靶材有利于抑制材料污染可用来制备高纯薄膜材料以应用于集成电路或功能器件的科研或生产等。

传统的磁偏转电子束蒸发源体积庞大，为了提高坩埚内材料利用率，需要使用扫描线圈产生扰动磁场才能够使得电子束斑在坩埚内移动，实现坩埚内大部分材料的蒸镀，这种大型结构的蒸发源较为适合工业镀膜。该种方式虽然增加了材料利用率，但扫描线圈体积臃肿，所以放气率高，使得磁偏转电子束蒸发源在超高真空下使用困难。此外，驱动扫描线圈需要另配电源，导致设备成本上升。

从事高精度分子束外延(MBE)的研究特别是对于科研院所单位来说，真空成本及场地的约束对MBE系统的高集成需求很高。也就是在保持原有性能的前提下尽量提升集成度获取紧凑型关键部件。其中紧凑型蒸发源的研发是一项关键课题。市面上目前稳定运行中的磁偏转电子蒸发源是安装在CF63以上法兰尺寸的产品。即使这个尺寸的产品也需增设扫描线圈来提高材料的利用率。但是由于受CF35法兰口径约束还没有厂家提供可靠CF35法兰尺寸的紧凑型磁偏转电子束源。其主要原因在于空间尺寸约束，CF35法兰口的内径最大只有38mm，可装配圆形坩埚的容许尺寸只有～2CC。CF35法兰的磁偏转电子束源是没有空间装配扫描线圈来实现材料的利用率的提升。因为常规圆形坩埚底部在电子飞行轨道面以外方位占据了大量空间，在没有扫描线圈辅助作用下，电子束无法达到飞行轨道面以外方位，从而导致材料的利用率低下，以2CC体积的坩埚为例，两侧不能被蒸发掉区域达到容积：0.43cm3。

另一方面，因为常规圆形坩埚底部在电子飞行轨道面以外方位的无用空间，占据水了冷截面积的空间，导致水冷效果不佳，进而导致高压电弧放电的危险、放气率高。

故市场亟需一种可以简单地实现磁偏转电子束蒸发源的材料利用率的磁偏转电子束蒸发源。

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高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，本实用新型的技术方案是这样实施的：

一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，包括电子枪(1)、坩埚(2)和磁铁(3)，所述电子枪(1)、所述坩埚(2)和所述磁铁(3)之间的位置关系满足所述电子枪(1)发射的电子束经所述磁铁(3)产生的磁场偏转后打入所述坩埚(2)内，其特征在于：所述坩埚(2)为舟船形坩埚；所述电子枪(1)的电压的大小是可调节的。

优选地，所述坩埚(2)的横向尺寸大于3mm。

优选地，所述磁铁(3)产生的磁场的大小为50Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于3mm，小于或者等于11mm。

优选地，所述磁铁(3)产生的磁场的大小为100Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于3mm，小于或者等于11mm。

优选地，所述磁铁(3)产生的磁场的大小为150Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于11mm，小于或者等于13mm。

优选地，所述磁铁(3)产生的磁场的大小为200Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于13mm，小于或者等于18mm。

优选地，所述磁铁(3)产生的磁场的大小为250Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于26mm，小于或者等于51mm。

优选地，所述一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源的电压为3KV-11KV之间；所述磁铁(3)的所产生的磁场大小是可调节的。

优选地，所述坩埚(2)周围未设置有扫描线圈。

优选地，电子枪(1)、坩埚(2)和磁铁(3)之间使用卧式蒸发源结构(horizontalsource)。

实施本实用新型的技术方案可解决现有技术中放气率高、材料利用率低、体积臃肿且存在着高压电弧放电危险的技术问题；实施本实用新型的技术方案，可实现在不增设扫描线圈前提下，实现坩埚内材料利用率的最大化且不引起放气率的增加并避免高压电弧放电危险，同时实现体积减小的技术效果。

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为一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源的一种具体的实施例结构示意图；

图2为一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源的坩埚结构主视图；

图3为一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源的坩埚结构侧视图；

图4为一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源的坩埚结构斜视图；

图5为一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源的坩埚结构俯视图；

图6-8为一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源的坩埚不同的结构类型参考图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

电子枪(1)、坩埚(2)、磁铁(3)。

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。

为了便于描述，对下述词汇进行定义：

纵向：和电子束偏转方向一致的方向；

横向：与纵向对应的与电子束飞行轨道面垂直的方向。

在一种具体的实施例1中，如图1所示，一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，包括电子枪(1)、坩埚(2)和磁铁(3)，所述电子枪(1)、所述坩埚(2)和所述磁铁(3)之间的位置关系满足所述电子枪(1)发射的电子束经所述磁铁(3)产生的磁场偏转后打入所述坩埚(2)内，其特征在于：所述坩埚(2)为舟船形坩埚；所述电子枪(1)的电压的大小是可调节的；所述磁铁(3)的所产生的磁场大小是可调节的；所述坩埚(2)周围未设置有扫描线圈。

在该种具体的实施例中，所述电子枪(1)发射的电子束经过磁铁(3)偏转后撞击到所述坩埚(2)上，从而进行蒸镀作业，在蒸镀过程中，不断地调节所述电子枪(1)的电压大小，从而控制电子枪(1)发出的电子束偏转的半径，进而控制电子束在坩埚(2)上的所形成的电子束斑在坩埚(2)上的位置，进而控制蒸镀作业的位置，最终实现坩埚(2)全表面材料的蒸镀作业。同时由于其材料的装填量得以增加，使得磁偏转电子束蒸发源的材料利用率提高。以2CC体积的坩埚为例，舟船形坩埚可以比常规圆形坩埚的材料利用率提升44％。

当然，也可以通过控制磁铁磁场的大小，如更换磁场不同的磁铁来实现电子束偏转的半径的控制。

由于此坩埚(2)提供底部收尾的特殊结构，在蒸发运行过程中材料受重力影响始终趋势与向中心线部集中，并具有良好的普适性，可以应用于几乎所有磁偏转电子束蒸发源设备，同时由于不使用扫描线圈，故也不会引起放气率的增加。

在一种优选的实施例2中，如图1所示，所述坩埚(2)的横向尺寸大于3mm。

在该种优选的实施例中，磁偏转电子束蒸发源的最小束斑为3mm，在实际的工程设计中需要保留部分余量，故一般将坩埚(2)的横向尺寸设置为5mm；由于底部横向尺寸与电子束斑尺寸相当，集中在底部的材料最终将被电子束蒸发光，使得材料的利用率接近100％。这种高利用率在常规圆形里是不能实现的，这样的高利用率降低了真空腔体开关的频次，使得生产和研发成本得以减少，同时该舟船形坩埚(2)的尺寸是在纵向增加，而横向尺寸与电子束斑相当，避免了长条形坩埚因为横向尺寸大，进而要求大电子发射器的问题。

在一种优选的实施例3中，如图1所示，纵向尺寸至少要大于横向尺寸，一般要大于5mm，但是纵向尺寸不应过大，因为电子束在纵向移动的距离是有限的，而对于常见的商用磁偏转电子束蒸发源而言，由于其工作的电压一般为4-10KV之间，因此只有6KV的电压可调节范围，即电子枪(1)只可在该范围内调节电子束的轨道半径，同时一般而言该种磁铁(3)产生的磁场的大小在50-250Gauss之间，因此，可以根据电场力做功以及匀强磁场中电子束轨道半径的计算得到，具体如下表：

通过变换坩埚(2)深度和倾角也能够得到任意具有相同功能的坩埚。

在一种优选的实施例4中，如图1所示，电子枪(1)、坩埚(2)和磁铁(3)之间使用卧式蒸发源结构(horizontal source)，其中卧式蒸发源结构可参考CN201720241666.5。

在该种优选的实施例中，降低了高压电弧放电的危险：由于坩埚(2)是底部收尾结构，横向尺寸小，便于提升冷却效果，特别是对卧式蒸发源的冷却更加突出。因为卧式蒸发源受截面尺寸的高度制约，对于常规圆形坩埚而言没有空间确保冷却面积，但是船型坩埚(2)底部横向尺寸缩小使得冷却液更加靠近坩埚(2)底部提升冷却效果，提升冷却效果并有利于抑制不必要的出气，从而降低了磁偏转电子束蒸发源高压部件和临近部件高压电弧放电的危险。

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。

Claims (10)

1.一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，包括电子枪(1)、坩埚(2)和磁铁(3)，所述电子枪(1)、所述坩埚(2)和所述磁铁(3)之间的位置关系满足所述电子枪(1)发射的电子束经所述磁铁(3)产生的磁场偏转后打入所述坩埚(2)内，其特征在于：所述坩埚(2)为舟船形坩埚；所述电子枪(1)的电压的大小是可调节的；所述坩埚底部的横向尺寸不小于所述电子枪发出的电子束斑的直径；所述坩埚(2)内未设置有扫描线圈。

2.根据权利要求1所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述坩埚(2)的横向尺寸不小于3mm。

3.根据权利要求2所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述电子枪(1)电压为3KV-11KV之间。

4.根据权利要求3所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述磁铁(3)产生的磁场的大小为50Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于3mm，小于或者等于11mm。

5.根据权利要求3所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述磁铁(3)产生的磁场的大小为100Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于11mm，小于或者等于13mm。

6.根据权利要求3所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述磁铁(3)产生的磁场的大小为150Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于13mm，小于或者等于18mm。

7.根据权利要求3所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述磁铁(3)产生的磁场的大小为200Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于18mm，小于或者等于26mm。

8.根据权利要求3所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述磁铁(3)产生的磁场的大小为250Gauss，所述坩埚(2)的纵向尺寸大于26mm，小于或者等于51mm。

9.根据权利要求1所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述磁铁(3)的所产生的磁场大小是可调节的。

10.根据权利要求1-8任一所述的一种高材料利用率的磁偏转电子束蒸发源，其特征在于：所述电子枪(1)、所述坩埚(2)和所述磁铁(3)按照卧式蒸发源结构布置。

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