一种微型电流加热快速退火炉及加热夹具制造技术

本发明专利技术公开了一种微型电流加热快速退火炉及加热夹具，属于热处理设备技术领域，主要包括：真空腔体、加热系统、出气管路、进气管路以及泄气管路。加热系统由氧化铝支撑板、电流加热夹具和加热电极构成。本发明专利技术可以对固定在夹具上的半导体样品直接通电加热，或把耐热金属片，如钨、钼等固定在夹具上，样品置于金属片上，通电后金属片用焦耳热加热样品。本发明专利技术适用于小尺寸样品，可用于不同尺寸的样品进行高真空快速退火、惰性气体氛围退火等。本发明专利技术采用电流加热，具有升温速度快、能耗低、占用体积小等特点。

A Miniature Current Heating Rapid Annealing Furnace and Heating Fixture

【技术实现步骤摘要】
一种微型电流加热快速退火炉及加热夹具
本专利技术涉及热处理设备
，特别涉及一种微型电流加热快速退火炉及加热夹具。
技术介绍
快速热退火(RTA)是半导体加工工艺中的一种常规技术手段，RTA技术指的是将晶片从环境温度快速加热至约1000–1500K，晶片达到该温度后保持一段时间，然后降温冷却。这种技术主要被应用于薄膜晶体管、太阳电池等器件生产过程中的掺杂、杂质激活等高温过程。传统的管式退火装置不仅体积大，热能浪费严重，而且升温速度较慢，达不到快速退火的要求。目前快速退火的方式主要有红外辐射加热法、微波加热法，这两种方式可以实现快速升温且热能利用率高，但成本较高且体积都较大，不适用于实验室小样品的少量退火处理。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供了一种新型的微型电流加热快速退火炉，利用大电流通过样品时产生的焦耳热进行快速退火，用于解决现有的退火炉升温慢、体积大、能耗高、成本高等问题。本专利技术的技术方案为：一种微型电流加热快速退火炉，包括保护罩(2)、加热夹具(3)、连接导线(6)、真空密封电极法兰(7)、加热电极正极(8)、加热电极负极(9)、进气管(11)、泄气管(14)、出气管(16)、底座(17)、直流电源线(19)；所述保护罩(2)内部设有加热夹具(3)，保护罩(2)的下端通过真空密封电极法兰(7)固定在底座(17)上，形成真空腔体；所述加热夹具(3)水平悬空放置在支撑板(5)上，支撑板(5)的两端分别连接支撑柱(4)的上部，支撑柱(4)的底部和真空密封电极法兰(7)固连；所述加热夹具(3)的底端通过连接导线(6)分别连接加热电极正极(8)、加热电极负极(9)，加热电极正极(8)、加热电极负极(9)穿过真空密封电极法兰(7)底下的绝缘陶瓷(18)与直流电源线(19)相连，直流电源线(19)和直流电源相连；所述进气管(11)一端连接气体罐，进气管(11)另一端依次设有进气阀(13)、流量计(12)，并与真空腔体相连通；所述泄气管(14)上设有泄气阀(15)并与真空腔体相连通；所述出气管(16)上设有出气阀(20)，出气管(16)一端连通真空腔体，出气管(16)另一端连接真空泵组。进一步，所述加热夹具为左右对称结构，左右两端各包括夹具体(301)，螺栓(302)，压板(303)，螺钉(304)，螺母(305)；支撑板(5)上对应的一端分别设有第一腰形通孔(307)和第二腰形通孔(308)，夹具体(301)通过螺栓(302)固定在支撑板(5)上；此时，螺栓(302)可以在第二腰形通孔(308)内移动并进行加热夹具范围粗调；此外，第一腰形通孔(307)能够防止螺栓(304)在移动或加热膨胀时和支撑板(5)发生挤压；夹具体(301)上端放置压板(303)，压板(303)和夹具体(301)通过螺钉(304)连接，螺钉(304)能够在压板(303)上开有的第三腰形通孔(306)内移动，并进行加热夹具范围微调；加热样品放置于夹具体(301)和压板(303)之间，夹具所夹样品范围可以通过夹具体(301)粗调和压板(303)微调，夹具体夹样品的一端微陷，可以与样品良好地接触。进一步，所述加热夹具(3)为钼、钨等耐高温金属；可将半导体样品，或耐热金属片，如钨、钼等通过螺钉(304)固定在压板(303)上。进一步，所述加热电极正极(8)和加热电极负极(9)由真空密封电极法兰(7)上两根金属柱导出到真空腔室外。进一步，所述底座(17)为中空腔体，底座(17)为上端开口，进气管(11)、泄气管(14)、出气管(16)、直流电源线(19)均经过底座(17)的上端开口；所述出气管(16)、进气管(11)以及泄气管(14)通过真空管接头接于真空密封电极法兰(7)上。进一步，所述的保护罩(2)为透明的石英材质或耐高温金属。进一步，所述支撑板(5)材质为氧化铝。进一步，所述保护罩(2)、真空密封电极法兰(7)通过螺栓(10)固定在底座(17)上。进一步，所述保护罩(2)上设有观察窗(1)。一种微型电流加热快速退火炉用到的加热夹具，所述加热夹具为左右对称结构，左右两端各包括夹具体(301)，螺栓(302)，压板(303)，螺钉(304)，螺母(305)；支撑板(5)上对应的一端分别设有第一腰形通孔(307)和第二腰形通孔(308)(第一腰形通孔(307)和第二腰形通孔(308)在同一水平线上)，夹具体(301)通过螺栓(302)固定在支撑板(5)上；此时，螺栓(302)可以在第二腰形通孔(308)内移动并进行加热夹具范围粗调；此外，第一腰形通孔(307)能够防止螺栓(304)在移动或加热膨胀时和支撑板(5)发生挤压；夹具体(301)上端放置压板(303)，压板(303)和夹具体(301)通过螺钉(304)连接，螺钉(304)能够在压板(303)上开有的第三腰形通孔(306)内移动，并进行加热夹具范围微调；加热样品放置于夹具体(301)和压板(303)之间，夹具所夹样品范围可以通过夹具体(301)粗调和压板(303)微调，夹具体夹样品的一端微陷，可以与样品良好地接触。本专利技术与现有的退火设备相比，本专利技术优点如下：本专利技术热源来自电流流过电阻时产生的焦耳热，采用耐高温金属和支撑板组成加热平台，可实现均匀、快速升温，无需价格高昂的红外加热设备，降低快速退火装置成本。相比于目前快速退火的红外辐射加热法、微波加热法，本专利技术具有更快的升温、节约空间、提高热能利用率、降低成本、操作简便、方便维修等特点，其中加热夹具范围可调，灵活性高。本专利技术用于少量小样品快速真空退火、快速特殊气体氛围退火。附图说明图1为本专利技术的剖视图。图2为加热夹具图。图3为加热夹具A-A剖面图。图中，观察窗1、保护罩2、加热夹具3、支撑柱4、支撑板5、连接导线6、真空密封电极法兰7、加热电极正极8、加热电极负极9、螺栓10、进气管11、流量计12、进气阀13、泄气管14、泄气阀15、出气管16、底座17、绝缘陶瓷18、直流电源线19、出气阀20、夹具体301，螺栓302，压板303，螺钉304，螺母305；第三腰形通孔306；第一腰形通孔307；第二腰形通孔308；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行进一步详细说明。如图1为本专利技术电流加热快速退火炉的二维示意图，包括观察窗1、保护罩2、加热夹具3、支撑柱4、支撑板5、连接导线6、真空密封电极法兰7、加热电极正极8、加热电极负极9、螺栓10、进气管11、流量计12、进气阀13、泄气管14、泄气阀15、出气管16、底座17、绝缘陶瓷18、直流电源线19、出气阀20。所述真空腔体由保护罩2和真空密封电极法兰7通过CF法兰连接，可达到高真空水平，进一步的，保护罩2上侧设有观察窗1，真空腔体通过螺栓10连接固定在底座17上。所述电流夹具由支撑板5、加热夹具3构成。进一步的，加热夹具3通过螺栓固定在支撑板5上，并用连接导线6与真空密封电极法兰7上的加热电极连接起来。该夹具范围可调，适用于不同尺寸的退火样品。采用这种电流加热方法加热体积小、升温速率快且受热均匀。所述出气管16、进气管11以及泄气管14通过真空管接头接于真空密封电极法兰7上。出气管16用于排除气体，可与真空泵组通过KF法兰密封；进气管11用于高真空模式和通入所需气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型电流加热快速退火炉，其特征在于，包括保护罩(2)、加热夹具(3)、连接导线(6)、真空密封电极法兰(7)、加热电极正极(8)、加热电极负极(9)、进气管(11)、泄气管(14)、出气管(16)、底座(17)、直流电源线(19)；所述保护罩(2)内部设有加热夹具(3)，保护罩(2)的下端通过真空密封电极法兰(7)固定在底座(17)上，形成真空腔体；所述加热夹具(3)水平悬空放置在支撑板(5)上，支撑板(5)的两端分别连接支撑柱(4)的上部，支撑柱(4)的底部和真空密封电极法兰(7)固连；所述加热夹具(3)的底端通过连接导线(6)分别连接加热电极正极(8)、加热电极负极(9)，加热电极正极(8)、加热电极负极(9)穿过真空密封电极法兰(7)底下的绝缘陶瓷(18)与直流电源线(19)相连，直流电源线(19)和直流电源相连；所述进气管(11)一端连接气体罐，进气管(11)另一端依次设有进气阀(13)、流量计(12)，并与真空腔体相连通；所述泄气管(14)上设有泄气阀(15)并与真空腔体相连通；所述出气管(16)上设有出气阀(20)，出气管(16)一端连通真空腔体，出气管(16)另一端连接真空泵组。...

【技术特征摘要】
1.一种微型电流加热快速退火炉，其特征在于，包括保护罩(2)、加热夹具(3)、连接导线(6)、真空密封电极法兰(7)、加热电极正极(8)、加热电极负极(9)、进气管(11)、泄气管(14)、出气管(16)、底座(17)、直流电源线(19)；所述保护罩(2)内部设有加热夹具(3)，保护罩(2)的下端通过真空密封电极法兰(7)固定在底座(17)上，形成真空腔体；所述加热夹具(3)水平悬空放置在支撑板(5)上，支撑板(5)的两端分别连接支撑柱(4)的上部，支撑柱(4)的底部和真空密封电极法兰(7)固连；所述加热夹具(3)的底端通过连接导线(6)分别连接加热电极正极(8)、加热电极负极(9)，加热电极正极(8)、加热电极负极(9)穿过真空密封电极法兰(7)底下的绝缘陶瓷(18)与直流电源线(19)相连，直流电源线(19)和直流电源相连；所述进气管(11)一端连接气体罐，进气管(11)另一端依次设有进气阀(13)、流量计(12)，并与真空腔体相连通；所述泄气管(14)上设有泄气阀(15)并与真空腔体相连通；所述出气管(16)上设有出气阀(20)，出气管(16)一端连通真空腔体，出气管(16)另一端连接真空泵组。2.根据权利要求1所述的一种微型电流加热快速退火炉，其特征在于，所述加热夹具为左右对称结构，左右两端各包括夹具体(301)，螺栓(302)，压板(303)，螺钉(304)，螺母(305)；支撑板(5)上对应的一端分别设有第一腰形通孔(307)和第二腰形通孔(308)，夹具体(301)通过螺栓(302)固定在支撑板(5)上；此时，螺栓(302)可以在第二腰形通孔(308)内移动并进行加热夹具范围粗调；此外，第一腰形通孔(307)能够防止螺栓(304)在移动或加热膨胀时和支撑板(5)发生挤压；夹具体(301)上端放置压板(303)，压板(303)和夹具体(301)通过螺钉(304)连接，螺钉(304)能够在压板(303)上开有的第三腰形通孔(306)内移动，并进行加热夹具范围微调；加热样品放置于夹具体(301)和压板(303)之间，夹具所夹样品范围可以通过夹具体(301)粗调和压板(303)微调，夹具体夹样品的一端微陷，可以与样品良好地接触。3.根据权利要求2所述的一种微型电流加热快速退...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝秀春，李宇翔，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32