热蒸发源炉制造技术

本实用新型专利技术提供了一种热蒸发源炉，包括：整体式全包围热屏蔽筒、坩埚、加热装置、加热装置底板和温度测量装置，整体式全包围热屏蔽筒底部与源炉法兰的上法兰面相连；整体式全包围热屏蔽筒顶部与坩埚密封相连；加热装置、加热装置底板和温度测量装置均设置于整体式全包围热屏蔽筒内，加热装置对所述坩埚进行加热；温度测量装置对坩埚底部温度进行测量。本实用新型专利技术能够提供稳定的原子束和分子束流，并且能够避免从坩埚逸出的液态源和从生长设备内壁脱落的材料残渣等会掉落至热电偶电极或加热器电极处导致的热电偶或加热器短路，使得工作可靠性大幅提高。

【技术实现步骤摘要】
热蒸发源炉
本技术涉及材料生长领域，尤其涉及一种热蒸发源炉。
技术介绍
在半导体、金属、拓扑绝缘体、磁性材料、有机化合物半导体等材料的薄膜生长中，通常会使用分子束外延、热蒸发镀膜等设备。这些设备在进行材料生长时，一般会使用产生原子束或分子束的关键装置，称为热蒸发源炉。热蒸发源炉通常工作在真空环境，利用电阻加热器为坩埚中的源材料提供能量，使其液化或升华，并达到一定的蒸汽压，使得坩埚中的源材料以原子束或分子束的形式流向与热蒸发源炉相对放置的衬底表面，最终达到材料生长的目的。热蒸发源炉提供的原子束或分子束的束流稳定性和工作可靠性对材料质量起着决定性作用。目前，分子束外延、热蒸发镀膜等设备中普遍使用的热蒸发源炉有着下面两个技术缺陷，使得热蒸发源炉的束流稳定性较低。第一、热蒸发源炉与大气环境有热交换，随时间变化的环境温度变化会影响束流的稳定性。尽管这一影响较小，但对于需要精确控制材料组分(例如：晶格匹配的异质外延生长要求的10-4量级的失配度)等高要求场合，该影响会是致命性的，导致材料生长工艺不可控。其主要原因是：虽然热蒸发源炉的主要部件(坩埚、加热器等)均在真空环境中，但通常是安装在一个带有法兰的真空套管一端。由于热蒸发源炉的工作温度大多在200℃-2000℃的高温区段，源炉高温部件的热辐射导致真空套管温度升高，使得真空套管与周围大气环境发生热交换。而大气环境温度随着时间在周期性变化，在没有控温的实验室内部，昼夜温差有时可以达到10℃-20℃。这一环境温度变化导致了热蒸发源炉的工作状态的微小改变，最终影响了束流的稳定性。第二、热蒸发源炉的热电偶电极和加热器电极暴露，从坩埚逸出的液态源和从生长设备内壁脱落的材料残渣等会掉落至热电偶电极或加热器电极处，导致热电偶或加热器短路，使得热蒸发源炉无法正常工作。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术提供了一种热蒸发源炉，以解决热蒸发源炉的束流稳定性较低和电极短路的技术问题。(二)技术方案根据本技术的一个方面，提供了一种热蒸发源炉，其中，包括：分段式全包围热屏蔽筒，所述分段式全包围热屏蔽筒底部与源炉法兰的上法兰面相连；所述分段式全包围热屏蔽筒包括：下分热屏蔽筒，所述下分热屏蔽筒底部与源炉法兰的上法兰面相连；上分热屏蔽筒，所述上分热屏蔽筒底部与所述下分热屏蔽筒顶部相连；加热装置底板，设置于所述上分热屏蔽筒和所述下分热屏蔽筒相连处；坩埚，与所述分段式全包围热屏蔽筒顶部密封相连；加热装置，设置在所述分段式全包围热屏蔽筒内，对所述坩埚进行加热；加热装置底部屏蔽板，设置于所述分段式全包围热屏蔽筒内并位于加热装置底板上部，用于屏蔽加热装置工作时向下辐射的热量；温度测量装置，设置在所述分段式全包围热屏蔽筒内，用于对坩埚底部温度进行测量。在本技术的一些实施例中，所述温度测量装置包括：法兰内侧热电偶接线柱，设置于所述分段式全包围热屏蔽筒内；法兰外侧热电偶接线柱，与所述法兰内侧热电偶接线柱一体相连并穿过源炉法兰；所述法兰外侧热电偶接线柱与所述源炉法兰间密封相连，且电绝缘；热电偶丝，与所述法兰内侧热电偶接线柱相连，且所述热电偶丝置于所述坩埚底部。在本技术的一些实施例中，所述加热装置包括：法兰内侧加热电极，设置在所述分段式全包围热屏蔽筒内；法兰外侧加热电极，与所述法兰内侧加热电极一体相连并穿过源炉法兰；所述法兰外侧加热电极与所述源炉法兰间密封相连，且电绝缘；加热器，与所述法兰内侧加热电极通过加热器引线相连；在所述法兰外侧加热电极上施加电压，所述加热器产生电流并对所述坩埚进行加热；所述法兰内侧加热电极和所述法兰外侧加热电极为圆柱形结构，所述法兰内侧加热电极和所述法兰外侧加热电极的材料为铜、钼、镍中一种或多种。在本技术的一些实施例中，所述分段式全包围热屏蔽筒的数量为1-10个，多个所述分段式全包围热屏蔽筒的直径各不相同，呈套设分布。在本技术的一些实施例中，所述加热装置底板的材料为钼或钽；所述加热装置底板上设有过线孔；所述加热装置底部屏蔽板包括至少一层钽片，所述钽片数量为1-100；所述加热装置底部屏蔽板上设有过线孔；所述坩埚的材料为热解氮化硼、石墨、钼、钽、钨中任一种；所述坩埚为带边缘的试管型或带边缘的锥形；所述源炉法兰的材料为不锈钢、铝合金、钛合金中任一种。根据本技术的一个方面，还提供了一种热蒸发源炉，其中，包括：整体式全包围热屏蔽筒，所述整体式全包围热屏蔽筒底部与源炉法兰的上法兰面相连；加热装置底板，设置于所述整体式全包围热屏蔽筒内部；坩埚，与所述整体式全包围热屏蔽筒顶部密封相连；加热装置，设置在所述整体式全包围热屏蔽筒内，对所述坩埚进行加热；加热装置底部屏蔽板，设置于所述整体式全包围热屏蔽筒内并位于加热装置底板上部，用于屏蔽加热装置工作时向下辐射的热量；温度测量装置，设置在所述整体式全包围热屏蔽筒内，用于对坩埚底部温度进行测量。在本技术的一些实施例中，所述温度测量装置包括：法兰内侧热电偶接线柱，设置于所述整体式全包围热屏蔽筒内；法兰外侧热电偶接线柱，与所述法兰内侧热电偶接线柱一体相连并穿过源炉法兰；所述法兰外侧热电偶接线柱与所述源炉法兰间密封相连，且电绝缘；热电偶丝，与所述法兰内侧热电偶接线柱相连，且所述热电偶丝置于所述坩埚底部。在本技术的一些实施例中，所述加热装置包括：法兰内侧加热电极，设置在所述整体式全包围热屏蔽筒内；法兰外侧加热电极，与所述法兰内侧加热电极一体相连并穿过源炉法兰；所述法兰外侧加热电极与所述源炉法兰间密封相连，且电绝缘；加热器，与所述法兰内侧加热电极通过加热器引线相连；在所述法兰外侧加热电极上施加电压，所述加热器产生电流并对所述坩埚进行加热；所述法兰内侧加热电极和所述法兰外侧加热电极为圆柱形结构，所述法兰内侧加热电极和所述法兰外侧加热电极的材料为铜、钼、镍中一种或多种。在本技术的一些实施例中，所述整体式全包围热屏蔽筒的数量为1-10个，多个所述整体式全包围热屏蔽筒的直径各不相同，呈套设分布。在本技术的一些实施例中，所述加热装置底板的材料为钼或钽；所述加热装置底板上设有过线孔；所述加热装置底部屏蔽板包括至少一层钽片，所述钽片数量为1-100；所述加热装置底部屏蔽板上设有过线孔；所述坩埚的材料为热解氮化硼、石墨、钼、钽、钨中任一种；所述坩埚为带边缘的试管型或带边缘的锥形；所述源炉法兰的材料为不锈钢、铝合金、钛合金中任一种。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术热蒸发源炉至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本技术采用热屏蔽筒，有效实现了热屏蔽，可以有效降低环境温度对加热器工作状态的影响，保证了束流的稳定性。(2)本技术避免热蒸发源炉的热电偶电极和加热器电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热蒸发源炉，其特征在于，包括：/n分段式全包围热屏蔽筒，所述分段式全包围热屏蔽筒底部与源炉法兰的上法兰面相连；所述分段式全包围热屏蔽筒包括：/n下分热屏蔽筒，所述下分热屏蔽筒底部与源炉法兰的上法兰面相连；/n上分热屏蔽筒，所述上分热屏蔽筒底部与所述下分热屏蔽筒顶部相连；/n加热装置底板，设置于所述上分热屏蔽筒和所述下分热屏蔽筒相连处；/n坩埚，与所述分段式全包围热屏蔽筒顶部密封相连；/n加热装置，设置在所述分段式全包围热屏蔽筒内，对所述坩埚进行加热；/n加热装置底部屏蔽板，设置于所述分段式全包围热屏蔽筒内并位于加热装置底板上部，屏蔽加热装置工作时向下辐射的热量；/n温度测量装置，设置在所述分段式全包围热屏蔽筒内，对坩埚底部温度进行测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种热蒸发源炉，其特征在于，包括：
分段式全包围热屏蔽筒，所述分段式全包围热屏蔽筒底部与源炉法兰的上法兰面相连；所述分段式全包围热屏蔽筒包括：
下分热屏蔽筒，所述下分热屏蔽筒底部与源炉法兰的上法兰面相连；
上分热屏蔽筒，所述上分热屏蔽筒底部与所述下分热屏蔽筒顶部相连；
加热装置底板，设置于所述上分热屏蔽筒和所述下分热屏蔽筒相连处；
坩埚，与所述分段式全包围热屏蔽筒顶部密封相连；
加热装置，设置在所述分段式全包围热屏蔽筒内，对所述坩埚进行加热；
加热装置底部屏蔽板，设置于所述分段式全包围热屏蔽筒内并位于加热装置底板上部，屏蔽加热装置工作时向下辐射的热量；
温度测量装置，设置在所述分段式全包围热屏蔽筒内，对坩埚底部温度进行测量。


2.根据权利要求1所述的热蒸发源炉，其特征在于，所述温度测量装置包括：
法兰内侧热电偶接线柱，设置于所述分段式全包围热屏蔽筒内；
法兰外侧热电偶接线柱，与所述法兰内侧热电偶接线柱一体相连并穿过源炉法兰；所述法兰外侧热电偶接线柱与所述源炉法兰间密封相连，且电绝缘；
热电偶丝，与所述法兰内侧热电偶接线柱相连，且所述热电偶丝置于所述坩埚底部。


3.根据权利要求1所述的热蒸发源炉，其特征在于，所述加热装置包括：
法兰内侧加热电极，设置在所述分段式全包围热屏蔽筒内；
法兰外侧加热电极，与所述法兰内侧加热电极一体相连并穿过源炉法兰；所述法兰外侧加热电极与所述源炉法兰间密封相连，且电绝缘；
加热器，与所述法兰内侧加热电极通过加热器引线相连；
在所述法兰外侧加热电极上施加电压，所述加热器产生电流并对所述坩埚进行加热；
所述法兰内侧加热电极和所述法兰外侧加热电极为圆柱形结构，所述法兰内侧加热电极和所述法兰外侧加热电极的材料为铜、钼、镍中一种或多种。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的热蒸发源炉，其特征在于，所述分段式全包围热屏蔽筒的数量为1-10个，多个所述分段式全包围热屏蔽筒的直径各不相同，呈套设分布。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的热蒸发源炉，其特征在于，所述加热装置底板的材料为钼或钽；所述加热装置底板上设有过线孔；所述加热装置底部屏蔽板包括至少一层钽片，所述钽片数量为1-100；所述加热装置底部屏蔽板上设有过线孔；所述坩埚的材料为热解氮化硼、石墨、钼、钽、钨中任一种；所述坩埚为带边...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鹏，王占国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11