【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于mbe分子束外延设备领域，具体地说是一种导套内置型高温束源炉束流控制结构及其控制方法。
技术介绍
1、现在常见的用于裂解锑等原料用的mbe(分子束外延)高温束源炉，普遍使用固定坩埚塞、移动坩埚本体的方式来实现对源炉束流的控制；但随着束源炉设计的逐步大型化，坩埚本体就需要变得越来越大，此时在有限的源炉内部空间实现快速移动带料坩埚就使驱动结构的设计及外加驱动力的要求越加严苛，而且受限于热解氮化硼的特性，大型化的薄壁带料坩埚(500cc以上)移动时发生破损的风险也会直线上升。
技术实现思路
1、针对现有固定坩埚塞、移动坩埚本体的方式来实现对源炉束流控制而存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种导套内置型高温束源炉束流控制结构及其控制方法。该束流控制结构采用固定坩埚本体、移动坩埚塞的形式实现控制与调节高温束源炉工作时的束流大小及开闭，彻底避免带料大容量坩埚(500cc以上)移动时发生破损的风险，在有效提高源炉束流的稳定与可调节性的同时，降低对驱动结构动力的要求。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、本专利技术的导套内置型高温束源炉束流控制结构包括坩埚塞支撑套、源炉坩埚、坩埚塞、高温加热区组件及发射喷口，其中源炉坩埚的一端为储存原料的本体，所述本体固定在源炉腔体内，所述源炉坩埚的另一端为长颈段；所述高温加热区组件安装于源炉腔体上，所述发射喷口固定在高温加热区组件的一端内部，所述长颈段由源炉腔体穿出、并由所述高温加热区组件的另一端伸入
4、其中：所述高温加热区组件包括加热区壳体、加热丝、保温层及支撑结构，所述加热区壳体通过支撑结构安装于源炉腔体上，所述加热区壳体的内壁设有保温层，所述保温层与加热区壳体之间缠绕有加热丝。
5、所述长颈段为中空圆柱，所述长颈段的下端与本体固接或为一体结构，所述长颈段的另一端出口位置内缩，进而形成所述脖颈。
6、所述坩埚塞的一端为上宽下窄的锥台状，用于与所述脖颈卡接，所述坩埚塞的另一端设有用于与坩埚塞支撑套另一端卡接的凸起。
7、所述坩埚塞支撑套位于源炉腔体内的部分在源炉工作时处于裂解区温度场内。
8、所述坩埚塞支撑套的一端通过控制叉与源炉腔体外的动力源相连，所述控制叉的一端与坩埚塞支撑套的一端连接，所述控制叉的另一端由源炉腔体引出后与动力源的输出端相连。
9、本专利技术导套内置型高温束源炉束流控制结构的控制方法为：所述源炉坩埚的本体固定，控制位于所述高温加热区组件内的坩埚塞支撑套轴向移动，进而带动所述坩埚塞移动，实现控制与调节高温束源炉工作时的束流大小及开闭。具体步骤如下：
10、步骤a，将原料储存于所述源炉坩埚的本体内；
11、步骤b，初始状态，所述坩埚塞堵塞在长颈段出口的脖颈处；
12、步骤c，高温束源炉工作，在所述源炉腔体内对源炉坩埚的本体先进行加热，完成所述本体内原料物态的第一次转变；随后，原料部分蒸发到达长颈段内，再进入到高温加热区组件工作形成的裂解温度块内发生裂解，此时的束流控制结构处于关闭状态，所述坩埚塞堵塞在脖颈处，裂解的原料元素无法流出，无法形成束流，即处于束流关闭状态；
13、步骤d，当需要提供原料元素束流时，所述动力源通过坩埚塞支撑套带动坩埚塞向上移动，裂解后的原料元素由坩埚塞与脖颈之间的缝隙流过，最终钻过所述坩埚塞上的通孔进入坩埚塞内，形成束流通过所述发射喷口喷射向样品台；
14、步骤e，完成使用后，所述动力源驱动坩埚塞支撑套下移回最低点位置，使所述坩埚塞与脖颈紧密贴合，关闭束流，等待下次使用。
15、所述步骤d过程中，通过调节所述动力源提供的动力大小，控制所述坩埚塞的上移距离，进而控制所述坩埚塞与脖颈形成的缝隙大小，最终实现控制束流的大小以及开关。
16、所述坩埚塞支撑套、源炉坩埚、坩埚塞、高温加热区组件及发射喷口均处于超高真空环境中，所述高温加热区组件将内部温度加热至1300～1600℃。
17、本专利技术的优点与积极效果为：
18、本专利技术采用固定源炉坩埚的本体，控制位于高温加热区组件内的坩埚塞支撑套移动坩埚塞的形式实现控制与调节高温束源炉工作时的束流大小及开闭，彻底避免现有结构移动带料大容量坩埚(500cc以上)有发生破损的风险，在有效提高源炉束流的稳定与可调节性的同时，降低对驱动结构动力的要求。
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1.一种导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：包括坩埚塞支撑套(2)、源炉坩埚(4)、坩埚塞(5)、高温加热区组件(6)及发射喷口(7)，其中源炉坩埚(4)的一端为储存原料的本体，所述本体固定在源炉腔体(3)内，所述源炉坩埚(4)的另一端为长颈段(14)；所述高温加热区组件(6)安装于源炉腔体(3)上，所述发射喷口(7)固定在高温加热区组件(6)的一端内部，所述长颈段(14)由源炉腔体(3)穿出、并由所述高温加热区组件(6)的另一端伸入至高温加热区组件(6)内部，所述长颈段(14)的外围套设有坩埚塞支撑套(2)，所述坩埚塞支撑套(2)的一端与动力源相连，通过所述动力源驱动沿轴向移动，所述坩埚塞支撑套(2)的另一端由高温加热区组件(6)的另一端伸入至高温加热区组件(6)内部；所述坩埚塞(5)位于高温加热区组件(6)的内部，所述坩埚塞(5)的一端插设于长颈段(14)内部，并卡在所述长颈段(14)出口位置设置的脖颈(12)处，所述坩埚塞(5)的另一端与坩埚塞支撑套(2)的另一端相连，随所述坩埚塞支撑套(2)在动力源的驱动下沿轴向移动，进而控制束流的大小及开闭；所述脖颈(12)上
2.根据权利要求1所述的导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：所述高温加热区组件(6)包括加热区壳体(8)、加热丝(9)、保温层(10)及支撑结构，所述加热区壳体(8)通过支撑结构安装于源炉腔体(3)上，所述加热区壳体(8)的内壁设有保温层(10)，所述保温层(10)与加热区壳体(8)之间缠绕有加热丝(9)。
3.根据权利要求1所述的导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：所述长颈段(14)为中空圆柱，所述长颈段(14)的下端与本体固接或为一体结构，所述长颈段(14)的另一端出口位置内缩，进而形成所述脖颈(12)。
4.根据权利要求1所述的导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：所述坩埚塞(5)的一端为上宽下窄的锥台状，用于与所述脖颈(12)卡接，所述坩埚塞(5)的另一端设有用于与坩埚塞支撑套(2)另一端卡接的凸起(15)。
5.根据权利要求1所述的导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：所述坩埚塞支撑套(2)位于源炉腔体(3)内的部分在源炉工作时处于裂解区温度场内。
6.根据权利要求1所述的导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：所述坩埚塞支撑套(2)的一端通过控制叉(1)与源炉腔体(3)外的动力源相连，所述控制叉(1)的一端与坩埚塞支撑套(2)的一端连接，所述控制叉(1)的另一端由源炉腔体(3)引出后与动力源的输出端相连。
7.一种权利要求1至6任一权利要求所述导套内置型高温束源炉束流控制结构的控制方法，其特征在于：所述源炉坩埚(4)的本体固定，控制位于所述高温加热区组件(6)内的坩埚塞支撑套(2)轴向移动，进而带动所述坩埚塞(5)移动，实现控制与调节高温束源炉工作时的束流大小及开闭。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：具体步骤如下
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述步骤D过程中，通过调节所述动力源提供的动力大小，控制所述坩埚塞(5)的上移距离，进而控制所述坩埚塞(5)与脖颈(12)形成的缝隙大小，最终实现控制束流的大小以及开关。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述坩埚塞支撑套(2)、源炉坩埚(4)、坩埚塞(5)、高温加热区组件(6)及发射喷口(7)均处于超高真空环境中，所述高温加热区组件(6)将内部温度加热至1300～1600℃。
...【技术特征摘要】
1.一种导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：包括坩埚塞支撑套(2)、源炉坩埚(4)、坩埚塞(5)、高温加热区组件(6)及发射喷口(7)，其中源炉坩埚(4)的一端为储存原料的本体，所述本体固定在源炉腔体(3)内，所述源炉坩埚(4)的另一端为长颈段(14)；所述高温加热区组件(6)安装于源炉腔体(3)上，所述发射喷口(7)固定在高温加热区组件(6)的一端内部，所述长颈段(14)由源炉腔体(3)穿出、并由所述高温加热区组件(6)的另一端伸入至高温加热区组件(6)内部，所述长颈段(14)的外围套设有坩埚塞支撑套(2)，所述坩埚塞支撑套(2)的一端与动力源相连，通过所述动力源驱动沿轴向移动，所述坩埚塞支撑套(2)的另一端由高温加热区组件(6)的另一端伸入至高温加热区组件(6)内部；所述坩埚塞(5)位于高温加热区组件(6)的内部，所述坩埚塞(5)的一端插设于长颈段(14)内部，并卡在所述长颈段(14)出口位置设置的脖颈(12)处，所述坩埚塞(5)的另一端与坩埚塞支撑套(2)的另一端相连，随所述坩埚塞支撑套(2)在动力源的驱动下沿轴向移动，进而控制束流的大小及开闭；所述脖颈(12)上方的坩埚塞(5)上开设有供束流经过的通孔(11)，束流最终通过所述发射喷口(7)喷出。
2.根据权利要求1所述的导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：所述高温加热区组件(6)包括加热区壳体(8)、加热丝(9)、保温层(10)及支撑结构，所述加热区壳体(8)通过支撑结构安装于源炉腔体(3)上，所述加热区壳体(8)的内壁设有保温层(10)，所述保温层(10)与加热区壳体(8)之间缠绕有加热丝(9)。
3.根据权利要求1所述的导套内置型高温束源炉束流控制结构，其特征在于：所述长颈段(14)为中空圆柱，所述长颈段(14)的下端与本体固接或为一体...
【专利技术属性】
技术研发人员：张学锋，毕永生，赵崇凌，黄成，张学全，刘宗炜，邱伟，雷震霖，王启佳，佟雷，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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