[发明专利]电子束加热蒸发方法与装置及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及真空镀膜/沉积材料领域，特别是涉及一种蒸发具有较高熔点粉末状材料，以及可以精确控制蒸发速率和薄膜厚度的电子束加热蒸发方法与装置及用途。

背景技术

现有真空镀膜/沉积设备的热蒸发装置，目前常用的主要有电阻式热蒸发和电子束加热蒸发两种方式。其中电阻式蒸发装置使用低压大电流电源直接驱动电热转换器件，电热转换器件主要包括舟蒸发器和电阻丝两种。舟蒸发器采用高熔点金属如钨、钼等用冲压或者其它机械加工方法制成各种形状的舟蒸发器，舟蒸发器的两端与低压大电流电源相连，使用时通以电流，靠舟蒸发器自身的电阻使舟体发热蒸发舟内源材料，使之沉积在样品上；电阻丝是把电阻丝绕卷成螺旋状或其他形状，两端与低压大电流电源相连，待蒸发源材料通常是丝状或者片状搭挂在电阻丝上，通过向电阻丝通以大电流使其发热把待蒸发原材料熔融蒸发。电子束加热的蒸发源一般设计为e型电子枪或者直型电子枪结构。e型电子枪由电子发射源(通常用钨材料的热阴极作为发射源)、电子加速部件、坩埚、偏转磁场、冷却水套、真空环境及控制电源等部分组成。待蒸发膜料放入水冷坩锅中，电子由电子发射源发出通过加速场形成具有一定能量的束流，利用磁场使电子束流聚焦和偏转，对膜料进行轰击加热，使其熔融蒸发，从而实现真空镀膜。

电阻式热蒸发的缺点是发热功率利用率低，最主要是蒸发速率难以控制等；尤其使用舟蒸发器蒸发金属材料时，由于蒸发器与蒸发材料构成电阻并联，蒸发材料受到不确定电阻关系的限制，蒸发速率难以控制，另外在舟体与蒸发材料接触处会形成合金材料，降低舟的熔点，增加舟的脆性，同时蒸发材料也难保持原有的纯度。也有改进方案是采用钨丝环绕石英坩埚的加热方式，但是受石英熔点的限制，蒸发源材料的使用范围受到了一定限制。

电子束加热方式中，在保持坩埚水冷的情况下，用高能电子束轰击加热膜材可以在局部达到极高的温度，达到蒸发高熔点金属和其他难溶材料的目的，而且蒸发速率可控。但是电子束蒸发需要强磁场、高精度电子枪和大功率直流高压电源，设备投入成本高，其电源控制系统精密复杂，操作技术也要求较高。

发明内容

本发明的目的旨在克服了现有技术中的缺陷，而提供一种真空镀膜/沉积用的新型电子束加热蒸发方法与装置及其用途。本发明将电子束蒸发的电子束源和电阻加热蒸发的蒸发器结合起来，吸取两种蒸发镀膜技术的优点，简化了实验装置，降低工耗，节省成本。

为实现上述目的，本发明公开了一种电子束加热蒸发方法。其特征在于：所述方法结合电子束加热蒸发和电阻加热蒸发两种蒸发方式，由高压直流电源为灯丝热阴极提供负偏压，使之与接地坩埚间形成强电场；另由低压交流电源为灯丝热阴极提供一个大小可调的工作电流，加热后的灯丝热阴极用以发射电子束；电子束束流在强电场作用下，高速轰击坩埚，将坩埚加热，用以蒸发镀膜材料。

本发明还公开了一种专用于上述电子束加热蒸发方法的装置，包括：灯丝热阴极、调制极、坩埚、冷却水套和电子光学系统电路，其特征在于：所述坩埚由导电支架支撑，其下方设有上开口的调制极；所述调制极外设有冷却水套，并在其内部设置灯丝热阴极。

本发明的电子束加热蒸发方法，可用于制备电致变色器件的氧化钨薄膜和氟化锂薄膜，及制备聚酰亚胺衬底柔性薄膜太阳电池金属镍薄膜材料。

本发明的优越性在于：本发明提出的真空镀膜/沉积用的电子束加热蒸发方法和装置，对常规的电子束加热方式的电子光学系统和电路控制系统进行了改进。改进后的蒸发装置通过精细调节灯丝电流和负偏压大小，可以精确控制蒸发速率及制备的薄膜厚度，可以蒸发高熔点粉末状材料。例如：可以制备用于电致变色器件的变色层三氧化钨WO₃薄膜和电解质层氟化锂LiF薄膜，制备的薄膜材料致密、电荷传输性能优良。当用于聚酰亚胺衬底柔性薄膜太阳电池镍阻挡层材料蒸发制备时，膜厚可以得到精确控制，且设备操作简单。

附图说明

图1：本发明的电子束加热蒸发装置的电子光学系统示意图；

图2：本发明的电子束加热蒸发装置的电子光学系统电路结构示意图；

图3：本发明的电子束加热蒸发装置的电子光学系统电路原理图。

具体实施方式