[发明专利]一种低温真空蒸发源

说明书

技术领域

本发明涉及真空设备领域，特别是一种低温真空蒸发源设备。

背景技术

镀膜技术是最初起源于20世纪30年代，直到70年代后期得到较大发展。20世纪60年代，为了满足微波和光学器件的要求，人们一直希望得到高质量的低维材料。分子束外延(MBE)作为一种能够提供更高质量的薄膜生长的方法应运而生。MBE是一种在超高真空的环境下(10-8pa)下外延生长高质量单品薄膜和纳米结构生长技术。其过程为加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体(称为衬底或基片) 表面，沉积的原子(分子)经过成核、扩散、合并，相互反映以及和衬底表面的相互作用，最后凝结形成固态薄膜。

MBE技术是由美国贝尔实验室在20世纪60年代末发展起来的。MBE的发明推动了以超薄层微结构材料为基础的半导体器件的发展，扩展了半导体科学的领域，并在之后广泛应用在金属，绝缘体和超导材料的生长中，在基础研究和工业生产中发挥了巨大的作用。为实现完美的分子束外延生长，蒸发装置显得尤其重要，它直接影响分子束流的稳定性，均匀性，材料的高纯度，表面平整性。在分子束外延设备中，我国最弱的就是蒸发源设备。目前，我国的蒸发源设备蒸发源温度一般在250-2000℃之间，可蒸发铁、铬、镍等金属，对于某些金属化合物和有机物很难蒸发，例如AS、Sb、Ba、Bi、K、Li、Mg等，这些物质的蒸发或升华温度都低于1000℃，当前的蒸发设备不能实现完美的降温效果,对于特殊物质的镀膜技术难以实现。本人研究的低温真空蒸发源结构简单，操作方便，可控性强，可以用来蒸发蒸气压较高的碱金属和有机材料，蒸发温度可控制在80-1000℃，适合蒸发材料沉积在小样本表面分析系统中。

低温真空蒸发源的原理如下：加热灯丝接入电源通电，通过热辐射对坩埚加热，当温度到达坩埚内膜材的蒸发温度时，膜材蒸发，喷射出的分子或原子入射到对面的衬底上形成薄膜，灯丝外的屏蔽罩防止热辐射，同时屏蔽罩外的冷却罩对系统降温，两者形成相互制衡的作用，当达到一个平衡点时使温度保持恒定。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种适用于大多数特高压系统，可蒸发金属化合物、碱金属和有机材料，并具有良好的温度稳定性、可控性和再现性，可控温度为80-1000℃的低温真空蒸发源。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

一种低温真空蒸发源，包括：加热系统、冷却系统、测温系统、控制系统、连接组件；

加热系统包括：

电极端口、加热灯丝、屏蔽罩、坩埚、固定环、底片和电极连接件；

其中，加热灯丝与多个固定环围成中空筒状加热芯，屏蔽罩罩于加热芯外部，坩埚嵌入于加热芯顶部，底片固定于加热芯底端，加热灯丝伸出的供电接头通过电极连接件与电极端口伸出的供电线连接；

冷却系统包括：

冷却罩、进水管、出水管、进水管接头和出水管接头；

冷却罩罩置于屏蔽罩外部，冷却罩本体为内外两层罩壁之间带有密闭柱形腔的带腔罩体；

其中，进水管一端伸入于与冷却罩的柱形腔的入口位置，另一端与进水管接头连接；出水管一端伸入于却罩的柱形腔的出口位置，另一端与出水管接头连接；

测温系统包括：

电偶丝和热电偶测温器接入口；

电偶丝一端穿过底片上预设的小孔置于坩埚底端1-3mm处，一端用螺栓与热电偶测温器接入口连接；

控制系统包括：

旋转挡板和波纹管旋转导入器；

旋转导入器穿过冷却罩，且其顶端超出冷却罩顶端5-10mm，旋转挡板用螺母固定在回转杆上距冷却罩顶端3-6mm；

连接组件包括：

法兰、固定片、陶瓷绝缘管和螺纹调节杆；

法兰一侧焊接进水管接口、出水管接口、电极端口、热电偶测温器接口、旋转导入器，其余上述部件均设置于法兰的另一侧；

螺纹调节杆一端焊接在法兰上，一端焊接在冷却罩上，通过微角度调节螺纹杆实现对法兰和冷却罩的同轴位置；绝缘管套在电偶丝和灯丝外部；

其中，电极端口伸出的两条供电线之间设置有用于保持间距并限位的固定片；

进水管一端伸入于与冷却罩的柱形腔的入口位置3-5mm；出水管一端伸入于却罩的柱形腔的出口位置3-5mm；

屏蔽罩为两层Ta片做成的屏蔽罩。