[发明专利]一种用于薄金属的高温薄膜沉积的加热装置

说明书

本发明属于薄膜制备技术领域，具体为一种用于薄金属的高温薄膜沉积的加热装置。本发明重新设计了电极组单元；金属基带经过N个特殊设定的导电金属棒，被其支撑并与其良好接触，且导电金属棒不随金属基带的移动而滚动。导电金属棒与金属基带成线性接触导电，并对金属基带起支撑作用使其不发生形变，避免产生打火现象，保证了薄膜的后期应用。本发明适用于不同宽度厚度的单面金属基带的加热；并且升温速率高，温度分布均匀，能效高，同时可实现多层薄膜的连续制备。这些优势对于薄膜的工业化制备尤为重要，可以提高制备薄膜的质量，并降低成本。

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，具体为一种用于薄金属的高温薄膜沉积的加热装置。

背景技术

在薄膜制备领域中，为了实现薄膜的控制生长，进而达到控制薄膜物理化学性质的目的，通常需要给薄膜生长所附着的衬底加热。

在薄膜生长制备中，需要优越的反应室，为配合反应室设计，对反应环境的温度就要求更高，进而加热器也必须做出相应的改变。因腔体内气体反应对于温度有严格的要求，就要求研制出有温度均匀、升降温度迅速、稳定、可重复性好等特点的高性能薄膜沉积加热系统。即：具有快速升温到生长各层薄膜的生长温度；能控制加热器实现不同的设定温度，满足生长多层沉积膜的需要；具备良好的可重复性，使每次生长出来的材料具有相同的性质。

目前常见的加热方式有如下几种：(1)热传导式加热，通常采用电阻丝加热，即使用电阻较高的电阻丝，通以大电流，是电阻丝在短时间内产生大量的焦耳热，使得电阻丝的温度上升至1500～2000℃，然后使热量传导方式到衬底上。而这种的不足在于，它所加热的对象不能太大，以避免衬底和加热丝之间接触不良，从而导致衬底受热不均匀的现象。而且这种加热方式不利于连续带材薄膜的生长制备。(2)辐射式加热，即将衬底置于一个高温的发热体的辐照范围内，通过发热体所辐射的红外线等给衬底加热。这种加热方式对发热体的数量、空间分布等具有严格的要求，以保证衬底获得足够高且分布均匀的温度。但在实际应用中，这种加热器设计较难，且所需的空间较大。(3)感应式加热，即将导体置于高频的电磁场中，使导体内感应出通频率的电流，在该电流作用下产生热量来发热升温，这种加热方式的升温速率快，几秒就能使衬底表面的温度达到800～1000℃。而这种加热方式不足在于，对衬底加热，必须要求衬底是有一定厚度的导电体，且形状规则，电阻率分布均匀。此外，这种加热方式对感应电源也有很高的要求，并且要求装置设备具有好的电磁屏蔽，以防止对周围的电子设备及人体造成伤害。

上述加热方式各有优劣点，它们共同之处在于衬底升温所需的能量是有外部转移或者转换而来，但是在在转移或转换过程中，真正用于衬底升温所需的能量很少，大部分的能量被电阻丝或者电源本身浪费。当在宽、长的带状金属衬底上制备薄膜时，是不适合用上述(1)的加热方式的，特别是对于移动的金属衬底。而(2)的加热虽然可用于这样的宽、长的带状金属衬底的加热，但必须对加热源进行很好的设计才能保证温度沿金属衬底长度和宽度方向均匀分布，但这样的加热源通常是比较复杂的。采用(3)的加热方式进行加热金属基带时，则要求电场频率很高才能保证交变电场的趋肤深度限值在材料内部以提高能效。在高频下，真空腔体内很容易产生高频电场的耦合而激发起等离子体，使得感应加热和等离子体同时发生，这对生长温度的精确控制是不利的。

在对带状金属衬底基带进行加热时，与上述的常用加热方式相比，通过在金属衬底基带内引入电流，利用金属基带自身的电阻来发热时，装置更为简单且能效更高。目前，已有相关专利(CN106521457A)采用类似的方式来对金属衬底进行加热。但此专利中会由于是采用电极片两排放置，而金属衬底基带多为柔性带材，在沉积宽的薄膜时由于金属衬底基带过宽而向内弯曲，且会因此而导致金属衬底基带边缘与电极接触不良导致的放电现象，故不利于宽的金属衬底基带的薄膜生长制备。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决通电自加热金属基带制备薄膜时，宽度较大且厚度较薄的金属基带会发生形变或者扭曲，从而引起电极与基带接触不良而打火，从而无法后期使用的问题。本发明提供了一种用于薄金属的高温薄膜沉积的加热装置。