[发明专利]一种高温反应器与显微镜联用系统

说明书

本发明提供一种高温反应器与显微镜联用系统，属于高温反应设备领域。该联用系统包括高温反应器和显微镜；高温反应器包括反应腔体和位于反应腔体内部的高温加热台；反应腔体由自下而上分布的腔底、腔身和腔盖组成；腔盖中央位置镶嵌有视窗盖板；显微镜位于视窗盖板的上方；高温加热台固定于腔底，位于视窗盖板正下方；反应腔体上分布有进气口、出气口和抽气口；高温加热台的受热方式为电阻加热或涡流加热或激光加热；高温加热台的测温采用热电偶或红外测温器实现。本发明具有体积小、能耗低、温区多和可视化的特点，尤其能增设电场或磁场条件，并通过显微镜对样品形貌进行实时原位观察。

技术领域

本发明提供一种高温反应器与显微镜联用系统，属于高温反应设备领域。

背景技术

压力和气氛可控的高温反应器主要分为两类，一类是热壁反应器（如马弗炉），另一类是冷壁反应器（如分子束外延设备）。热壁反应器是属于包裹型加热，即首先对工作区域周围的材料进行加热，再通过热传导、热对流和热辐射的形式将热量传递给工作区域。因此该类型反应器的体积和功率一般较大，且很难实现原位观察。冷壁反应器的加热装置体积和功率较小，主要通过电子束或激光对目标物质直接加热。但该类型的设备主要应用在超高真空环境，特别是分子束外延领域，但加热台只有一个。同时其为了在腔体上开孔加装具有标准接口的蒸发源(分子束蒸发源、金属蒸发源、碱金属蒸发源)、晶振仪、X射线光电子能谱分析仪（XPS）、角分辨光电子能谱（ARPES）、低能电子衍射（LEED）等原位监测装置，其腔体尺寸普遍较大，且呈球形或类球形。

专利（申请号：201920775701.0）设计了一种“冷壁化学气相沉积装置”。该装置中集中了1个“化学沉积反应区”、1个的“盛放固态源”的副腔体、1个“悬浮催化剂装置”。该专利设计的“化学沉积反应区”必须由“上加热器”和“下加热器”组成，其结构复杂，操作困难，不能实现原位观察；只有1个“化学沉积反应区”，是典型的单温区设计，不能满足多温区的实验要求；装置中置入了“副腔体”和“悬浮催化剂装置”，使其结构过于复杂、臃肿；“上加热器”和“悬浮催化剂装置”的“电机轴”直接固定于“上盖”，致使操作“上盖”时十分不便利，同时对“电机轴”与“上盖”间的密封也是一种挑战。类似的设计还涉及多项专利，申请号分别为：201710440556.6，201711296987.6，201810210266.7，201910397618.9。

专利（申请号：202010272658.3）设计了一种“微波等离子体化学气相沉积设备”。该设备需使用“微波等离子”，严重限制了其应用范围；“微波等离子”的引入须在“生长腔”上开孔安装磁控管和波导，导致设备体积很难小型化；“微波等立体”的引入致使“生长腔”内的加热台只能有1个，不能满足多温区实验的要求；“生长腔”上部安装的“光谱仪”用于“监测等离子体中含碳、氢、氮等组成成分···”，不能实现对所生长样品显微形貌的原位观察。

专利（申请号：201920851656 .2）设计了一种“小型高温加热台”。该装置没有设计进气口，只可在大气中或者真空状态下使用，一般只能用作热处理平台，不能实现特定气氛控制的反应；“加热片”只有1个，不能满足多温区实验的要求；“加热片”材质为“氮化硅”，严重限制了其它加热材料和加热方式的引入；“加热片”和“样品载台”皆无“隔温绝缘材料”的设计，使两者完全暴露于腔体空间，致使热量大量耗散，同时大大增加了将“样品载台”加热到高温的难度。

论文（稀有金属材料与工程,2012,41(011):2037-2040）中提及了一种“CVD沉积钽装置示意图”。装置中1个经电阻加热的“氯化腔”悬于1个经“可控硅涡流加热”的“钼基体”的正上方。该上下结构的设计使设备的组装、操作都较为复杂；“涡流加热”使“基体”的材质一般只能为金属，严重限制了非金属“基体”的使用；1个“钼基体”，即只有1个基体加热台，不能满足多温区反应的要求；不能实现原位观察。论文（材料导报,2005, 19(F11):78-80）中提及一种冷壁化学气相沉积装置，但该装置外形结构复杂，无隔热材料，只有一个加热台，不能实现原位观察。