克努曾箱蒸發(fā)源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種蒸發(fā)源裝置，尤其涉及一種分子束外延生長的蒸發(fā)源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 分子束外延生長是一種新型、精確可控的薄膜生長技術(shù)，在KT8Pa超高真空以下 以0.rinm/s量級的慢沉積速率蒸發(fā)鍍膜，超高真空腔體中，蒸發(fā)源加熱相應(yīng)的元素將蒸發(fā) 出的分子蒸鍍到襯底上。分子束外延生長可以精確控制薄膜組分與薄膜厚度，在低維量子 強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系，高溫超導(dǎo)，新型半導(dǎo)體材料，超晶格新型器件等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。 蒸發(fā)源的精度嚴(yán)重影響著分子束外延生長系統(tǒng)的精度。而溫度的控制與保持是影響蒸發(fā) 源精度的重要因素，因而一種可以精確地對溫度控制與保持的加熱系統(tǒng)具有十分積極的意 義。
[0003]另一方面，分子束外延生長系統(tǒng)中通常有多個(gè)裝有不同元素的蒸發(fā)源，通過精確 地控制蒸發(fā)源擋板的開關(guān)時(shí)間可以在保持蒸發(fā)源熱平衡的情況下精確地控制某一元素的 蒸發(fā)時(shí)間與生長系統(tǒng)中達(dá)到襯底的元素流，利用擋板周期性的開關(guān)可以生長可控制層厚的 超晶格結(jié)構(gòu)，在制造微波器件，高溫超導(dǎo)材料等領(lǐng)域具有廣闊的前景。因而一種可以精確高 效并且便捷的地控制擋板的系統(tǒng)具有十分重要的意義。
[0004] 克努曾箱（KnudsonCell)蒸發(fā)源是一種高精度的分子束外延生長系統(tǒng)蒸發(fā)源，箱 前有小口供分子束出射，使用過程中，箱內(nèi)保持準(zhǔn)平衡態(tài)，使分子束的組分與流量不變，箱 前有擋板控制蒸發(fā)時(shí)間，但是其溫度的控制與保持、擋板的控制卻一直制約著其精度的提 高。在克努曾箱蒸發(fā)源的啟動(dòng)開始階段，低溫區(qū)間內(nèi)，其溫度劇烈變化不能穩(wěn)定，溫度漂移 大。啟動(dòng)一段時(shí)間后，進(jìn)入高溫區(qū)間，雖然其溫度漂移將變小，但整個(gè)過程都存在，這是由于 系統(tǒng)工作過程中箱內(nèi)準(zhǔn)熱平衡不能很好地保持造成的。另外，在停止加熱時(shí)，由于熱輻射與 熱傳導(dǎo)，系統(tǒng)溫度下降過快。通過對現(xiàn)有克努曾箱蒸發(fā)源的測試與分析，發(fā)現(xiàn)其加熱方式， 加熱絲的選取與構(gòu)造，熱輻射的屏蔽與否均是產(chǎn)生溫度誤差的主要原因，而擋板部件的設(shè) 計(jì)也無法達(dá)到高效、精確、便捷的要求。
[0005] 例如德國CreaTecFischer&Co.GmbH公司與MBEComponents公司的克努曾箱蒸 發(fā)源設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)采用的加熱方式為鎢絲或鉭絲直接繞于坩堝表面熱輻射加熱，但其加熱 絲呈直角彎折，易斷裂。兩種設(shè)計(jì)的擋板裝置均是采用磁力桿手動(dòng)開關(guān)，不能夠電動(dòng)操控， 費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精確控制與遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)控制。兩種設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中均有較大 的問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 有鑒于此，探索新的克努曾箱蒸發(fā)源裝置，特別是一種具有穩(wěn)定加熱功能的克努 曾箱蒸發(fā)源裝置具有十分重要的意義。
[0007]-種克努曾箱蒸發(fā)源，其包括：一坩堝、一固定架以及一加熱絲結(jié)構(gòu)。所述固定架 為籠狀結(jié)構(gòu)，環(huán)繞所述坩堝設(shè)置，所述加熱絲通過所述固定架固定，并等間隔螺旋環(huán)繞所述 坩堝設(shè)置。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所提供的克努曾箱蒸發(fā)源裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0009] 1、加熱絲等間隔螺旋纏繞，解決了現(xiàn)有技術(shù)對坩堝加熱不均勻的缺點(diǎn)。
[0010] 2、加熱絲使用支架支撐，整體彎折較小，不易斷裂且形狀固定，重復(fù)使用狀態(tài)穩(wěn) 定，加熱至高溫后加熱絲變軟也不會(huì)發(fā)生形變而引發(fā)短路、加熱效率低、加熱不均勻等問 題。
[0011] 3、采用熱輻射加熱，加熱效率高，加熱快且最高溫度達(dá)1650 °C。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的克努曾箱蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2為應(yīng)用本實(shí)用新型第一實(shí)施例的克努曾箱蒸發(fā)源的爆破結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖3為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的克努曾箱蒸發(fā)源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖4為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的克努曾箱蒸發(fā)源裝置的爆破結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 主要元件符號說明
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種克努曾箱蒸發(fā)源，其包括：一坩堝、一固定架以及一加熱絲結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述固定架為籠狀結(jié)構(gòu)，環(huán)繞所述坩堝設(shè)置，所述加熱絲通過所述固定架固定，并等間隔螺 旋環(huán)繞所述坩堝設(shè)置。
2. 如權(quán)利要求1所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，所述固定架包括一第一絕熱支 撐板、一第二絕熱支撐板以及多個(gè)絕熱支撐桿，所述多個(gè)絕熱支撐桿間隔設(shè)置，并固定于所 述第一絕熱支撐板與所述第二絕熱支撐板之間，圍成一個(gè)收納空間。
3. 如權(quán)利要求2所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，所述第一絕熱支撐板具有一通 孔，所述坩堝穿過該通孔設(shè)置于所述收納空間。
4. 如權(quán)利要求3所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，其特征在于，所述多個(gè)絕緣支撐 桿圍繞所述坩堝對稱設(shè)置。
5. 如權(quán)利要求3所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，所述坩堝具有一開口，以及一材 料收納部，所述材料收納部設(shè)置于所述收納空間。
6. 如權(quán)利要求3所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，所述加熱絲結(jié)構(gòu)環(huán)繞所述多個(gè) 絕熱支撐桿形成所述螺旋結(jié)構(gòu)，該螺旋結(jié)構(gòu)通過所述多個(gè)絕熱支撐桿支撐。
7. 如權(quán)利要求6所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，所述多個(gè)絕緣支撐桿中的每個(gè) 絕緣支撐桿都具有等間隔設(shè)置的多個(gè)通孔，所述加熱絲等間隔螺旋環(huán)繞所述多個(gè)絕緣支撐 桿并穿過所述多個(gè)通孔固定。
8. 如權(quán)利要求2所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，所述固定架的材料為Al 203。
9. 如權(quán)利要求1所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，所述加熱絲結(jié)構(gòu)為鉭絲或鎢絲。
10. 如權(quán)利要求1所述的克努曾箱蒸發(fā)源，其特征在于，所述加熱絲結(jié)構(gòu)由多個(gè)加熱絲 串聯(lián)或并聯(lián)組成。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種克努曾箱蒸發(fā)源，其包括：一加熱裝置，用以加熱裝載于坩堝內(nèi)的源材料；及一電動(dòng)擋板裝置，用以控制蒸發(fā)源的開放與遮擋狀態(tài)。本實(shí)用新型通過設(shè)置一加熱裝置可在坩堝處形成一均勻而穩(wěn)定的溫度分布，實(shí)現(xiàn)了蒸發(fā)源高精度的溫度穩(wěn)定與控制，溫度最高可達(dá)1650℃。本實(shí)用新型通過設(shè)置一電動(dòng)擋板裝置，可通過一微小電流脈沖快速高效地控制擋板的開關(guān)狀態(tài)，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程操控。
【IPC分類】C30B25-02
【公開號】CN204550788
【申請?zhí)枴緾N201520105258
【發(fā)明人】胡小鵬, 薛其坤, 陳曦, 康志新, 李魯新
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年2月13日