專利名稱：電子束蒸發(fā)源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種薄膜制備裝置，特別是一種電子束蒸發(fā)設(shè)備中的具有分子束
外延功能的超高真空電子束蒸發(fā)源裝置。
背景技術(shù)：
薄膜技術(shù)在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，特別在電子材料、磁性材料與元器件工業(yè)領(lǐng)域中占有極為重要的地位。因此，制備各種性能薄膜的方法最近幾十年中也得到飛躍發(fā)展。到現(xiàn)在為之，薄膜的制備方法已發(fā)展有物理氣相沉積(Physical V即or D印osition，PVD)，包括真空蒸發(fā)鍍膜法、濺射鍍膜法、離子鍍膜法和分子束外延生長等；化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor D印osition，CVD);氧化法；電鍍法；涂敷、沉淀法等。使用比較多的是物理氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法。 最近幾十年金屬超薄膜的研究已成為一個非?；钴S的領(lǐng)域。對薄膜的深入研究對薄膜的制備提出了越來越高的要求。濺射鍍膜法、氧化法、電鍍法等等無法精確控制生長速率。而電子束蒸發(fā)(典型的如MBE分子束外延)的生長方式能夠精確制備0. 1 10個單層原子層厚的金屬超薄膜。 目前，具有分子束外延功能的超高真空電子束蒸發(fā)源只有極少數(shù)幾個公司能夠生產(chǎn)，但其價格較為昂貴，而且整個設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制備上要求極其精細(xì)，導(dǎo)致成本極
高，需要十幾萬歐元。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有分子束外延功能的超高真空電子束蒸發(fā)源裝置。 技術(shù)方案本實(shí)用新型公開了一種電子束蒸發(fā)源裝置，包括帶有內(nèi)腔的殼體，冷凝管、第一絕緣件、第二絕緣件、離子束流收集器、用于固定蒸發(fā)材料的蒸發(fā)棒、兩個導(dǎo)體以及燈絲；所述殼體設(shè)有第一開口和第二開口 ，所述第一開口 、第二開口分別與所述第一絕緣件、第二絕緣件密封連接；所述離子束流收集器與第二絕緣件連接，且離子束流收集器外部嵌套有收集器外殼，所述第二絕緣件、離子束流收集器以及收集器外殼上設(shè)有射出離子束的通孔；所述蒸發(fā)棒以及兩個導(dǎo)體一側(cè)位于殼體的內(nèi)腔中，另一側(cè)伸出第一絕緣件；所述燈絲與兩根導(dǎo)體位于內(nèi)腔內(nèi)的一端連接；所述冷凝管與殼體緊密連接。 本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述殼體上設(shè)有與所述冷凝管形狀配合的凹槽，所述冷凝管穿過所述第一絕緣件，置于所述凹槽內(nèi)。由此可以確保冷凝管與殼體緊密接觸，有效的降低殼體的溫度。 本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述冷凝管包括外管和內(nèi)管；外管與所述殼體連接，內(nèi)管位于外管中，且內(nèi)管與外管固定連接的一端具有開口 ；內(nèi)管和外管的另一端敞開。冷卻水從內(nèi)管位于腔體外的一端進(jìn)入，從內(nèi)管與外管的連接端流到外管中，對殼體進(jìn)行冷卻，同時外管中的水經(jīng)由出水口流出。該設(shè)計(jì)精巧，利用一個水管的位置，進(jìn)行進(jìn)水和出水的過程，節(jié)約了內(nèi)部空間，同時提高了冷卻效率，還能起到支撐殼體的作用。 本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述收集器外殼上設(shè)有可將所述離子束流收集器以及收 集器外殼的通孔截?cái)嗟膿醢?，所述擋板與收集器外殼活動連接。有一控制所述擋板關(guān)閉的 控制桿；所述控制桿一端與擋板連接，另一端通過殼體的內(nèi)腔后伸出第一絕緣件。由此可以 在電子束蒸發(fā)源裝置外部實(shí)現(xiàn)對離子束的工作狀態(tài)的控制。 本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述燈絲環(huán)繞兩個導(dǎo)體一周后交錯連接在兩根鉬棒的端 部。由此可以防止在加熱的時候燈絲變形。 本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述殼體的第一開口與第一絕緣件之間設(shè)有第一銅墊塊， 所述殼體的第二開口與第二絕緣件之間設(shè)有第二銅墊塊。利用銅墊塊降低對絕緣件的熱輻 射。 本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述蒸發(fā)棒位于殼體內(nèi)腔內(nèi)的一端設(shè)有連接件；蒸發(fā)棒 與所述第一絕緣件以及第一銅墊塊接觸的部位設(shè)有絕緣層，絕緣層還起到穩(wěn)定蒸發(fā)棒的作 用。。蒸發(fā)棒位于殼體內(nèi)腔外的一端外部實(shí)現(xiàn)電路連接，通過該部件在熱電子陰極發(fā)射端和 樣品之間加千伏高壓，用來加速電子，增大轟擊電子動能，使的樣品頂端局部溫度很高。 本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述蒸發(fā)棒以及導(dǎo)體為鉬棒。 本實(shí)用新型中，優(yōu)選地，所述第一絕緣件、第二絕緣件為絕緣陶瓷材質(zhì)；所述殼體 為銅或銀。 本實(shí)用新型的基本原理是通過加熱燈絲，使之產(chǎn)生熱電子，在蒸發(fā)材料與燈絲間 加一可控高壓，高壓電子轟擊蒸發(fā)材料或蒸發(fā)材料容器，進(jìn)而使之升溫至蒸發(fā)溫度，由此產(chǎn) 生的原子束或原子團(tuán)通過超高真空的環(huán)境淀積到襯底表面，最終形成生長薄膜。這種方法 與其他方法相比較最突出的優(yōu)點(diǎn)是薄膜的生長可以由加熱燈絲的電流與高壓進(jìn)行精確控 制，可以到達(dá)O. 02單原子層每分鐘級別。 有益效果本實(shí)用新型提供了一種具有分子束外延功能的超高真空電子束蒸發(fā)源 裝置，符合國際規(guī)范技術(shù)指標(biāo)，但由于結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)使成本大大減低，簡化了加工與組裝工 藝，同時使用上完全與現(xiàn)有設(shè)備相同，且更加可靠且方便調(diào)節(jié)，降低其成本，同時使用上更 加可靠且方便調(diào)節(jié)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型做更進(jìn)一步的具體說明，本實(shí)用新型
的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚。


圖1為本實(shí)用新型外部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實(shí)用新型
圖1中A-A向剖視示意圖。 圖3為本實(shí)用新型冷凝管結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本實(shí)用新型殼體部分結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本實(shí)用新型第一絕緣件結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本實(shí)用新型第二絕緣件結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7為本實(shí)用新型離子束流收集器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8為本實(shí)用新型收集器外殼結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9為本實(shí)用新型中擋板結(jié)構(gòu)示意圖。
4[0027]
圖10為本實(shí)用新型第一銅墊塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為本實(shí)用新型第二銅墊塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為本實(shí)用新型兩個導(dǎo)體以及燈絲結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如
圖1和圖2所示，本實(shí)用新型公開了一種電子束蒸發(fā)源裝置，包括帶有內(nèi)腔的殼 體1，冷凝管2、第一絕緣件3如圖5所示、第二絕緣件4、離子束流收集器5、用于固定蒸發(fā) 材料的蒸發(fā)棒6、兩個導(dǎo)體7以及燈絲8。 所述殼體1設(shè)有第一開口 9和第二開口 10，所述第一開口 、第二開口分別與所述第 一絕緣件、第二絕緣件密封連接；所述離子束流收集器5與第二絕緣件4連接，且離子束流 收集器外部嵌套有收集器外殼11。 如圖6、圖7以及圖8所述第二絕緣件4、離子束流收集器5以及收集器外殼ll上 設(shè)有射出離子束的通孔25、26、27。 如圖2所示，所述蒸發(fā)棒6以及兩個導(dǎo)體一側(cè)位于殼體的內(nèi)腔中，另一側(cè)伸出第一 絕緣件3 ;所述燈絲8與兩根導(dǎo)體7位于內(nèi)腔內(nèi)的部分連接；所述冷凝管2與殼體1緊密連接。 如圖4所示，所述殼體1上設(shè)有與所述冷凝管形狀配合的凹槽12。所述冷凝管2 穿過所述第一絕緣件，置于所述凹槽內(nèi)。這樣冷卻水在水管中循環(huán)，利用銅熱傳導(dǎo)性能好的 優(yōu)勢使整個電子束蒸發(fā)源除鎢絲和樣品外的部件保持較低的溫度。殼體1上還有三條窄凹 槽la、lb，其中一個用于放置連接離子收集器的導(dǎo)線，另一個留作備用。窄凹槽lc用于放置 關(guān)閉擋板的控制桿16。如
圖1所示，控制所述擋板關(guān)閉的控制桿16(圖中未示出)。所述 控制桿一端與擋板15連接，另一端通過殼體的內(nèi)腔后伸出第一絕緣件。通過旋轉(zhuǎn)金屬控制 桿帶動擋板的轉(zhuǎn)動，從而可以實(shí)現(xiàn)薄膜生長的瞬間停止。 如圖3所示，所述冷凝管2包括外管13和內(nèi)管14 ;外管與所述殼體連接，內(nèi)管位于 外管中，且內(nèi)管與外管固定連接的一端具有開口 15;內(nèi)管和外管的另一端敞開。在敞開部 分，內(nèi)管有進(jìn)水口 23，外管嵌套有連接管21，連接管上設(shè)有出水口 22，連接管與內(nèi)管之間設(shè) 有擋塊24。水從內(nèi)管流入，受外管壁端口的阻礙從內(nèi)外管壁之間流出，實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)， 水流方向如圖中箭頭所示。 如
圖1和圖8所示，所述收集器外殼11上設(shè)有可將所述離子束流收集器以及收集 器外殼的通孔截?cái)嗟膿醢?5如圖9所示，所述擋板與收集器外殼活動連接。 如
圖12所示，所述燈絲8環(huán)繞兩個導(dǎo)體7 —周后交錯連接在導(dǎo)體的端部。燈絲為 直徑O. 13mm，長度42mm的鴇絲，通過點(diǎn)焊與導(dǎo)體連接。 所述殼體的第一開口 9與第一絕緣件3之間設(shè)有如
圖10所示的第一銅墊塊17，所 述殼體的第二開口 10與第二絕緣件4之間設(shè)有如
圖11所示的第二銅墊塊18。第一絕緣件 3、第二絕緣件4、第一銅墊塊17和第二銅墊塊18上設(shè)有若干通孔，分別用于放置連接離子 收集器的導(dǎo)線、關(guān)閉擋板的控制桿16，還有一個留作備用。 如圖2所示所述蒸發(fā)棒位于殼體內(nèi)腔內(nèi)的一端設(shè)有連接件19。連接件19作用是 連接坩堝(可選部件)和蒸發(fā)棒。因?yàn)椴煌脑床牧峡赡苄枰鼡Q坩堝，如果源材料是棒 狀的就可以不用坩堝直接用連接件連在蒸發(fā)棒上。蒸發(fā)棒與所述第一絕緣件以及第一銅墊塊接觸的部位設(shè)有絕緣層20。 本實(shí)用新型中所述蒸發(fā)棒6以及導(dǎo)體7為鉬棒。導(dǎo)體7用于固定燈絲及與外部實(shí) 現(xiàn)電路連接，尺寸均為直徑lmm，長度120mm。 所述第一絕緣件、第二絕緣件為絕緣陶瓷材質(zhì)；所述殼體為銅或銀材質(zhì)。收集器外 殼ll為不銹鋼材質(zhì)。 所述第一絕緣件絕緣加高壓的金屬蒸發(fā)棒和接地的銅腔體，同時起固定用于燈絲 連接的鉬棒及支撐蒸發(fā)材料的鉬棒。 所述第二絕緣件絕緣接地的銅腔體和電流檢測用蒸發(fā)源離子束流收集器，同時固 定用于燈絲連接的鉬棒及支撐離子束流收集器。 所述離子束流收集器用于收集蒸發(fā)時由電子對蒸發(fā)源原子離化所產(chǎn)生的離子束 流，以達(dá)到對蒸發(fā)速率檢測及控制的目的。所述收集器外殼用于固定擋板以及對蒸發(fā)源進(jìn) 行準(zhǔn)直。 實(shí)施例 更具體地說，本實(shí)用新型實(shí)施時，將所述電子束蒸發(fā)源裝置與多口法蘭超高真空 連接的，在多口法蘭上安裝超高真空多管腳電子導(dǎo)線連接器、用于給被蒸發(fā)材料的高電壓 連接超高真空高電壓導(dǎo)線連接器、冷卻水進(jìn)出口即連接管、與控制桿16相連接的控制關(guān)閉 擋板的旋轉(zhuǎn)裝置。殼體的前端固定的具有中孔的不銹鋼收集器外殼和離子束流收集器，兩 塊絕緣陶瓷蓋裝在柱形殼體的兩端，絕緣陶瓷的兩端蓋的中央部位設(shè)有多個穿孔，從穿孔 通過提供高電壓的金屬棒和連接加熱燈絲的鉬棒導(dǎo)線，蒸發(fā)棒的前端連接源金屬棒(被蒸 發(fā)的源材料)或連接盛有源材料的鎢、鉬坩堝28，如圖2所示。絕緣陶瓷蓋的邊緣設(shè)有穿 孔，從邊緣穿孔通過冷凝管，冷凝管與殼體進(jìn)行熱接觸，冷凝管作為支撐管將蒸發(fā)源內(nèi)部部 件接至多口法蘭上的一個法蘭端口 。殼體陶瓷絕緣端蓋上開有螺孔，冷凝管與殼體的連接 均可以通過銀焊的方式進(jìn)行。 具有中孔的收集器外殼的中孔軸線處設(shè)有擋板，用于對蒸發(fā)出的束流進(jìn)行控制。 本實(shí)施例中，多口法蘭由5個1. 33英寸端口和一個可旋轉(zhuǎn)2. 75英寸端口組成，其 中2. 75英寸端口用于與真空設(shè)備連接，1. 33英寸端口用于連接超高真空旋轉(zhuǎn)控制器、超高 真空多管腳電子導(dǎo)線連接器、超高真空高壓導(dǎo)線連接器與冷卻水進(jìn)出口即連接套，本組件 采用商業(yè)化產(chǎn)品。 本實(shí)施例中，超高真空旋轉(zhuǎn)控制器用于真空外控制蒸發(fā)源的開關(guān)，本組件采用商 業(yè)化產(chǎn)品。 本實(shí)施例中，超高真空多管腳電子導(dǎo)線連接器(不少于5個管腳)其中2個管腳 用于連接加熱燈絲的電流引線；2個管腳用于連接測量蒸發(fā)源內(nèi)部溫度的熱電偶；l個管腳 用于連接測量發(fā)映蒸發(fā)源速度的離子束流，本組件采用商業(yè)化產(chǎn)品。 本實(shí)施例中，超高真空高電壓導(dǎo)線連接器用于給被蒸發(fā)材料的高電壓連接，本組 件采用商業(yè)化產(chǎn)品。 本實(shí)施例中，對于蒸發(fā)溫度高于溶點(diǎn)的材料，則根據(jù)源材料的匹配性可選用Mo或
W坩堝，對于此類蒸發(fā)材料，要求蒸發(fā)源向上或斜向上安裝在蒸發(fā)棒的連接件上。 本實(shí)施例中，可以選配熱偶測溫儀用于測量實(shí)驗(yàn)過程中腔體的溫度。 本實(shí)施例中，可以選配超高真空直線伸縮器，對于蒸發(fā)溫度低于溶點(diǎn)的材料，建議使用直徑為2-4mm、長度約為25mm的高純度棒材，以最大程度降低交叉污染；同時超高真空 直線伸縮器可以調(diào)節(jié)棒材與燈絲的距離，使得蒸發(fā)過程中棒材變短后能維持相同的蒸發(fā)條 件。 本實(shí)用新型提供了一種電子束蒸發(fā)源裝置的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的 方法和途徑很多，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些 改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部份均可用現(xiàn)有 技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求一種電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，包括帶有內(nèi)腔的殼體(1)，冷凝管(2)、第一絕緣件(3)、第二絕緣件(4)、離子束流收集器(5)、用于固定蒸發(fā)材料的蒸發(fā)棒(6)、兩個導(dǎo)體(7)以及燈絲(8)；所述殼體(1)設(shè)有第一開口(9)和第二開口(10)，所述第一開口、第二開口分別與所述第一絕緣件、第二絕緣件密封連接；所述離子束流收集器(5)與第二絕緣件(4)連接，且離子束流收集器外部嵌套有收集器外殼(11)，所述第二絕緣件、離子束流收集器以及收集器外殼上設(shè)有射出離子束的通孔；所述蒸發(fā)棒以及兩個導(dǎo)體一側(cè)位于殼體的內(nèi)腔中，另一側(cè)伸出第一絕緣件(3)；所述燈絲(8)與兩根導(dǎo)體(7)位于內(nèi)腔內(nèi)的一端連接；所述冷凝管(2)與殼體(1)緊密連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，所述殼體(1)上設(shè)有與所述冷凝管形狀配合的凹槽(12)，所述冷凝管(2)穿過所述第一絕緣件，置于所述凹槽內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，所述冷凝管(2)包括外管(13)和內(nèi)管(14);外管與所述殼體連接，內(nèi)管位于外管中，且內(nèi)管與外管固定連接的一端具有開口 (15);內(nèi)管和外管的另一端敞開。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，所述收集器外殼(11)上設(shè)有可將所述離子束流收集器以及收集器外殼的通孔截?cái)嗟膿醢?15)，所述擋板與收集器外殼活動連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，包括一控制所述擋板關(guān)閉的控制桿(16);所述控制桿一端與擋板(15)連接，另一端通過殼體的內(nèi)腔后伸出第一絕緣件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，所述燈絲(8)環(huán)繞兩個導(dǎo)體(7) —周后交錯連接在導(dǎo)體的端部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，所述殼體的第一開口 (9)與第一絕緣件(3)之間設(shè)有第一銅墊塊(17)，所述殼體的第二開口 (10)與第二絕緣件(4)之間設(shè)有第二銅墊塊(18)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)棒位于殼體內(nèi)腔內(nèi)的一端設(shè)有連接件(19);蒸發(fā)棒與所述第一絕緣件以及第一銅墊塊接觸的部位設(shè)有絕緣層(20)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)棒(6)以及導(dǎo)體(7)為鉬棒。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束蒸發(fā)源裝置，其特征在于，所述第一絕緣件、第二絕緣件為絕緣陶瓷材質(zhì)；所述殼體為銅或銀材質(zhì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電子束蒸發(fā)源裝置，包括帶有內(nèi)腔的殼體，冷凝管、第一絕緣件、第二絕緣件、離子束流收集器、用于固定蒸發(fā)材料的蒸發(fā)棒、兩個導(dǎo)體以及燈絲；所述殼體設(shè)有第一開口和第二開口，所述第一開口、第二開口分別與所述第一絕緣件、第二絕緣件密封連接；所述離子束流收集器與第二絕緣件連接，且離子束流收集器外部嵌套有收集器外殼，所述第二絕緣件、離子束流收集器以及收集器外殼上設(shè)有射出離子束的通孔；所述蒸發(fā)棒以及兩個導(dǎo)體一側(cè)位于殼體的內(nèi)腔中，另一側(cè)伸出第一絕緣件；所述燈絲與兩根導(dǎo)體位于內(nèi)腔內(nèi)的一端連接；所述冷凝管與殼體緊密連接。本實(shí)用新型符合國際規(guī)范技術(shù)指標(biāo)，簡化了加工與組裝工藝，降低了成本。
文檔編號C23C14/30GK201495280SQ20092023377
公開日2010年6月2日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者丁海峰 申請人:丁海峰