一種懸掛式加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高純度材料加熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其適用于薄膜生長的加熱系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種可將樣品懸掛加熱的加熱系統(tǒng)或者類似裝置，該系統(tǒng)具有加熱溫度高、加熱均勻、成膜均勻質(zhì)量高的特點(diǎn)。本發(fā)明涉及的加熱系統(tǒng)主要包括加熱部件、隔熱部件以及懸掛夾持部件。利用該系統(tǒng)可以對(duì)樣品進(jìn)行懸掛加熱，可最大程度的釋放由于高溫膨脹引發(fā)的形變，有利于生長出高質(zhì)量的薄膜材料。
【專利說明】一種懸掛式加熱系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高純度材料加熱處理用腔室，尤其適用于薄膜生長的襯底加熱腔室以及類似裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)需要使用大量功能各異的無機(jī)新材料或薄膜材料，這些功能材料必須是高純的，或者是在高純材料中有意地?fù)饺肽撤N雜質(zhì)形成的摻雜材料。為了得到這些高純度的產(chǎn)品，工藝界也發(fā)明了很多制備方法。其中，化學(xué)氣相淀積(CVD)是近幾十年發(fā)展起來的制備高純度材料的新技術(shù)?；瘜W(xué)氣相沉積法大多要求襯底具備一定的溫度，部分材料的制備甚至要求襯底溫度達(dá)到800°以上。因此加熱腔室成為此類設(shè)備中的一個(gè)重要組成成分。
[0003]目前來講，反應(yīng)器內(nèi)加熱方式可分成以下四類:
1.熱阻絲加熱方式
2.射頻(RF)感應(yīng)加熱方式
3.等離子增強(qiáng)(Plasma)加熱方式
4.光能加熱方式
其中，射頻感應(yīng)加熱方式在反應(yīng)器內(nèi)裝紅外線、紫外線加熱燈管來引入熱源，將只會(huì)對(duì)襯底或襯底的載具加熱，而不會(huì)對(duì)反應(yīng)腔的爐壁加熱，此類設(shè)計(jì)稱作“冷壁反應(yīng)器”(cold-wall reactors) 0然而，在一些的冷壁反應(yīng)器的系統(tǒng)中，還是會(huì)發(fā)生爐壁被加熱的情形，所以就必須借助冷卻爐壁(通入冷卻循環(huán)水)的方式來降低或避免在爐壁上反應(yīng)或沉積薄膜。反應(yīng)爐管的幾何形狀由反應(yīng)壓力和熱源供應(yīng)方式嚴(yán)格限制著，成為影響產(chǎn)量的一個(gè)重要因素。等離子增強(qiáng)加熱方式又由于其鍍膜時(shí)熱穩(wěn)定性的問題無法大量生產(chǎn)。光能加熱方式雖然使沉積薄膜在極低的溫度下進(jìn)行，但是它也受到低溫沉積薄膜所帶來的低密度及分子污染的困擾。
[0004]所以，目前主流的CVD加熱方式依然是熱阻絲加熱方式。熱阻絲加熱是一種在反應(yīng)腔室中可控性較強(qiáng)和性價(jià)比較高的加熱方式。實(shí)際使用中，熱阻絲主要采用三區(qū)加熱加熱板的方式，加熱板的溫度均勻性受到一定的限制，進(jìn)而導(dǎo)致鍍膜不均勻，影響成品質(zhì)量。因此，如何對(duì)襯底進(jìn)行持續(xù)均勻的加熱是生產(chǎn)中急需解決的核心問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)以上提到的問題，提出本發(fā)明。
[0006]本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種可將樣品懸掛加熱的加熱腔室、尤其是薄膜生長的襯底加熱系統(tǒng)的構(gòu)造方案，具有加熱溫度高、加熱均勻、成膜均勻質(zhì)量高的特點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明涉及的加熱系統(tǒng)，參考說明書附圖1，主要包括加熱部件(1-3)、隔熱部件(4-6)以及懸掛夾持部件(7-9)。
[0008]其中上述所述的加熱部件又包含:被加熱樣品(1)，即薄膜生長的襯底，如金屬銅或氮化硅等等；加熱板(2)采用耐高溫的鑰等材料；發(fā)熱熱阻(3)不采用常規(guī)的加熱絲，而采用鎢片或鑰片，以最大程度的提高加熱均勻性；被加熱樣品(I)、加熱板(2)、發(fā)熱熱阻
(3)三者緊密貼合。加熱部件至少還要包含三組導(dǎo)線、多組溫度控制器件。
[0009]上述的隔熱部件包括三層桶狀隔熱板(4-6)，其中兩層(4、5)采用鑰等耐高溫材料，最外層(6 )可采用不銹鋼材料以最大程度降低成本。
[0010]懸掛夾持器件包括:至少三組彈簧裝置(7)對(duì)加熱樣品(I)進(jìn)行支撐，使用懸掛支撐架(8)將加熱樣品(I)、加熱板(2)、發(fā)熱熱阻(3)進(jìn)行懸掛放置，懸掛放置方法可最大程度的釋放由于高溫膨脹引發(fā)的形變；固定裝置(9)用于支撐整個(gè)加熱腔體，并將其固定于法蘭板之上；或許還需要可用于將加熱腔體連接在外部設(shè)備的固定支架。
[0011]本發(fā)明的主要優(yōu)勢在于:
1.利用本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，可以將樣品懸掛加熱；
2.本發(fā)明涉及的加熱部件又包含加熱樣品、加熱板、發(fā)熱熱阻，三者緊密貼合，通過懸掛放置方法，可最大程度的釋放由于高溫膨脹引發(fā)的形變，有利于生長出高質(zhì)量的薄膜材料；
3.本發(fā)明涉及的發(fā)熱熱阻不采用常規(guī)的加熱絲，而采用鎢片或鑰片，以最大程度的提高加熱均勻性；
4.本發(fā)明涉及的隔熱部件包括三層桶狀隔熱板，逐層隔絕外界與加熱熱阻的熱能交換，使熱能達(dá)到最大利用。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1.本發(fā)明涉及的加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中:加熱樣品(I)、加熱板(2)、發(fā)熱熱阻
(3)、三層隔熱板(4-6)、彈簧支撐裝置(7)、懸掛支撐架(8)、固定裝置(9)。
[0013]圖2.本發(fā)明涉及的加熱系統(tǒng)的平面示意圖，其中:加熱樣品(I)、加熱板以及發(fā)熱熱阻(2)、三層隔熱板(3-5)。
[0014]圖3.可使用本發(fā)明加熱裝置的CVD薄膜生長原理示意圖，其中:加熱系統(tǒng)(1)，加熱系統(tǒng)電源(2 )，加熱系統(tǒng)懸掛裝置(3 )，反應(yīng)氣體質(zhì)量流量器(4 )。
[0015]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合說明書附圖3詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0016]一種CVD薄膜生長系統(tǒng)，包含:加熱系統(tǒng)(1)，加熱系統(tǒng)電源(2)，加熱系統(tǒng)懸掛裝置(3 )，以及反應(yīng)氣體質(zhì)量流量器(4 )。
[0017]加熱系統(tǒng)(I)又包含加熱樣品、加熱板、發(fā)熱熱阻三部分。其中被加熱樣品即薄膜生長襯底，例如Cu等；加熱板采用耐高溫的鑰等材料；發(fā)熱熱阻不采用常規(guī)的加熱絲，而采用鎢片或鑰片，以最大程度的提高加熱均勻性；被加熱樣品、加熱板、發(fā)熱熱阻三者緊密貼合。加熱部件至少還要包含三組導(dǎo)線、多組溫度控制器件。
[0018]加熱系統(tǒng)(I)通過電源(2)進(jìn)行升溫，將加熱板升溫至把薄膜生長所需的溫度。
[0019]加熱系統(tǒng)(I)通過懸掛裝置(3)懸掛固定在法蘭板上，懸掛裝置既可以最大程度的釋放由于高溫膨脹引發(fā)的形變，又可有效降低外部的震動(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成影響。
[0020]使用本發(fā)明加熱裝置可將襯底加熱至2000°C，并使襯底均勻受熱，不易產(chǎn)生形變，可生長出高質(zhì)量、均勻的薄膜材料。
【權(quán)利要求】
1.一種高純度材料加熱處理用腔室、尤其適用于薄膜生長的襯底加熱系統(tǒng)的構(gòu)造方案，具有加熱溫度高、加熱均勻、成膜均勻質(zhì)量高的特點(diǎn)，其特征在于:采用將樣品懸掛放置的方法，可最大程度的釋放由于高溫膨脹引發(fā)的形變，有利于生長出高質(zhì)量的薄膜材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于:至少包含加熱部件、隔熱部件、以及懸掛夾持部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱部件又進(jìn)一步包含:被加熱樣品、加熱板、以及發(fā)熱熱阻；被加熱樣品、加熱板、發(fā)熱熱阻三者緊密貼合；加熱部件至少還包含三組導(dǎo)線、以及多組溫度控制器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔熱部件又進(jìn)一步包括:至少三層桶狀隔熱板，其中內(nèi)兩層采用耐高溫材料鑰，最外層可采用不銹鋼材料以最大程度降低成本。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸掛夾持器件又進(jìn)一步包括:至少三組彈簧裝置對(duì)加熱樣品進(jìn)行支撐；一組懸掛支撐架將加熱部件懸掛放置；一組固定裝置用于支撐整個(gè)加熱腔體，并將其固定于法蘭板之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的被加熱樣品，即即薄膜生長的襯底，其特征在于:任何可用于薄膜生長的襯底，此類襯底包含:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、猛(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、硅(Si)、碳化硅(SiC)中的一 種或任意兩種以上的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)熱熱阻，其特征在于:不采用常規(guī)的加熱絲，而采用鎢片或鑰片，以最大程度的提高加熱均勻性。
【文檔編號(hào)】C23C16/46GK104178750SQ201310189320
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】董國材 申請(qǐng)人:常州碳維納米科技有限公司, 江南石墨烯研究院