專利名稱：一種用于激光分子束外延設(shè)備中的襯底加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種外延設(shè)備中的襯底加熱器，特別涉及一種用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器。
背景技術(shù)：
激光分子束外延是二十世紀(jì)九十年代出現(xiàn)的一種新型高精密制膜設(shè)備，例如參考文獻(xiàn)1《中國科學(xué)》，A，Vol.28，260(1998)，要制備高質(zhì)量的外延薄膜材料，一般外延襯底必須具有一定的溫度，尤其是一些成核溫度要求比較高的材料，其襯底溫度需要加熱到800℃-1000℃。對于能原子尺度控制層狀外延生長的激光分子束外延，一般工作在高真空甚至超高真空條件下，此時氣體對流的熱傳導(dǎo)幾乎沒有，襯底的溫度主要靠加熱體的熱輻射而獲得，因此在襯底溫度達(dá)到幾百度后，其加熱的效率不到40％，換句話說，襯底的溫度達(dá)不到加熱體溫度的40％，在高真空和超高真空條件下，要獲得900℃以上的襯底溫度還是比較困難的。因此有人采用激光加熱，激光加熱不僅設(shè)備復(fù)雜成本很高，而且難獲得較大面積的均勻加熱。也有人用電子束或射頻技術(shù)加熱，除了其成本高外，電子束或射頻會干擾激光分子束外延用于原位實(shí)時監(jiān)測的RHEED等儀器。本申請人持有的幾項(xiàng)用于制膜設(shè)備的不同類型加熱器的專利，例如中國專利號ZL93203399.7；ZL 94246584.9；ZL 95224595.7；ZL 00256624.9；但由于這些專利加熱器的結(jié)構(gòu)方式存在電磁干擾激光分子束外延的監(jiān)控儀器，因此也不適合用于激光分子束外延設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有的襯底加熱器在用于激光分子束外延時，存在加熱溫度不夠高，或干擾用于原位實(shí)時監(jiān)測的RHEED等儀器，直接影響激光分子束外延生長的不足；從而提供一種采用高絕熱爐體結(jié)構(gòu)和消磁場爐絲繞制的方式的、結(jié)構(gòu)簡單、成本低的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器包括爐盤1、爐絲5、爐絲引線6和加熱器的電源；還包括一塊片狀爐絲板2、隔熱板3、壓片4，所述的爐絲板2、隔熱板3、壓片4兩端均開有通孔，其通孔所開位置相對應(yīng)； 所述的爐盤1為開口的容器，在其底座上開有至少2個固定孔，固定孔中穿入螺釘7，該螺釘7在漏出底座上的一段上套有墊片或螺母8，在墊片或螺母8上放上隔熱板3，然后再在螺釘7上套墊片或螺母；所述的片狀爐絲板2的板面上開有繞爐絲5用的螺旋槽，爐絲5按螺旋槽纏繞在爐絲板2上；一塊壓片4壓放在纏繞好爐絲5的爐絲板2的上面，用螺釘7將壓片4與爐絲5的兩端一起套在螺釘上，通過螺母將壓片4、爐絲板2、隔熱板3固定在爐盤1上；在爐盤1和隔熱板3的對稱位置上各打2個圓孔，作為爐絲5的爐絲引線6的孔，爐絲引線6與爐絲5兩端連接，爐絲引線6與加熱器的電源電連接。
在上述的技術(shù)方案中，所述的爐盤1為圓形、方形的開口的容器。
在上述的技術(shù)方案中，所述的爐盤1、爐絲板2、隔熱板3均采用葉臘石材料做成，該葉臘石在1000℃-2000℃的溫度條件下退火5小時以上，使其放氣和陶瓷化。
在上述的技術(shù)方案中，所述的加熱器的電源為低紋波的直流穩(wěn)壓電源。
在上述的技術(shù)方案中，所述的爐絲板加工成厚度為2～4mm的圓形或矩形薄片，在爐絲板的兩面加工的螺旋槽，其螺旋槽深為0.5～1mm，其間隔為2～4mm。
在上述的技術(shù)方案中，所述的爐絲5為鉭絲或鉬絲，其爐絲5的直徑為0.5～1.5mm。
在上述的技術(shù)方案中，所述的壓片4為氮化硼材料制成的，其厚度為0.2～0.5、寬度為5～10mm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，采用高絕熱爐體結(jié)構(gòu)和消磁場爐絲繞制的方式，選用葉臘石材料做爐盤、隔熱板和爐絲板，不僅因?yàn)槿~臘石是一種耐高溫和具有不良導(dǎo)熱特性的材料，而且葉臘石可經(jīng)車、洗等機(jī)加工成形，得到所需要的形狀和結(jié)構(gòu)。用葉臘石材料加工的爐盤、隔熱板和爐絲板，經(jīng)過1000℃以上的高溫退火，變成具有一定強(qiáng)度的堅(jiān)硬陶瓷。因此，采用葉臘石材料做爐盤和隔熱板具有很好的絕熱性，減少熱損耗，使?fàn)t絲的熱量有效的集中輻射向襯底托和外延襯底，利于加熱襯底。
本發(fā)明的襯底加熱器，選用鉭或鉬絲做加熱絲，又采用螺旋盤繞在一個薄片形的爐絲板上，除了能加熱平板形的外延襯底外，主要是要盡量減少甚至能消除爐絲電流所產(chǎn)生磁場對監(jiān)控儀器RHEED的影響。把爐絲螺旋盤繞在爐絲板上，由于爐絲板很薄，螺旋盤繞的爐絲可近似為一個扁平的螺旋管，再加上加熱器選用低紋波的直流穩(wěn)壓電源，因而在加熱器表面所產(chǎn)生的磁場不僅非常弱而且很穩(wěn)定，解決加熱器電流對RHEED監(jiān)測影響的問題。
由于本發(fā)明的襯底加熱器，采取把氮化硼壓片壓在爐絲上，而防止了由于爐絲加熱變形，引起的加熱不均勻甚至與襯底相碰引起的短路。
本發(fā)明的襯底加熱器，用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱，不僅可把襯底溫度加熱到1000℃以上，而且其使用壽命能達(dá)到一年以上，收到非常好的效果。


圖1為本發(fā)明的襯底加熱器結(jié)構(gòu)示意面說明如下1-爐盤；2-爐絲板； 3-隔熱板；4-壓片；5-爐絲； 6-爐絲引線；7-螺釘；8-螺母。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地說明實(shí)施例1，參考圖1，制作一用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，用車工把葉臘石加工成一個外徑φ80mm，內(nèi)徑φ76mm，高20mm，臂厚2mm，開口的杯形容器做爐盤1，在爐盤1的圓底座上，其對稱位置上各打4個φ4.5mm的圓通孔。用車工把葉臘石加工成一個φ74mm，厚1.5mm的圓盤做隔熱板3。用車工把葉臘石加工成一個φ74mm，厚2.5mm的圓盤，并在兩個表面用洗工加工深1mm，間隔2mm的螺旋槽做爐絲板2；并在隔熱板3和爐絲板2上開4個φ4.5mm的圓通孔，通孔的位置與爐盤1圓底座上的圓通孔相對應(yīng)，作為用M4螺釘7的固定孔。在爐盤1和隔熱板3的對稱位置上各打2個φ2mm的圓孔，作為爐絲5的爐絲引線6的孔。把加工好的爐盤1、隔熱板3和爐絲板2放進(jìn)高溫爐，緩慢加熱到1300℃后，燒結(jié)10小時。然后把作為爐絲5的鉭絲螺旋盤繞在爐絲板(2)的刻槽內(nèi)，鉭絲的直徑為φ1mm；爐絲5的兩端留長一點(diǎn)做爐絲引線6。選用一片厚0.5mm，寬10mm的氮化硼片做壓片4。用長30mm的M4不銹鋼螺釘做螺釘7，用M4不銹鋼螺母做螺母8，按附圖連接固定，壓片4兩端也有通孔，其通孔的位置與爐絲板2上通孔的位置相對應(yīng)，用螺釘7將壓片4與爐絲5的兩端一起套在螺釘上，通過螺母將壓片4、爐絲板2、隔熱板3固定在爐盤1上；在爐盤1和隔熱板3的對稱位置上各打2個圓孔，作為爐絲5的爐絲引線6的孔，爐絲引線6與爐絲5兩端連接，爐絲引線6與市售的低紋波的直流穩(wěn)壓電源電連接。
實(shí)施例2參考圖1，按實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)制作一用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其中不同之處在于爐盤1的外徑為50mm，內(nèi)徑為46mm；隔熱板3和爐絲板2的直徑為φ44mm的圓盤，把加工好的爐盤1、隔熱板3和爐絲板2放進(jìn)高溫爐，緩慢加熱到1800℃后，燒結(jié)8小時。作為爐絲5的鉬絲螺旋盤繞在爐絲板2的螺旋槽內(nèi)，其螺旋槽深為0.5～1mm，螺旋槽間隔2mm。鉬絲的直徑為φ0.5mm。
實(shí)施例3參考圖1，按實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)制作一用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其中不同之處在于用車工把葉臘石加工成一個φ74mm，厚4mm的圓盤，并在兩個表面用洗工加工深1.5mm，間隔3mm的螺旋槽做爐絲板2。把加工好的爐盤1、隔熱板3和爐絲板2放進(jìn)高溫爐，緩慢加熱到2000℃后，燒結(jié)5小時。用φ1.5mm的鉭絲做爐絲5。
實(shí)施例4參考圖1，按實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)制作一用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其中不同之處在于用車工把葉臘石加工成一個50mm×50mm，厚3mm的方形板，并在兩個表面用洗工加工深0.5mm，間隔2.5mm的螺旋槽做爐絲板2，把加工好的爐盤1、隔熱板3和爐絲板2放進(jìn)高溫爐，緩慢加熱到1000℃后，燒結(jié)12小時。
權(quán)利要求
1.一種用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器包括爐盤(1)、爐絲(5)、爐絲引線(6)和加熱器的電源；其特征在于還包括一塊片狀爐絲板(2)、隔熱板(3)和壓片(4)，所述的爐絲板(2)、隔熱板(3)和壓片(4)；的兩端開有通孔，其通孔位置相對應(yīng)；所述的爐盤(1)為開口的容器，在其底座上開有至少2個固定孔；一螺釘(7)從爐盤(1)下底面穿出固定孔，該螺釘(7)漏出底座的一段上套有墊片或螺母(8)，在墊片或螺母(8)上放上隔熱板(3)，然后再在螺釘(7)上套墊片或螺母(8)；所述的片狀爐絲板(2)的板面上開有繞爐絲(5)用的螺旋槽，爐絲(5)按螺旋槽纏繞在爐絲板(2)上；一塊壓片(4)壓放在纏繞好爐絲(5)的爐絲板(2)的上面，用螺釘(7)將壓片(4)、爐絲(5)和隔熱板(3)的兩端一起套在螺釘上，通過螺母固定在爐盤(1)上；在爐盤(1)和隔熱板(3)的對稱位置上各打2個圓孔，作為爐絲(5)的爐絲引線(6)的孔，爐絲引線(6)與爐絲(5)兩端連接，爐絲引線(6)與加熱器的電源電連接。
2.按權(quán)利要求1所述的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其特征在于所述的爐盤(1)為圓形、方形的開口的容器。
3.按權(quán)利要求1所述的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其特征在于所述的爐盤(1)、爐絲板(2)、隔熱板(3)均采用葉臘石材料做成，該葉臘石在1000℃-2000℃的溫度條件下，至少退火5小時。
4.按權(quán)利要求1所述的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其特征在于所述的加熱器的電源為低紋波的直流穩(wěn)壓電源。
5.按權(quán)利要求1所述的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其特征在于所述的爐絲板(2)加工成厚度為2～4mm的圓形或矩形薄片，在爐絲板(2)的兩面加工螺旋槽，其螺旋槽深為0.5～1mm，其間隔為2～4mm。
6.按權(quán)利要求1所述的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其特征在于所述的爐絲(5)為鉭絲或鉬絲，其爐絲(5)的直徑為0.5～1.5mm。
7.按權(quán)利要求1所述的用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器，其特征在于所述的壓片(4)為氮化硼材料制成的，其厚度為0.2～0.5、寬度為5～10mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于激光分子束外延設(shè)備的襯底加熱器包括爐盤，在爐盤底上開有至少2個固定孔，固定孔中穿入螺釘，該螺釘在漏出底座上的一段上套有墊片或螺母，在其上放上隔熱板和墊片或螺母；爐絲板2兩端有通孔，和板面上開有螺旋槽，螺旋槽內(nèi)纏繞爐絲；壓片壓放在纏繞好爐絲上面，壓片兩端也有通孔，其通孔的位置與爐絲板上通孔的位置相對應(yīng)，通過螺母將壓片、爐絲板、隔熱板固定在爐盤上；在爐盤和隔熱板的對稱位置上各打2個圓孔，作為爐絲的爐絲引線的孔，爐絲引線與爐絲和加熱器的電源電連接。加熱器的電源選用低紋波的直流穩(wěn)壓電源，爐絲采用扁螺旋形繞制和選用低紋波的直流穩(wěn)壓電源，消除了爐絲電流產(chǎn)生磁場對RHEED的影響。
文檔編號H05B3/26GK1949941SQ20051008658
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者呂惠賓, 何萌, 陳正豪, 周岳亮, 金奎娟, 楊國楨 申請人:中國科學(xué)院物理研究所