[发明专利]电子束蒸发源装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜制备装置，特别是一种电子束蒸发设备中的具有分子束外延功能的超高真空电子束蒸发源装置。

背景技术

薄膜技术在工业上得到广泛的应用，特别在电子材料、磁性材料与元器件工业领域中占有极为重要的地位。因此，制备各种性能薄膜的方法最近几十年中也得到飞跃发展。到现在为之，薄膜的制备方法已发展有：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)，包括真空蒸发镀膜法、溅射镀膜法、离子镀膜法和分子束外延生长等；化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)；氧化法；电镀法；涂敷、沉淀法等。使用比较多的是物理气相沉积法和化学气相沉积法。

最近几十年金属超薄膜的研究已成为一个非常活跃的领域。对薄膜的深入研究对薄膜的制备提出了越来越高的要求。溅射镀膜法、氧化法、电镀法等等无法精确控制生长速率。而电子束蒸发(典型的如MBE分子束外延)的生长方式能够精确制备0.1～10个单层原子层厚的金属超薄膜。

目前，具有分子束外延功能的超高真空电子束蒸发源只有极少数几个公司能够生产，但其价格较为昂贵，而且整个设备的结构比较复杂，制备上要求极其精细，导致成本极高，需要十几万欧元。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有分子束外延功能的超高真空电子束蒸发源装置。

技术方案：本发明公开了一种电子束蒸发源装置，包括带有内腔的壳体，冷凝管、第一绝缘件、第二绝缘件、离子束流收集器、用于固定蒸发材料的蒸发棒、两个导体以及灯丝；所述壳体设有第一开口和第二开口，所述第一开口、第二开口分别与所述第一绝缘件、第二绝缘件密封连接；所述离子束流收集器与第二绝缘件连接，且离子束流收集器外部嵌套有收集器外壳，所述第二绝缘件、离子束流收集器以及收集器外壳上设有射出离子束的通孔；所述蒸发棒以及两个导体一侧位于壳体的内腔中，另一侧伸出第一绝缘件；所述灯丝与两根导体位于内腔内的一端连接；所述冷凝管与壳体紧密连接。

本发明中，优选地，所述壳体上设有与所述冷凝管形状配合的凹槽，所述冷凝管穿过所述第一绝缘件，置于所述凹槽内。由此可以确保冷凝管与壳体紧密接触，有效的降低壳体的温度。

本发明中，优选地，所述冷凝管包括外管和内管；外管与所述壳体连接，内管位于外管中，且内管与外管固定连接的一端具有开口；内管和外管的另一端敞开。冷却水从内管位于腔体外的一端进入，从内管与外管的连接端流到外管中，对壳体进行冷却，同时外管中的水经由出水口流出。该设计精巧，利用一个水管的位置，进行进水和出水的过程，节约了内部空间，同时提高了冷却效率，还能起到支撑壳体的作用。

本发明中，优选地，所述收集器外壳上设有可将所述离子束流收集器以及收集器外壳的通孔截断的挡板，所述挡板与收集器外壳活动连接。有一控制所述挡板关闭的控制杆；所述控制杆一端与挡板连接，另一端通过壳体的内腔后伸出第一绝缘件。由此可以在电子束蒸发源装置外部实现对离子束的工作状态的控制。

本发明中，优选地，所述灯丝环绕两个导体一周后交错连接在两根钼棒的端部。由此可以防止在加热的时候灯丝变形。

本发明中，优选地，所述壳体的第一开口与第一绝缘件之间设有第一铜垫块，所述壳体的第二开口与第二绝缘件之间设有第二铜垫块。利用铜垫块降低对绝缘件的热辐射。

本发明中，优选地，所述蒸发棒位于壳体内腔内的一端设有连接件；蒸发棒与所述第一绝缘件以及第一铜垫块接触的部位设有绝缘层，绝缘层还起到稳定蒸发棒的作用。。蒸发棒位于壳体内腔外的一端外部实现电路连接，通过该部件在热电子阴极发射端和样品之间加千伏高压，用来加速电子，增大轰击电子动能，使的样品顶端局部温度很高。

本发明中，优选地，所述蒸发棒以及导体为钼棒。

本发明中，优选地，所述第一绝缘件、第二绝缘件为绝缘陶瓷材质；所述壳体为铜或银。

本发明的基本原理是：通过加热灯丝，使之产生热电子，在蒸发材料与灯丝间加一可控高压，高压电子轰击蒸发材料或蒸发材料容器，进而使之升温至蒸发温度，由此产生的原子束或原子团通过超高真空的环境淀积到衬底表面，最终形成生长薄膜。这种方法与其他方法相比较最突出的优点是薄膜的生长可以由加热灯丝的电流与高压进行精确控制，可以到达0.02单原子层每分钟级别。