[发明专利]一种分源定位真空管式炉装置

说明书

本发明属于化学气相沉积真空设备及微纳薄膜生产技术领域，具体公开了一种分源定位真空管式炉装置，包括气体流量控制器、置源组件、第一法兰盘、管式炉石英管和第二法兰盘，置源组件包括第一接口、置源管、伸缩管和测温管，置源管和气体流量控制器通过第一接口相互连通，伸缩管套设于置源管外，测温管一端穿过第一接口并容置于置源管内；第一法兰盘一端面设置有和多个置源组件一一对应安装的多个第二接口，管式炉石英管两端分别安装有第一法兰盘和第二法兰盘。本发明提供的装置可将化学气相沉积生长所需的各个分子源独立分开控制，独立调节各个分子源的温度、流速和位置，能够精度满足纳米薄膜生长需求，法兰端真空接口扩展容易，调整方便。

技术领域

本发明属于化学气相沉积真空设备及微纳薄膜生产技术领域，具体涉及一种分源定位真空管式炉装置。

背景技术

化学气相沉积技术是在真空/大气环境下，使用高温管式炉，利用蒸发的气态分子源在一定反应温度发生的化学反应并在衬底上沉积出纳米级厚度薄膜的材料生长制备技术。具有技术条件易于实现、成本低、生长薄膜质量高等特点。这项技术目前已广泛用于半导体材料研究、实验室制备高质量二维材料如石墨烯和过渡金属卤化物等。

传统化学气相沉积的管式炉结构简单，保护气直接从进气端法兰输入，在炉体石英管内部放置反应源和衬底，因此生长时无法调整反应源和衬底的位置，而且每个分子源蒸发后都直接被保护气携带，缺乏独立调整。高质量二维材料的生长需要精确的控制分子源蒸发温度和比例，同时反应源和衬底的相对位置也显著影响沉积质量。由于缺乏对各个生长参数变量的精确控制，生长结果重复性差，实验条件可靠性低，工艺流程尝试耗费巨大。

早期可调整反应分子源和衬底相对位置的设计在一定程度上解决了上述生长参数难以调整的问题。但是其复杂的机械设计增加了成本、降低了可靠性，真空拓展性差，并且生长过程中过分依赖操作人员的技术水平。

发明内容

本发明的目的在于：通过提供一种分源定位真空管式炉装置，其解决了现有的管式炉装置无法精确的控制分子源蒸发温度和比例以及无法调整反应源和衬底的相对位置的问题，本发明提供的装置可将化学气相沉积生长所需的各个分子源独立分开控制，独立调节各个分子源的温度、流速和位置，能够精度满足纳米薄膜生长需求，法兰端真空接口扩展容易，调整方便。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种分源定位真空管式炉装置，包括气体流量控制器、置源组件、第一法兰盘、管式炉石英管和第二法兰盘，所述气体流量控制器用于输出体积流量为5-200sccm的气体；所述置源组件包括第一接口、置源管、伸缩管和测温管，所述置源管和所述气体流量控制器通过所述第一接口相互连通，所述伸缩管套设于所述置源管外，所述测温管一端穿过所述第一接口并容置于所述置源管内；所述第一法兰盘一端面设置有多个第二接口，多个所述第二接口和多个所述置源组件一一对应连接；所述管式炉石英管一端固定安装于所述第一法兰盘上；所述第二法兰盘可拆卸安装于所述管式炉石英管的另一端。

进一步地，还包括步进电机和控制系统，所述步进电机用于驱动所述伸缩管进行伸缩运动，所述控制系统和所述步进电机电性连接，所述控制系统用于控制所述步进电机的步进转速和步数。

进一步地，还包括测温线和测温计，所述测温线一端插入所述测温管内，所述测温线另一端连接于所述测温计上。

进一步地，所述伸缩管设置有至少两节，所述伸缩管的长度为1000～1200mm，所述伸缩管的最大可压缩行程为800mm。

进一步地，所述第二接口为CF接口。

进一步地，所述第二法兰盘表面沿径向分布有四个真空KF接口，四个所述真空KF接口分别连接有真空计、真空阀、冷阱和真空泵。

进一步地，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘均设置有光学观察窗。

进一步地，所述第一法兰盘、所述管式炉石英管和所述第二法兰盘之间通过真空双O胶圈固定连接。