[發明專利]一種懸掛式加熱系統

有效

• 申請號: 201310189320.1
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN104178750A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 董國材
• 申請（專利權）人: 常州碳維納米科技有限公司;江南石墨烯研究院
• 主分類號: C23C16/46
• 分類號: C23C16/46
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發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

現代科學和技術需要使用大量功能各異的無機新材料或薄膜材料，這些功能材料必須是高純的，或者是在高純材料中有意地摻入某種雜質形成的摻雜材料。為了得到這些高純度的產品，工藝界也發明了很多制備方法。其中，化學氣相淀積（CVD）是近幾十年發展起來的制備高純度材料的新技術。化學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到800°以上。因此加熱腔室成為此類設備中的一個重要組成成分。

目前來講，反應器內加熱方式可分成以下四類：?

1.?熱阻絲加熱方式?

2.?射頻(RF)感應加熱方式?

3.?等離子增強(Plasma)加熱方式?

4.?光能加熱方式

其中，射頻感應加熱方式在反應器內裝紅外線、紫外線加熱燈管來引入熱源，將只會對襯底或襯底的載具加熱，而不會對反應腔的爐壁加熱，此類設計稱作“冷壁反應器”(cold-wall?reactors)。然而，在一些的冷壁反應器的系統中，還是會發生爐壁被加熱的情形，所以就必須借助冷卻爐壁(通入冷卻循環水)的方式來降低或避免在爐壁上反應或沉積薄膜。反應爐管的幾何形狀由反應壓力和熱源供應方式嚴格限制著，成為影響產量的一個重要因素。等離子增強加熱方式又由于其鍍膜時熱穩定性的問題無法大量生產。光能加熱方式雖然使沉積薄膜在極低的溫度下進行，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。

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腔室中可控性較強和性價比較高的加熱方式。實際使用中，熱阻絲主要采用三區加熱加熱板的方式，加熱板的溫度均勻性受到一定的限制，進而導致鍍膜不均勻，影響成品質量。因此，如何對襯底進行持續均勻的加熱是生產中急需解決的核心問題。

發明內容

針對以上提到的問題，提出本發明。

本發明的內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的構造方案，具有加熱溫度高、加熱均勻、成膜均勻質量高的特點。

本發明涉及的加熱系統，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）。

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）采用耐高溫的鉬等材料；發熱熱阻（3）不采用常規的加熱絲，而采用鎢片或鉬片，以最大程度的提高加熱均勻性；被加熱樣品（1）、加熱板（2）、發熱熱阻（3）三者緊密貼合。加熱部件至少還要包含三組導線、多組溫度控制器件。

上述的隔熱部件包括三層桶狀隔熱板（4-6），其中兩層（4、5）采用鉬等耐高溫材料，最外層（6）可采用不銹鋼材料以最大程度降低成本。

懸掛夾持器件包括：至少三組彈簧裝置（7）對加熱樣品（1）進行支撐，使用懸掛支撐架（8）將加熱樣品（1）、加熱板（2）、發熱熱阻（3）進行懸掛放置，懸掛放置方法可最大程度的釋放由于高溫膨脹引發的形變；固定裝置（9）用于支撐整個加熱腔體，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備的固定支架。

本發明的主要優勢在于：

1.????利用本發明的加熱系統的設計方案，可以將樣品懸掛加熱；

2.????本發明涉及的加熱部件又包含加熱樣品、加熱板、發熱熱阻，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的形變，有利于生長出高質量的薄膜材料；

3.????本發明涉及的發熱熱阻不采用常規的加熱絲，而采用鎢片或鉬片，以最大程度的提高加熱均勻性；

4.????本發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，使熱能達到最大利用。

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附圖說明：

圖1.?本發明涉及的加熱系統的結構示意圖，其中：加熱樣品（1）、加熱板（2）、發熱熱阻（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）。

圖2.?本發明涉及的加熱系統的平面示意圖，其中：加熱樣品（1）、加熱板以及發熱熱阻（2）、三層隔熱板（3-5）。

圖3.?可使用本發明加熱裝置的CVD薄膜生長原理示意圖，其中：加熱系統（1），加熱系統電源（2），加熱系統懸掛裝置（3），反應氣體質量流量器（4）。

具體實施方式：