一种真空室用高温CVD加热线圈结构的制作方法

本实用新型涉及高温真空设备制造技术领域，特指一种真空室用高温CVD加热线圈结构。

背景技术：
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碳化硅(SiC)是一种重要的宽带隙半导体材料，高温、高频、大功率SiC器件在新能源(光伏发电与风电)、电动汽车、电机控制、轨道交通、电网、武器装备等领域具有巨大的应用前景。

SiC CVD外延材料生长在SiC技术产业链中占据着重要地位，并发挥着重要作用，这是因为：1、SiC CVD外延材料生长是SiC功率器件制造的一项关键技术；2、SiC器件结构材料需要通过CVD外延生长技术来实现，因为1800℃以下杂质原子在SiC中的扩散可以忽略；3、组成SiC功率器件材料的各n-型、p-型结构层有时需要完全通过CVD外延生长来实现，如n-IGBT器件材料；(4)SiC CVD外延材料生长技术的快速发展，推动了SiC功率器件的研发与商业化。

SiC外延生长技术发展方向与趋势主要体现在以下几个方面：1、10kV级4H-SiC功率器件及其材料。SiC的特点是制造高压、超高压器件；2、尺寸为Ф150mm(6”)的大面积SiC外延生长。除6英寸SiC晶片以商业化外，8英寸SiC晶片也已被演示，通过增大SiC晶片直径，可降低SiC功率器件的制造成本，实现规模应用与普及；3、低缺陷密度的SiC外延材料生长，以便提高器件成品率、降低成本；4、长载流子寿命技术，改善器件特性(10kV-5μs，20kV-10μs)。

作为SiC功率器件制造的一项关键技术，SiC外延生长设备的性能、安全性、操作性、易维护性等已成为评价外延设备的重要因素。在目前已商业化的SiC外延设备中，SiC外延生长室有两种典型的结构，即基于不锈钢腔室的“温壁”CVD外延生长系统和基于石英腔室的“热壁”CVD外延生长系统。所谓“热壁”是指SiC衬底晶片四周的温度相同，反之，如果与SiC晶片相对一侧的温度低于SiC晶片侧的温度，则该系统称为“冷壁”或“温壁”。由于“热壁”系统在大面积、厚膜SiC外延生长方面具有明显的优势，以及不锈钢系统具有明显的安全性优势。

另外，“热壁”SiC外延生长温度一般在1550-1650℃的范围内，常常采用铜螺线管的高频或中频感应加热方法，而SiC外延生长的基本条件是低压(压力为100mbar)、高温，即在满足高温条件的同时，还要满足低压条件。

为此，本发明提出一种真空室用高温CVD加热线圈结构，以解决加热线圈与不锈钢腔室的电绝缘与漏气率高问题，实现基于不锈钢腔室的高安全性“热壁”SiC外延生长设备所需要的低压与高温外延条件。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种真空室用高温CVD加热线圈结构。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：该真空室用高温CVD加热线圈结构包括：不锈钢壳体，该不锈钢壳体中设置有水冷结构，且该不锈钢壳体内形成有密闭腔室；铜管加热线圈组件，其包括铜管加热线圈以及安装于铜管加热线圈两端的第一、第二固定连接结构和连接于第一、第二固定连接结构之间的不锈钢基座，该铜管加热线圈组件通过不锈钢基座配合第一螺钉锁固于不锈钢壳体中，该铜管加热线圈置于所述密闭腔室内，该铜管加热线圈具有供冷却水通过的中空通道，且其两端分别形成冷却水进水端和冷却水出水端，该冷却水进水端和冷却水出水端分别穿过第一、第二固定连接结构均显露于不锈钢壳体外；所述第一、第二固定连接结构与不锈钢基座之间分别设置有第一、第二密封圈，且该不锈钢基座与不锈钢壳体内壁之间设置有第三密封圈。

进一步而言，上述技术方案中，所述第一固定连接结构包括依次套接于冷却水进水端外围的第一上铜固定圆盘、第一上绝缘固定圆盘、第一下绝缘固定圆盘、第一下铜固定圆盘，其之间通过第一螺丝锁固，其中，第一上绝缘固定圆盘及第一下绝缘固定圆盘夹紧于不锈钢基座上下两端，且该第一上绝缘固定圆盘下端及第一下绝缘固定圆盘上端均卡不锈钢基座中，该第一上绝缘固定圆盘压在第一密封圈上，第一上绝缘固定圆盘与第一上铜固定圆盘之间设置有第四密封圈。

进一步而言，上述技术方案中，所述不锈钢基座设置有供所述第一、第二固定连接结构穿设的第一、第二安装孔，且该第一、第二安装孔外围还分别设置于第二、第三沟槽，所述第一、第二密封圈分别置于第二、第三沟槽中，且该第一、第二密封圈上端均凸出于第二、第三沟槽外。

进一步而言，上述技术方案中，所述第一上铜固定圆盘和第一下铜固定圆盘分别设置有供所述冷却水进水端穿设的第一、第二穿孔，该第一、第二穿孔与冷却水进水端外壁之间均通过焊接密封固定。

进一步而言，上述技术方案中，所述第一上铜固定圆盘下端面设置于第一环形沟槽，所述第四密封圈置于该第一环形沟槽中，且该第四密封圈的厚度大于第一环形沟槽的深度，以致该第四密封圈下端凸出于第一环形沟槽外。

进一步而言，上述技术方案中，所述第一上绝缘固定圆盘下端成型有第一嵌位凸台，该第一嵌位凸台由上向下卡嵌于第一安装孔中，该第一上绝缘固定圆盘抵压于第一安装孔上边缘外，并压在第一密封圈上；所述第一下绝缘固定圆盘上端成型有第二嵌位凸台，该第二嵌位凸台由下向上卡嵌于第一安装孔中，该第一下绝缘固定圆盘抵压于第一安装孔下边缘外，且该第一上绝缘固定圆盘与第一下绝缘固定圆盘之间设置有密封垫，该密封垫外围与第一安装孔内壁密封衔接。

进一步而言，上述技术方案中，所述第二固定连接结构与第一固定连接结构相同。

进一步而言，上述技术方案中，所述不锈钢壳体呈现长方体状，其包括底盘、若干安装于底盘外围的侧板以及安装于侧板上端的顶盖，该底盘及侧板和顶盖内均设置有水冷结构，该底盘上设置有一安装位，所述不锈钢基座及第一、第二固定连接结构均以可拆卸方式安装于底盘的安装位上。

进一步而言，上述技术方案中，所述底盘于安装位外围设置有第四环形沟槽，该第三密封圈置于该第四环形沟槽中，且该第三密封圈的厚度大于第四环形沟槽的深度，以致该第三密封圈下端凸出于第四环形沟槽外。

进一步而言，上述技术方案中，所述铜管加热线圈中部缠绕形成有一呈方形或圆形的螺旋部，该螺旋部中形成有供感应加热体安装的安装空间。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比较具有如下有益效果：本实用新型中的不锈钢壳体及铜管加热线圈组件均为独立的装配体，为组件化结构，其之间通过可快速拆装的方式进行组装，也就是说，本实用新型实现了组件化结构与模块化安装，突破了真空室内水冷式中加热线圈安装困难的瓶颈，且本实用新型具有成本低，安装简单，易维护，高安全性等特点，令本实用新型具有极强的市场竞争力。此外，本实用新型设计避免了不锈钢腔室的漏气问题，实现了气密封与水冷系统的共存结构。另外，本实用新型应用广泛，不但可用于SiC单晶生长炉、SiC外延生长炉和离子注入后高温退火炉，还可用于SiC上石墨烯生长炉、氮化铝高温生长炉等其他高温设备。

附图说明：

图1是本实用新型的主视图(可内视)；

图2是本实用新型的左视图(可内视)；

图3是本实用新型中底盘的结构示意图；

图4是本实用新型中铜管加热线圈组件的结构示意图；

图5是本实用新型中铜管加热线圈组件的主视图；

图6是本实用新型中第一上铜固定圆盘的结构示意图；

图7是本实用新型中第一上绝缘固定圆盘的结构示意图；

图8是本实用新型中不锈钢基座的主视图；

图9是本实用新型中不锈钢基座的后视图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

见图1-9所示，为一种真空室用高温CVD加热线圈结构，其包括：不锈钢壳体1以及以可拆装方式安装于不锈钢壳体1中的铜管加热线圈组件200。

所述不锈钢壳体1中设置有水冷结构，且该不锈钢壳体1内形成有密闭腔室10；具体而言，所述不锈钢壳体1呈现长方体状，其包括底盘11、若干安装于底盘11外围的侧板12以及安装于侧板12上端的顶盖13，该底盘11及侧板12和顶盖13内均设置有水冷结构，该底盘11上设置有一安装位111。

所述铜管加热线圈组件200包括铜管加热线圈2以及安装于铜管加热线圈2两端的第一、第二固定连接结构3、4和连接于第一、第二固定连接结构3、4之间的不锈钢基座5，该铜管加热线圈组件200通过不锈钢基座5配合第一螺钉锁固于不锈钢壳体1中，该铜管加热线圈2置于所述密闭腔室10内，该铜管加热线圈2具有供冷却水通过的中空通道，且其两端分别形成冷却水进水端21和冷却水出水端22，该冷却水进水端21和冷却水出水端22分别穿过第一、第二固定连接结构3、4均显露于不锈钢壳体1外；所述不锈钢基座5及第一、第二固定连接结构3、4均以可拆卸方式安装于底盘11的安装位111上。

所述铜管加热线圈2由铜管绕制形成，该铜管加热线圈2中部缠绕形成有一呈方形或圆形的螺旋部23，该螺旋部23中形成有供感应加热体安装的安装空间，铜管加热线圈2具有供冷却水通过的中空通道，中空通道通冷却水，以冷却铜管加热线圈。

所述第一、第二固定连接结构3、4与不锈钢基座5之间分别设置有第一、第二密封圈61、62，且该不锈钢基座5与不锈钢壳体1内壁之间设置有第三密封圈63，以致铜管加热线圈组件200与不锈钢壳体1形成密封装配。

所述底盘11于安装位111外围设置有第四环形沟槽112，该第三密封圈63置于该第四环形沟槽112中，且该第三密封圈63的厚度大于第四环形沟槽112的深度，以致该第三密封圈63下端凸出于第四环形沟槽112外。

所述第一固定连接结构3包括依次套接于冷却水进水端21外围的第一上铜固定圆盘31、第一上绝缘固定圆盘32、第一下绝缘固定圆盘33、第一下铜固定圆盘34，其之间通过第一螺丝锁固，其中，第一上绝缘固定圆盘32及第一下绝缘固定圆盘33夹紧于不锈钢基座5上下两端，且该第一上绝缘固定圆盘32下端及第一下绝缘固定圆盘33上端均卡不锈钢基座5中，该第一上绝缘固定圆盘32压在第一密封圈61上，第一上绝缘固定圆盘32与第一上铜固定圆盘31之间设置有第四密封圈64。所述第一上绝缘固定圆盘32与第一下绝缘固定圆盘33对称装配，其夹紧设置于不锈钢基座5上下两端，第一上铜固定圆盘31与第一下铜固定圆盘34对称装配。

所述第一上绝缘固定圆盘32、第一下绝缘固定圆盘33、第一下铜固定圆盘34分别设置有供上述第一螺丝穿过的第二、第三、第四通孔301、302、303，且上述第一上铜固定圆盘设置有与所述第一螺丝适配的非通透的第二螺纹孔304，该第一螺丝依次穿过第四通孔303、第三通孔302、第二通孔301后，螺旋固定于第二螺纹孔304，以致将第一上铜固定圆盘31、第一上绝缘固定圆盘32、第一下绝缘固定圆盘33、第一下铜固定圆盘34锁固。

所述不锈钢基座5设置有供所述第一、第二固定连接结构3、4穿设的第一、第二安装孔51、52，且该第一、第二安装孔51、52外围还分别设置于第二、第三沟槽53、54，所述第一、第二密封圈61、62分别置于第二、第三沟槽53、54中，且该第一、第二密封圈61、62上端均凸出于第二、第三沟槽53、54外。

所述不锈钢基座5设置有与所述第一螺钉适配的非通透的第一螺纹孔501，所述底盘11于安装位111外围设置有与第一螺纹孔501适配的第一通孔101，该第一螺钉穿过该底盘11的第一通孔101螺旋固定于不锈钢基座5的第一螺纹孔501中，以致将不锈钢基座5固定于底盘11上。

所述不锈钢基座5可设有水冷结构，该水冷结构为一个水槽，水槽两端为出水口和进水口，通过水冷方式对其进行冷却、散热。

所述第一上铜固定圆盘31和第一下铜固定圆盘34分别设置有供所述冷却水进水端21穿设的第一、第二穿孔311、341，该第一、第二穿孔311、341与冷却水进水端21外壁之间均通过焊接密封固定，以此不仅保证产品结构的稳定性，还可保证其装配结构的气密性。

所述第一上铜固定圆盘31下端面设置于第一环形沟槽312，所述第四密封圈64置于该第一环形沟槽312中，且该第四密封圈64的厚度大于第一环形沟槽312的深度，以致该第四密封圈64下端凸出于第一环形沟槽312外。

所述第一上绝缘固定圆盘32下端成型有第一嵌位凸台321，该第一嵌位凸台321由上向下卡嵌于第一安装孔51中，该第一上绝缘固定圆盘32抵压于第一安装孔51上边缘外，并压在第一密封圈61上；所述第一下绝缘固定圆盘33上端成型有第二嵌位凸台331，该第二嵌位凸台331由下向上卡嵌于第一安装孔51中，以此可使第一上绝缘固定圆盘32和第一下绝缘固定圆盘33稳定包夹固定于不锈钢基座5上，保证产品结构的稳定性。另外，第一下绝缘固定圆盘33抵压于第一安装孔51下边缘外，且该第一上绝缘固定圆盘32与第一下绝缘固定圆盘33之间设置有密封垫，该密封垫外围与第一安装孔51内壁密封衔接，以此可进一步保证产品结构的密闭性。

所述第二固定连接结构4与第一固定连接结构3相同，在此不再一一赘述。

本实用新型中的不锈钢壳体1及铜管加热线圈组件200均为独立的装配体，为组件化结构，其之间通过可快速拆装的方式进行组装，也就是说，本实用新型实现了组件化结构与模块化安装，突破了真空室内水冷式中加热线圈安装困难的瓶颈，且本实用新型具有成本低，安装简单，易维护，高安全性等特点，令本实用新型具有极强的市场竞争力。此外，本实用新型设计避免了不锈钢腔室的漏气问题，实现了气密封与水冷系统的共存结构。另外，本实用新型应用广泛，不但可用于SiC单晶生长炉、SiC外延生长炉和离子注入后高温退火炉，还可用于SiC上石墨烯生长炉、氮化铝高温生长炉等其他高温设备。

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。