一种聚焦电子束蒸发源及蒸发镀膜装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镀膜装置属于薄膜制备领域，特别是一种聚焦电子束蒸发源及蒸发镀膜装置。
【背景技术】
[0002]真空蒸发镀膜是制作薄膜最一般的方法，是把装有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到0.0lPa以下，然后加热镀料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜。
[0003]为了使蒸气压达到IPa量级，需要将待蒸发的材料加热到比熔点稍高的温度。为了加热，需要利用加热丝、蒸发舟、坩祸等，其上放置镀料。可是一旦这些坩祸之类的材料与镀料起反应，形成了合金，就再也不能使用，必须进行更换。另外，若已形成的合金和坩祸材料蒸发出来，还会降低膜的纯度。
[0004]一般蒸发低熔点材料采用电阻蒸发法，蒸发高熔点材料，特别是在纯度要求很高的情况下，则选用能量密度高的电子束法；当蒸发速率大时，可以用高频法。
[0005]电阻蒸发源通常适用于熔点低于1500°C的镀料。灯丝和蒸发舟等加热体所需电功率一般为(150-500 ) A X 10V，为低电压大电流供电方式。通过电流的焦耳热使镀料熔化、蒸发或升华，灯丝形状和方式包括丝状、螺旋丝状、锥形篮状、板状、直接加热式块状和间接加热式。
[0006]为了大量蒸发高纯度金属，常采用高频感应加热蒸发源。将装有蒸发材料的坩祸放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失，从而将镀料金属加热蒸发。
[0007]电子束蒸发可以克服一般电阻加热蒸发的许多缺点，适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。其原理是热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速，获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。优点包括，电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可在一个不太小的面积上达到104-109W/cm2的功率密度，是高熔点材料蒸发，并且能有较高的蒸发速率；镀料置于水冷坩祸内，避免容器材料的蒸发，以及容器材料和镀料之间的反应；热量可直接加到蒸发材料的表面，因而热效率高，热传导和热辐射的损失小。
[0008]电子束蒸发源根据电子束的轨迹不同，可分为环形枪、直枪、e型枪和空心阴极电子枪等。直枪是一种轴对称的直线加速电气枪，电气从阴极灯丝发射，聚焦成细束，经阳极加速后轰击在坩祸中使镀料熔化和蒸发。它的主要缺点是体积大，成本高，蒸镀材料会污染枪体结构和存在灯丝逸出的Na+。e型枪即270°偏转的电子枪，它克服了直枪的缺点，热电气由灯丝发射后，被阳极加速，在正交电磁场作用下受洛伦兹力的作用偏转270°。
[0009]现有的电子束蒸发源的根本原理是电子束轰击坩祸内的蒸发材料使其熔化和蒸发，一定程度存在坩祸材料的污染，蒸发材料利用不完全，轰击的能量有限等问题。因此，有必要提供一种新的电子束蒸发源，完全避免容器材料污染，最大限度利用蒸发材料，提升电子束的轰击能量。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种聚焦电子束蒸发源及蒸发镀膜装置。
[0011]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种聚焦电子束蒸发源，包括:
电子束产生装置:用于产生大束流平行电子束；
电子束传输装置:用于使所述大束流平行电子束加速后聚集为汇聚束，并传输到电子束最小束斑位置；
蒸发材料输送装置:用于在接收到电子束检测装置的检测信号后将丝状蒸发材料输送到所述电子束最小束斑位置；
至少一个电子束检测装置:用于检测经过电子束最小束斑位置之后的发散束。
[0012]所述丝状蒸发材料的纵截面直径与所述汇聚束的最小束斑直径匹配。
[0013]所述电子束产生装置可以为环行枪、直枪、e型枪、空心阴极枪，或其它可以产生所述大束斑大束流的电子枪。
[0014]本发明还提供了一种聚焦电子束蒸发镀膜装置，包括真空腔体；待镀膜基片放置在所述真空腔体内；所述真空腔体与抽气系统连通；所述待镀膜基片下方的真空腔体内设置有上述聚焦电子束蒸发源。
[0015]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:本发明的聚焦电子束蒸发源和聚焦电子束蒸发镀膜装置可以彻底杜绝容器材料的污染；提高蒸发材料的利用率；可以大幅提高电子束的能量，进而提升蒸发速率；蒸发材料的蒸发速率易于控制；蒸发镀膜装置能保证薄膜生长速率高、均匀性好。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的聚焦电子束蒸发源电子束传输的框图；
图2为本发明的蒸发材料输送装置结构示意图；
图3为本发明的聚焦电子束蒸发镀膜装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]如图1是本发明的聚焦电子束蒸发源电子束传输的框图，其中电子束产生装置10可以产生平行度较好的大束斑大束流平行电子束11。大束流平行电子束11经过电子束传输装置形成汇聚束12，在电子束最小束斑位置13汇聚为最小束斑。丝状蒸发材料17经蒸发材料输送装置16送至电子束最小束斑位置13，被高能量密度的电子束加热蒸发。蒸发材料蒸发之后，电子束将经过电子束最小束斑位置13继续传输，之后变成发散束14。可以有一个或多个电子束检测装置15。发散束14传输到电子束检测装置15即被检测到，蒸发材料输送装置接受到电子束检测装置的信号后开始输送蒸发材料到电子束最小束斑位置13，继续加热蒸发，如此往复循环保证蒸发源持续工作。图1中，18为蒸发材料在电子束最小束斑位置13被电子束轰击之后的材料蒸汽。
[0018]如图2所示，蒸发材料输送装置包括转轮20，由电机带动；制作成盘状的丝状蒸发材料套在转轮20上，蒸发材料盘21上绕下来的丝状蒸发材料17自上滚轮24和下滚轮23之间通过，丝状蒸发材料通过转轮20输送到电子束束斑最小位置13。丝状蒸发材料17硬度高时，下滚轮23和上滚轮24不用电机带动；丝状蒸发材料17为柔软材料时，下滚轮23和上滚轮24用电机带动。
[0019]如图3所示，聚焦电子束蒸发镀膜装置包括真空腔体41 ;待镀膜基片43放置在所述真空腔体41内；所述真空腔体41与抽气系统44连通；所述待镀膜基片43下方的真空腔体41内设置有本发明的聚焦电子束蒸发源。图3中，45为蒸发材料蒸发之后的蒸汽。
[0020]在实际运行时，可以根据试验数据和经验调整蒸发材料输送装置的送丝速度，在保证材料完全蒸发的条件下自动输送蒸发材料而不必总是需要电子束检测装置的反馈信号，反馈信号可以作为调整蒸发材料输送装置送丝速度的依据和特殊情况的补救措施。
[0021]该蒸发源可以根据蒸发速率的不同调整电子束产生装置的功率，进而改变电子束的功率密度。
【主权项】
1.一种聚焦电子束蒸发源，其特征在于，包括: 电子束产生装置(10):用于产生大束流平行电子束(11); 电子束传输装置:用于使所述大束流平行电子束(11)加速后聚集为汇聚束(12)，并传输到电子束最小束斑位置(13)； 蒸发材料输送装置(16):用于在接收到电子束检测装置(15)的检测信号后将丝状蒸发材料(17)输送到所述电子束最小束斑位置(13)； 至少一个电子束检测装置(15):用于检测经过电子束最小束斑位置(13)之后的发散束(14)。
2.根据权利要求1所述的聚焦电子束蒸发源，其特征在于，所述丝状蒸发材料的纵截面直径与所述汇聚束(12)的最小束斑直径匹配。
3.根据权利要求2所述的聚焦电子束蒸发源，其特征在于，所述电子束产生装置为环行枪、直枪、e型枪、空心阴极枪中的一种。
4.一种聚焦电子束蒸发镀膜装置，包括真空腔体(41);待镀膜基片(43)放置在所述真空腔体(41)内；所述真空腔体(41)与抽气系统(44)连通；其特征在于，所述待镀膜基片(43)下方的真空腔体(41)内设置有权利要求1?3之一所述的聚焦电子束蒸发源。
【专利摘要】本发明公开了一种聚焦电子束蒸发源及蒸发镀膜装置，蒸发源包括：电子束产生装置：用于产生大束流平行电子束；电子束传输装置：用于使所述大束流平行电子束加速后聚集为汇聚束，并传输到电子束最小束斑位置；蒸发材料输送装置：用于在接收到电子束检测装置的检测信号后将丝状蒸发材料输送到所述电子束最小束斑位置；至少一个电子束检测装置：用于检测经过电子束最小束斑位置之后的发散束。本发明的蒸发源可以根据蒸发速率的不同调整电子束产生装置的功率，进而改变电子束的功率密度；蒸发镀膜装置能保证薄膜生长速率高、均匀性好。
【IPC分类】C23C14-30
【公开号】CN104611672
【申请号】CN201410698963
【发明人】张赛, 孙雪平, 易文杰, 彭立波
【申请人】中国电子科技集团公司第四十八研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月28日