专利名称：用于氮化镓材料制备工艺的辐射式加热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种加热器，进一步是指用于金属有机物化学气相淀积工艺制备氮化镓材料可形成优良热场的加热器。
背景技术：
性能优异的氮化镓(GaN)是目前世界上最先进的半导体材料，被誉为继硅和砷化镓之后的第三代半导体材料。采用金属有机物化学气相淀积工艺制备GaN材料时，优良的热场是除气氛外的另一个必要条件。
制备GaN常用蓝宝石做衬底、用NH3和金属有机物做反应前体，其化学反应机理决定了工艺温度高(900℃～1200℃)；加之蓝宝石与GaN的晶格匹配系数相差较大，生长GaN前须在蓝宝石上生长一层厚度为纳米级的其他材料作缓冲层，还要求在缓冲层上生长的GaN基接合部界面十分陡峭；这样，要求加热器提供的工艺热场必须满足高温、温度改变十分敏捷且热场均匀。该加热器处于低压、密封的反应室内，其热量经辐射传递到置于工艺托盘上的蓝宝石衬底上，工艺中，只有当各衬底的片内、片间都受热均匀，生长出GaN材料的组分、厚度才会均匀；更由于生长GaN层和缓冲层的工艺温度相差较大，还要求界面陡峭，也就是说生长缓冲层之后工艺温度必须十分迅速、准确地转变到生长GaN的温度(当然其工艺气氛条件也要同步迅速准确转变)，即温度改变非常敏捷。
由上述可知高温(1200℃)时，加热器的功率将很大；加热器工作在低气压区域，则要求电热材料在高温下自身的蒸汽压很低；温度变化十分敏捷，则要求加热器自身的热容量很小；热场均匀，则加热器的成形很讲究，辐射形成的热场在确定范围的不同位置上，其偏差在额定的指标内。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，根据上述工艺要求，设计一种用于氮化镓材料制备工艺的辐射式加热器，它能满足辐射热的较好传递和大功率要求并获得所需温度，工作可靠性好。
本实用新型的技术解决方案是，所述用于氮化镓材料制备工艺的辐射式加热器有用连接件连接的上连接板和下连接板，其结构特点是，与上连接板平行并位于其上方的圆形瓷板用钼螺杆支撑同上连接板相连接，圆形瓷板顶面由中心向周边依次设有五组螺旋型电热元件，该五组电热元件嵌入卡接在该瓷板相应支承片孔中的上钼支承片的槽中，圆形瓷板下面外周有第六组电热元件嵌入卡接在该瓷板上相应支承片孔中的下钼支承片的槽中，该六组电热元件由圆形瓷板中心向外的第二组和第三组并联、第四组至第六组并联后与第一组按星形接法由装在下连接板上的12个电接头连接。
以下做出进一步说明。
参见图1和图2，本实用新型有用连接件5连接的上连接板9和下连接板10，其结构特点是，与上连接板9平行并位于其上方的圆形瓷板1用钼螺杆支撑7同上连接板9相连接，圆形瓷板1顶面由中心向周边依次设有五组螺旋型电热元件4，该五组电热元件4嵌入卡接在该瓷板1相应支承片孔中的上钼支承片2的槽中，圆形瓷板1下面外周有第六组电热元件11嵌入卡接在圆形瓷板1上相应支承片孔中的下钼支承片3的槽中，该六组电热元件由圆形瓷板1中心向外的第二组和第三组并联、第四组至第六组并联后与第一组按星形接法(参见图6)由装在下连接板10上的12个电接头6连接。
所述电热元件4、11可采用双钨丝绕成弹簧状，以增大导电截面积、满足大功率要求。
为大大减少加热器的热容量、实现温度变化敏捷，电热元件4、11的支撑瓷板1可仅为1mm厚，该瓷板经钼螺杆支撑7支承在钼电极板上，形成一个刚性整体。
所述电接头6可采用图7所示结构，即绕成弹簧状的电热元件4或11的连接端置于钼套12的套腔14中，并在电热元件的丝圈内加衬13，这种高温压接结构在高温下不会松动，确保接触电阻很小，大电流工作不损坏。
本实用新型的设计原理是，为满足辐射热较好地传递到工艺托盘的蓝宝石衬底上，处于工艺托盘正下方的本加热器也设计为圆盘形；将该圆盘形加热器的热辐射面按螺旋线分为内(靠圆盘中心)、中、外(靠圆盘边缘)三个区，三区内的电热元件采用星形连接，每区的温度可独立控制、调节；工艺托盘上蓝宝石衬底位置对应着本加热器的中区；改变中区电热元件的电压、电流，可获得所需工作温度；调节内、外区电热元件的电压、电流，实现中区范围内的温度均匀性；电热元件用双钨丝绕成弹簧状，满足了大功率的要求；为保证电热元件的表面功率在许用范围内，采用多个钼支承片将弹簧状电热元件支承在薄瓷板上，实现发热元件无遮蔽工作，增大了许用表面功率，也利于热的辐射传递；采用特定的电接头结构，确保接触电阻小，提高了设备的可靠性。
由以上可知，本实用新型为一种用于氮化镓材料制备工艺的辐射式加热器，它可使辐射热较好地传递到工艺托盘的蓝宝石衬底上，加热中区范围内的温度均匀性好、许用表面功率大、整体刚性好，且使用寿长、可靠性好。
图1是一种实施例纵向剖视结构图；图2是图1所示装置的俯视图；图3是一种实施例的上钼支承片结构；图4是一种实施例的下钼支承片结构；图5是圆形瓷板上安装钼支承片的支承片孔的一种实施例形状；图6是六组电热元件成星形接法的电连接图；图7是电接头与电热元件的一种实施例连接结构图。
在图中1-圆形瓷板，2-上钼支承片，3-下钼支承片， 4、11-电热元件，5-连接件， 6-电接头，7-钼螺杆支撑， 8-电源引入接头，
9-上连接板，10-下连接板，12-钼套， 13-衬，14-套腔。
具体实施方式
结合附图说明本实用新型的选优实施例结构和方式。
在图1中，圆形瓷板1用5根钼螺杆支承7安装在上连接板9上，使所述瓷板1平行于上连接板9，初步定形、定位；当电热元件都装上时，还有12根电接头6共同支承着瓷板1；加热器上部的电热元件4是嵌入瓷板1的上钼支承片2的槽内，边缘下部的电热元件是从侧面嵌入倒挂在瓷板2下部的下钼支承片3槽中，并均用细钨丝将加热元件缠绕在钼支承片上定位。
在图2中，将加热器辐射面分为3个温区，由瓷板中心起，内区由1组加热元件构成；中区由2组加热元件构成；外区由3组加热元件构成，其中瓷板下面外周这组加热元件是挂在瓷片下面，主要是因为靠外区散热较大，分配的功率也最大。
图3是上钼支承片零件图，其中L与瓷板上的孔L’接近等长，S与瓷板上的圆孔φ微小一点，缺口高度δ比瓷板厚度略大一点，上钼支承片L沿瓷板孔的L’方向放入，移动上钼支承片使S进入瓷板中的φ孔位，再旋转一定角度，就可将钼上支承片基本卡在厚1mm的薄瓷片上，并能微转动，满足电热元件嵌入时形成弧线形的要求。
在图4中，下钼支承片的安装方式与图3中的上钼支承片一样，不同的只是电热元件从侧槽嵌入悬挂在瓷板1的外缘。
在图5中，瓷板上的孔的轴线与螺旋形加热元件的螺旋轴一致，孔的形状满足钼支承片的安装要求。
在图6中，加热元件采用星形连接，内区1组、中区2组、外区3组，电源由4个电极导入。
在图7中，选用φ1mm钨丝，双丝绕成弹簧状后成为电热元件；由于钨为高熔点金属，又与钼连接，故采用在钼套内的钨加热丝圈内加衬的高温压接方式，高温下也不会松动，确保接触电阻很小，大电流工作不损坏。
权利要求1.一种用于氮化镓材料制备工艺的辐射式加热器，有用连接件(5)连接的上连接板(9)和下连接板(10)，其特征是，与上连接板(9)平行并位于其上方的圆形瓷板(1)用钼螺杆支撑(7)同上连接板(9)相连接，圆形瓷板(1)顶面由中心向周边依次设有五组螺旋型电热元件(4)，该五组电热元件(4)嵌入卡接在该瓷板(1)相应支承片孔中的上钼支承片(2)的槽中，圆形瓷板(1)下面外周有第六组电热元件(11)嵌入卡接在圆形瓷板(1)上相应支承片孔中的下钼支承片(3)的槽中，该六组电热元件由圆形瓷板(1)中心向外的第二组和第三组并联、第四组至第六组并联后，与第一组按星形接法连接，并由装在下连接板(10)上的十二个电接头(6)连接。
2.根据权利要求1所述的用于氮化镓材料制备工艺的辐射式加热器，其特征是，所述电接头(6)采用绕成弹簧状的电热元件(4)或电热元件(11)的连接端置于钼套(12)的套腔(14)中，并在电热元件的丝圈内加衬(13)。
专利摘要一种用于氮化镓材料制备工艺的辐射式加热器，有用连接件连接的上连接板和下连接板，圆形瓷板用钼螺杆同上连接板相连接，圆形瓷板1顶面由中心向周边依次设有五组螺旋型电热元件，该五组电热元件4嵌入卡接在该瓷板上的上钼支承片2的槽中，圆形瓷板下面外周有第六组电热元件嵌入卡接在圆形瓷板上的下钼支承片3的槽中，该六组电热元件由圆形瓷板1中心向外的第二组和第三组并联、第四组至第六组并联后与第一组成星形连接。它可使辐射热较好地传递到工艺托盘的蓝宝石衬底上，加热中区范围内的温度均匀性好、许用表面功率大、整体刚性好，且使用寿长、可靠性好。
文档编号C23C16/34GK2853812SQ20052005130
公开日2007年1月3日 申请日期2005年7月6日 优先权日2005年7月6日
发明者伍波, 袁章其 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所