一种电子束蒸镀用坩埚及电子束蒸镀装置的制作方法

1.本实用新型涉及物理气相沉积领域，尤其涉及一种电子束蒸镀用坩埚及电子束蒸镀装置。


背景技术：

2.电子束蒸镀利用电磁场的配合可以精准地实现利用高能电子轰击坩埚内的蒸发料，使蒸发料受热蒸发，进而沉积在待镀基体上，镀出高纯度高精度的薄膜。现有技术中，坩埚通常为铜坩埚，容置于坩埚中的蒸发料的蒸发温度比坩埚自身材质的蒸发温度小很多，从而在保证电子束轰击范围只在蒸发料上的同时，电子束轰击产生的温度仅满足蒸发料蒸发所需的温度，尽量避免对坩埚自身的蒸发。由于坩埚的温度较高，不方便直接放置于承载物体上，容易对承载物体造成高温损坏，因此，坩埚本体外侧设置有水冷系统，通过水冷系统降低坩埚本体外部的温度，使水冷系统与承载物体接触，避免对承载物体的高温损坏。但水冷系统降低了坩埚的温度，进而影响坩埚内的蒸发料的温度，使得电子束蒸镀装置的能量损失较大，对能量的利用率较低。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种电子束蒸镀用坩埚及电子束蒸镀装置，用于提高电子束蒸镀装置对能量的利用率。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种电子束蒸镀用坩埚，包括：
6.坩埚本体，用于容纳待沉积的蒸发料；
7.以及导电保温托，用于保温坩埚本体，导电保温托包覆设置于坩埚本体的外侧。
8.与现有技术相比，本实用新型提供的一种电子束蒸镀用坩埚包括设置于坩埚本体外侧的导电保温托，对坩埚本体起到保温的作用，减少了坩埚本体内电子轰击蒸发料所产生的热量的逸散，通过导电保温托替代了现有的水冷系统，减小了坩埚的热量损失，使得电子束加热的效率提高；另外，导电保温托具有导电性，便于轰击到蒸发料的电子能够通过导电保温托顺利导出，而导电保温托具有隔绝热量的作用，从而方便将坩埚通过导电保温托放置于承载物体上，不会对承载物体造成高温损坏。基于此，本实用新型提供的电子束蒸镀用坩埚能够提高电子束加热的效率，进而提高电子束蒸镀装置对能量的利用率，同时，相较于现有技术，坩埚本体内热量逸散减少，相同时间内蒸发料蒸发量变大，满足大批量蒸发需求时的电子束蒸镀。
9.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电保温托包括多个逐层设置于坩埚本体外侧的保温层。采用多个保温层逐层设置于坩埚本体的外侧，使各保温层之间的导热效率下降，降低各保温层之间的导热速度，进一步减少热量逸散，起到更好的隔热效果，增大电子束加热的效率，同时，采用多个保温层方便加工制造。
10.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，保温层为金属层、导电陶瓷层或石墨层。
11.采用上述技术方案的情况下，金属层、导电陶瓷层和石墨层均具有导电性，能够使轰击到蒸发料的电子通过金属层和导电陶瓷层顺利导出。
12.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，每相邻两个保温层不同。
13.采用上述技术方案的情况下，相邻两个保温层的材质不同时，不同材质的保温层的导热性不同，层与层之间的导热效率下降，进一步减少热量逸散。
14.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电保温托的最外侧为石墨层。
15.采用上述技术方案的情况下，石墨具有良好的导电性和较高的熔点，便于使轰击到蒸发料的电子通过导电保温托顺利导出，且石墨层具有良好的耐热性和化学稳定性；另外，石墨的导热性随温度的升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体，石墨层设置于导电保温托的最外侧时，石墨层能够有效减少电子束蒸镀过程中导电保温托的能量逸散，使得导电保温托具有较好的保温隔热性能，提高电子束蒸镀装置对能量的利用率。
16.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，每相邻两个保温层之间抵接；
17.或，每相邻两个保温层之间通过导电支撑件固定连接，在每相邻两个保温层之间形成有隔热空腔。
18.采用上述技术方案的情况下，每相邻两个保温层之间抵接，相邻两个保温层机械结合，结构简单稳定，加工组装方便；每相邻两个保温层之间通过导电支撑件固定连接，使得每相邻两个保温层之间形成有隔热空腔，热量无法直接通过相邻两个保温层传递，层与层之间的导热效率下降，进一步减少热量逸散，提高电子束蒸镀装置对能量的利用率，而且导电支撑件具有导电性，便于使轰击到蒸发料的电子能通过导电支撑件传导；更优地，导电支撑件为耐高温材料，保证在保温过程中导电支撑件具有较好的化学稳定性。
19.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电支撑件为设置于相邻保温层之间位于保温层底部的支撑块；
20.和/或，设置于相邻保温层之间位于保温层侧边的支撑块；
21.和/或，设置于相邻保温层之间的多条支撑棱。
22.采用上述技术方案的情况下，相邻保温层之间通过支撑块或支撑棱固定，使得每相邻两个保温层之间形成有隔热空腔的同时，结构简单稳定。
23.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电保温托包括间隔交替设置的第一保温层以及第二保温层；第一保温层为金属层、导电陶瓷层或石墨层；
24.第二保温层为石墨毡。
25.采用上述技术方案的情况下，第一保温层和第二保温层间隔交替设置，能够降低层与层之间的导热效率，减少热量逸散；石墨毡具有耐高温、耐腐蚀性、导热系数小的性能，保证工作过程中第二保温层具有良好的工作稳定性和隔热性能，而且石墨毡还具有一定的弹性，提高导电保温托抗震能力。
26.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚还包括承载设置于导电保温托的底部的导电基座，导电基座形状包括平板型、凹槽型或立方体型。
27.采用上述技术方案的情况下，通过导电基座承载坩埚本体和导电保温托，用于支撑电子束蒸镀用坩埚，同时能够通过导电基座配合电子束蒸镀设备的转动机构带动电子束蒸镀用坩埚转动，同时导电基座能够将坩埚中的电子导出。
28.可选地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电基座为金属基座或导电陶瓷基座。
29.采用上述技术方案的情况下，金属基座和导电陶瓷基座均具有导电性，能够使轰击到蒸发料的电子通过导电基座顺利导出。
30.本实用新型还提供一种电子束蒸镀装置，包括上述的电子束蒸镀用坩埚。
31.与现有技术相比，本实用新型提供的电子束蒸镀装置的有益效果与上述技术方案所述电子束蒸镀用坩埚的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
32.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
33.图1为现有技术中的电子束蒸镀用坩埚截面图；
34.图2为本实用新型实施例提供的一种电子束蒸镀用坩埚截面图；
35.图3为本实用新型实施例提供的另一种电子束蒸镀用坩埚截面图；
36.图4为本实用新型实施例提供的再一种电子束蒸镀用坩埚截面图。
37.附图标记：
38.1-坩埚本体；2-水冷系统；3-导电保温托；31-保温层；311-石墨层；32-导电支撑件；4-导电基座。
具体实施方式
39.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
40.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
42.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
43.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.电子束蒸镀利用电磁场的配合可以精准地实现利用高能电子轰击坩埚内的蒸发料，使之受热蒸发，进而沉积在待镀基体上，镀出高纯度高精度的薄膜。现有技术中，坩埚通常为铜坩埚，容置于坩埚中的蒸发料的蒸发温度比坩埚自身材质的蒸发温度小很多，蒸发料通常为铝，从而在保证电子束轰击范围只在蒸发料上时，电子束轰击产生的温度仅满足蒸发料蒸发所需的温度，尽量避免对坩埚自身的蒸发。由于坩埚的温度较高，不方便直接放置于承载物体上，容易对承载物体造成高温损坏，因此，如图1所示，坩埚本体1外侧设置有水冷系统2，通过水冷系统2降低坩埚本体1外部的温度，使水冷系统2与承载物体接触，避免对承载物体的高温损坏，但水冷系统降低了坩埚本体1的温度，进而影响坩埚本体1内的蒸发料的温度，使得电子束蒸镀装置的能量损失较大，对能量的利用率较低。
45.为了解决上述技术问题，参照图2、图3和图4，本实用新型实施例提供了一种电子束蒸镀用坩埚，以下简称坩埚，其包括坩埚本体1和导电保温托3；其中，坩埚本体1用于容纳待沉积的蒸发料，坩埚本体1的材质的蒸发温度大于蒸发料的蒸发温度，例如，坩埚本体1的材质可以为铜，蒸发料可以为铝。导电保温托3包覆设置于坩埚本体1的外侧，如图2所示，导电保温托3包覆于坩埚本体1的外侧壁和底部，用于保温坩埚本体1。
46.在具体实施过程中，将待沉积的蒸发料放置于坩埚本体1中，电子束蒸镀过程中电子束轰击坩埚内的蒸发料，产生的热量使蒸发料受热蒸发，通过包覆设置于坩埚本体1的外侧的导电保温托3，将热量聚集于坩埚本体1内，减少热量逸散，起到保温隔热的作用；轰击至坩埚内蒸发料上的电子通过坩埚本体1、导电保温托3能够顺利导出。
47.通过上述坩埚的结构和具体实施过程可知，本实用新型提供的一种电子束蒸镀用坩埚中，设置于坩埚本体1的外侧的导电保温托3，能够对坩埚起到保温隔热的作用，减少了坩埚本体1内电子轰击蒸发料所产生的热量的逸散，通过导电保温托3替代了现有的水冷系统2，减小了坩埚的热量损失，使得电子束加热的效率提高。另外，导电保温托3具有导电性，便于轰击到蒸发料的电子能够通过导电保温托3顺利导出，而导电保温托3具有隔绝热量的作用，从而方便将坩埚本体1通过导电保温托3放置于承载物体上，不会对承载物体造成高温损坏。相较于现有技术，坩埚本体1内热量逸散减少，相同时间内蒸发料蒸发量变大，满足大批量蒸发需求。
48.如图2、图3和图4所示，进一步地，在本实施例中，导电保温托3包括多个逐层设置于坩埚本体1的外侧的保温层31。采用多个保温层31逐层设置于坩埚本体1的外侧，使各保温层31之间的导热效率下降，降低各保温层31之间的导热速度，进一步减少热量逸散，起到更好的隔热效果，增大电子束加热的效率，同时，采用多个保温层31分层设置，每个保温层31的厚度较小，方便加工制造。
49.具体地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，保温层31为金属层、导电陶瓷层或石墨层。金属层、导电陶瓷层和石墨层均具有导电性，能够使轰击到蒸发料的电子通过金属层和导电陶瓷层顺利导出。
50.优选地，金属层的材料为耐高温金属材料，具体可以为钼、镍等耐高温金属；导电陶瓷层的材料为耐高温导电陶瓷，具体可以为掺杂有氮化硼或氮化铝等的导电陶瓷。如此设置，防止在电子束蒸镀过程中，耐高温金属材料或耐高温导电陶瓷在高温环境下软化变形，保证导电保温托3具有良好的稳定性，且能够尽量避免非蒸发料的蒸发污染。
51.具体地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，每相邻两个保温层31的材质不同。如此设
置，相邻两个保温层31的材质不同时，不同材质的保温层31的导热性不同，层与层之间的导热效率下降，进一步减少热量逸散。
52.示例性地，导电保温托3包括多个金属层，每个金属层的材质可以相同或不同，每个金属层相互独立，相邻两个金属层之间机械结合，不存在化学混合情况。或者，导电保温托3包括多个导电陶瓷层，每个导电陶瓷层的材质可以相同或不同，每个导电陶瓷层相互独立，相邻两个导电陶瓷层之间机械结合，不存在化学混合情况。或者，导电保温托3包括多个金属层和多个导电陶瓷层，金属层和导电陶瓷层可以任意顺序逐层设置，如金属层位于内层，导电陶瓷层位于外层；或导电陶瓷层位于内层，金属层位于外层；或金属层和导电陶瓷层由内至外交替布置等，各金属层和各导电陶瓷层的材质可以相同或不同，相邻两层之间机械结合，不存在化学混合情况。或者，导电保温托3包括多个金属层、多个导电陶瓷层和石墨层，金属层、导电陶瓷层和石墨层可以任意顺序逐层设置，各金属层和各导电陶瓷层的材质可以相同或不同，相邻两层之间机械结合，不存在化学混合情况。由于金属层、导电陶瓷层和石墨层均具有导电性，如此设置，能够使轰击到蒸发料的电子通过导电保温托3顺利导出，且金属层和导电陶瓷层具有一定的保温性能，热导率可以小于坩埚本体1的热导率。
53.作为优化，导电保温托3包括6-10层金属层或导电陶瓷层，示例性地，导电保温托3包括6层、8层或10层金属层，或者，导电保温托3包括6层、8 层或10层导电陶瓷层，或者，导电保温托3包括总层数为6层、8层或10层的任意数目的金属层和导电陶瓷层组合。通过6-10层金属层或导电陶瓷层，能够进一步减少坩埚本体1内的热量逸散，保温性能更好。
54.在本实施例中，每个金属层的厚度为0.05mm-1mm，示例性地，每个金属层的厚度为0.05mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm或1mm；每个导电陶瓷层的厚度为0.3mm-2mm，示例性地，每个导电陶瓷层的厚度为0.3mm、0.7mm、 1.1mm、1.5mm或2mm。作为优化，每个金属层的厚度为0.3mm-0.5mm，示例性地，每个金属层的厚度为0.3mm、0.4mm或0.5mm；每个导电陶瓷层的厚度为0.8mm-1mm，示例性地，每个导电陶瓷层的厚度为0.8mm、0.9mm或1mm。如此设置，在保证导电保温托3整体保温性能的同时，降低导电保温托3整体厚度。
55.具体地，如图4所示，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电保温托3的最外侧为石墨层311。石墨具有良好的导电性和较高的熔点，便于使轰击到蒸发料的电子通过导电保温托3顺利导出，且在保温过程中不会发生熔化或变形；另外，石墨的导热性随温度的升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体，石墨层311设置于导电保温托3的最外侧时，石墨层311能够有效减少电子束蒸镀过程中导电保温托3的能量逸散，使得导电保温托3具有较好的保温隔热性能，提高电子束蒸镀装置对能量的利用率。
56.作为一种可选的方式，如图3所示，上述的电子束蒸镀用坩埚中，每相邻两个保温层31之间抵接。如此设置，每相邻两个保温层31之间抵接，相邻两个保温层31机械结合，结构简单稳定，加工组装方便。
57.作为另一种可选的方式，如图2所示，上述的电子束蒸镀用坩埚中，每相邻两个保温层31之间通过导电支撑件32固定连接，在每相邻两个保温层31之间形成有隔热空腔，导电支撑件32为耐高温材料。如此设置，每相邻两个保温层31之间通过导电支撑件32固定连接，使得每相邻两个保温层31之间形成有隔热空腔，热量无法直接通过相邻两个保温层31传递，层与层之间的导热效率下降，进一步减少热量逸散，提高电子束蒸镀装置对能量的利用率，而且导电支撑件32具有导电性，便于使轰击到蒸发料的电子能通过导电支撑件32传
导；更优地，导电支撑件32为耐高温导电材料，保证在保温过程中导电支撑件32 不会发生熔化或变形。
58.作为一种可选的方式，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电支撑件32包括设置于相邻保温层31之间位于保温层31底部的支撑块，和/或设置于相邻保温层 31之间位于保温层31侧边的支撑块；示例性地，导电支撑件32包括设置于相邻保温层31之间位于保温层31底部的支撑块，或者，导电支撑件32包括设置于相邻保温层31之间位于保温层31侧边的支撑块，或者，导电支撑件32包括设置于相邻保温层31之间位于保温层31底部和保温层31侧边的支撑块。
59.作为另一种可选的方式，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电支撑件32包括设置于相邻保温层31间的多条支撑棱。
60.通过上述地电子束蒸镀用坩埚的结构可知，相邻保温层31之间通过支撑块或支撑棱固定，使得每相邻两个保温层31之间形成有隔热空腔的同时，结构简单稳定。
61.如图和图3所示，本实施例提供另一种电子束蒸镀用坩埚，其中，导电保温托3包括间隔交替设置的第一保温层以及第二保温层；第一保温层为金属层、导电陶瓷层或石墨层，第二保温层为石墨毡。
62.通过上述地电子束蒸镀用坩埚的结构可知，第一保温层和第二保温层间隔交替设置，能够降低层与层之间的导热效率，减少热量逸散；石墨毡具有耐高温、耐腐蚀性、导热系数小的性能，保证工作过程中第二保温层具有良好的工作稳定性和隔热性能，而且石墨毡还具有一定的弹性，提高导电保温托3抗震能力。
63.进一步地，在本实施例中，上述的电子束蒸镀用坩埚还包括承载设置于导电保温托3的底部的导电基座4，导电基座4形状包括平板型、凹槽型或立方体型。如此设置，通过导电基座4承载坩埚本体1和导电保温托3，用于支撑电子束蒸镀用坩埚，能够通过导电基座4配合电子束蒸镀设备的转动机构带动电子束蒸镀用坩埚转动，同时导电基座4能够将坩埚中的电子导出。
64.具体地，上述的电子束蒸镀用坩埚中，导电基座4为金属基座或导电陶瓷基座。金属基座和导电陶瓷基座均具有导电性，能够使轰击到蒸发料的电子通过导电基座4顺利导出。
65.基于以上任一实施例所描述的电子束蒸镀用坩埚，本实用新型实施例还提供一种电子束蒸镀装置，包括坩埚和电子束发生设备，其中，坩埚为以上任一实施例所描述的电子束蒸镀用坩埚。
66.与现有技术相比，本实用新型提供的电子束蒸镀装置的有益效果与上述技术方案所述电子束蒸镀用坩埚的有益效果相同，此处不做赘述。
67.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
68.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。