一种用于真空设备中基片加热的加热器

1.本发明涉及薄膜材料以及相关的应用科学领域，特别是涉及一种用于真空设备中基片加热的加热器。


背景技术：

2.薄膜材料以及相关的应用科学是一门新兴而蓬勃发展的领域。纳米技术是当今各个国家都重点发展的技术，而其薄膜技术是纳米材料技术中重要且相对成熟的分支。不论是在学术界，还是在工业界，大量的精力用于研究薄膜材料的生长和制备以及性质的研究。当前薄膜制备手段很多，殊如脉冲激光沉积(pld)，磁控溅射，热蒸发，化学气相沉积(cvd)等。这些技术手段各有优点，用于制备不同需要的薄膜。而薄膜生长多需要在一定的基片温度下进行，低至100摄氏度，高至1000摄氏度。生长的气体氛围也与生长的薄膜以及计量比的控制需求有关，有还原性气体氛围，也有强氧化性气体氛围，也有真空状态。这对加热基本的加热器提出了严格的要求。当前工业界主要的加热技术有激光加热和pyrolytic boron nitride(pbn)加热器。激光加热器很昂贵，而且对系统兼容器不好，需要光路设计。pbn加热器相对便宜，但不适用于臭氧氛围，有可能有污染性气体释放，造成薄膜污染。因此目前亟需一种新型的用于真空设备中基片加热的加热器。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种用于真空设备中基片加热的加热器，以解决上述现有技术存在的问题，使其具有低成本、高兼容性的特点，并且能用于不同的环境氛围。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于真空设备中基片加热的加热器，包括：
5.加热单元，所述加热单元包括导热体，所述导热体的任一表面设置为平整面，所述平整面用于热接触被加热的基片，所述导热体通过粘胶封装有加热件，所述加热件具有引脚；
6.电流控制单元，所述电流控制单元与所述引脚相连，所述电流控制单元通过控制所述加热件的电流来控制加热功率；
7.固定单元，所述加热单元和所述电流控制单元均安装于所述固定单元上，所述固定单元包括放置板，所述加热单元设置于所述放置板上，所述放置板上设置有固定件，基片通过所述固定件安装于所述平整面上。
8.优选的，所述导热体包括至少两层导热层，且相邻的所述导热层之间设置有间隙，位于最外层的任一所述导热层设置有所述平整面，所述加热件通过粘胶封装于相邻的所述导热层之间，所述引脚沿所述导热层之间的间隙伸出。
9.优选的，所述导热层包括陶瓷板，所述陶瓷板为矩形板结构，所述陶瓷板的数量为两个，任一所述陶瓷板设置有所述平整面，另一所述陶瓷板设置于所述放置板上。
10.优选的，所述加热件包括加热丝和设置于所述加热丝端部的所述引脚，所述加热
丝通过陶瓷胶封装于两个所述陶瓷板之间，所述电流控制单元通过控制所述加热丝的电流来控制加热功率，所述加热丝设置有多个相互连接的折弯段，多个所述折弯段之间相互平行，多个所述折弯段沿所述陶瓷板的长度方向顺序排列，且每个所述折弯段的长度与所述陶瓷板的宽度相适配。
11.优选的，所述电流控制单元包括至少两个电极，所述引脚与所述电极之间电连接。
12.优选的，所述固定单元还包括基座，所述电极设置于所述基座与所述放置板之间，所述基座可拆卸连接于样品台上，所述样品台上设有电极刷，所述电极刷用于接触所述电极。
13.优选的，所述放置板上贯穿开设有通槽，所述加热单元设置于所述通槽处，且所述通槽的尺寸大于所述陶瓷板的尺寸，所述通槽的边角处固定有搭接台，未设置所述平整面的所述陶瓷板的边角搭接于所述搭接台上。
14.优选的，所述通槽的四周设置有多个螺柱，所述螺柱依次贯穿所述放置板、所述电极和所述基座，所述固定件包括至少两个压片，所述压片将基片压合于所述平整面上，所述螺柱贯穿所述压片，且所述螺柱与所述压片之间设有压紧螺母，所述放置板与所述电极之间的所述螺柱部分设置有两个压紧螺母，所述电极与所述基座之间设置有压紧螺母。
15.优选的，所述压紧螺母与所述电极之间压合有绝缘陶瓷垫片。
16.优选的，所述压片的数量为两个，两个所述压片均位于所述平整面的上方，且两个所述压片对称设置。
17.本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的用于真空设备中基片加热的加热器包括加热单元、电流控制单元和固定单元，由固定单元将加热单元和电流控制单元进行位置固定，加热单元包含导热体以及加热件，其中导热体有一表面必须光滑平整，即平整面，保证平整面的平整度，以用于热接触被加热的基片，加热件放置于导热体内，并通过粘胶进行封装，伸在外面的引脚可以用来连接电流控制单元，电流控制单元通过控制加热件的电流来控制加热功率，从而控制基片温度，本发明的加热器用于薄膜生长时基本加热，其能够根据不同的需要，相应改变其加热件的材料来满足应用，例如对于较高温度的加热(》1200℃)，加热件选用高熔点材料，对于活性气体氛围，可以选用惰性材料为加热件材料，安装时仅需要将该加热件通过粘胶封装在导热体内即可。本发明公开的用于真空设备中基片加热的加热器，其是一种能用于不同的环境氛围的加热器，其具有更低的成本，以及更高的兼容性，能满足各种需要。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明加热单元的结构示意图；
20.图2为本发明加热单元的内部结构示意图；
21.图3为本发明用于真空设备中基片加热的加热器的结构示意图；
22.图4为本发明放置板的俯视图；
23.图5为本发明作为一种优选的实施方式中，加热单元的结构示意图；
24.其中，1为引脚，2为放置板，3为陶瓷板，4为加热丝，5为陶瓷胶，6为电极，7为基座，8为通槽，9为搭接台，10为螺柱，11为压片，12为压紧螺母，13为绝缘陶瓷垫片，14为发热膜，15为导热套，16为陶瓷封装壳，17为散热孔，18为加强筋，19为导线，20为第一绝缘封板，21为第二绝缘封板。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.参照图1-4，本发明提供一种用于真空设备中基片加热的加热器，本发明的加热器可应用于超高真空系统以及需要工艺气体条件下的真空设备中的加热应用。具体来讲，典型的应用包括用于真空中的基本加热退火和薄膜制备中的基本加热，其具体的结构包括：
28.加热单元，加热单元包括导热体，导热体的任一表面设置为平整面，平整面用于热接触被加热的基片，导热体通过粘胶封装有加热件，加热件具有引脚1；
29.电流控制单元，电流控制单元与引脚1相连，电流控制单元通过控制加热件的电流来控制加热功率，从而控制基片温度；
30.固定单元，加热单元和电流控制单元均安装于固定单元上，固定单元包括放置板2，加热单元设置于放置板2上，放置板2上设置有固定件，基片通过固定件安装于平整面上。
31.使用时，由固定单元将加热单元和电流控制单元进行位置固定，其中，将加热单元置于放置板2上，加热单元包含导热体以及加热件，其中导热体有一表面必须光滑平整，即平整面，保证平整面的平整度，以用于热接触被加热的基片，加热件放置于导热体内，并通过粘胶进行封装，伸在外面的引脚1可以用来连接电流控制单元，电流控制单元通过控制加热件的电流来控制加热功率，从而控制基片温度，本装置用于薄膜生长时基本加热，其能够根据不同的需要，相应改变其加热件的材料来满足应用，例如对于较高温度的加热(》1200℃)，加热件选用高熔点材料，比如钨；对于活性气体氛围，可以选用惰性材料为加热件材料，比如铂金丝，铂铑合金丝等；安装时仅需要将该加热件通过粘胶封装在导热体内即可。
32.进一步优化方案，导热体包括至少两层导热层，且相邻的导热层之间设置有间隙，位于最外层的任一导热层设置有平整面，加热件通过粘胶封装于相邻的导热层之间，引脚1沿导热层之间的间隙伸出，导热层最少有两层，导热层的层数越多，位于导热层间隔处的加热件数量越多，且这些加热件均通过引脚1连接电流控制单元，使用者能够利用电流控制单元合理调整各个加热件的电流，以提供合理的加热功率。
33.作为一种优选的实施方式，导热层包括陶瓷板3，陶瓷板3为矩形板结构，陶瓷板3的数量为两个，任一陶瓷板3设置有平整面，另一陶瓷板3设置于放置板2上，加热件包括加热丝4和设置于加热丝4端部的引脚1，加热丝4通过陶瓷胶5封装于两个陶瓷板3之间，电流控制单元通过控制加热丝4的电流来控制加热功率，加热丝4设置有多个相互连接的折弯
段，多个折弯段之间相互平行，多个折弯段沿陶瓷板3的长度方向顺序排列，且每个折弯段的长度与陶瓷板3的宽度相适配。以上结构使得加热单元通过利用液态陶瓷胶5把加热丝4和平整的陶瓷板3封装制成，其中有一块陶瓷板3有一表面必须光滑平整，以用于热接触被加热的基片。
34.进一步优化方案，电流控制单元包括至少两个电极6，引脚1与电极6之间电连接。伸在外面的引脚1可以用来连接电极6。通过控制加热丝4的电流来控制加热功率，从而控制基片温度。
35.进一步优化方案，固定单元还包括基座7，电极6设置于基座7与放置板2之间，基座7可拆卸连接于样品台上，样品台上设有电极刷，电极刷用于接触电极6。基座7用于把加热器插入一个样品台上，一般样品台上有电极刷，用于接触电极6，从而可以通上电流，对加热单元进行加热。
36.进一步优化方案，放置板2上贯穿开设有通槽8，加热单元设置于通槽8处，且通槽8的尺寸大于陶瓷板3的尺寸，通槽8的边角处固定有搭接台9，未设置平整面的陶瓷板3的边角搭接于搭接台9上。陶瓷板3只有四个角和放置板2有小的接触(即陶瓷板3的边角与搭接台9的连接处)，这样可以避免加热单元和放置板2的热交换，一方面减少加热功率的流失，一方面可以让加热单元周边的部件处理低温状态，从而形成局域的加热，这对真空中减少可能的交叉污染是很有帮助的。
37.进一步优化方案，通槽8的四周设置有多个螺柱10，螺柱10依次贯穿放置板2、电极6和基座7，固定件包括至少两个压片11，压片11将基片压合于平整面上，螺柱10贯穿压片11，且螺柱10与压片11之间设有压紧螺母12，放置板2与电极6之间的螺柱10部分设置有两个压紧螺母12，电极6与基座7之间设置有压紧螺母12。通过旋拧各个压紧螺母12，可以将压片11紧紧扣压住基片，并且可以使得放置板2、电极6和基座7之间进行紧固。
38.进一步优化方案，压紧螺母12与电极6之间压合有绝缘陶瓷垫片13，使得电极6和螺柱10用绝缘陶瓷垫片13电绝缘隔离。
39.进一步优化方案，压片11的数量为两个，两个压片11均位于平整面的上方，且两个压片11对称设置，通过两个压片11将基片压合在陶瓷板3的表面。
40.加热单元固定在一个金属板上(即放置板2)。加热丝4的引脚1固定在电极6上。电极6和加热单元的四根螺柱10用绝缘陶瓷垫片13电绝缘隔离。基座7用于把加热器插入一个样品台上，一般样品台上有电极刷，用于接触电极6，从而可以通上电流，对加热单元进行加热，并且陶瓷板3只有四个角和放置板2的通槽8处的搭接台9有小的接触，这样可以避免加热单元和放置板2的热交换，一方面减少加热功率的流失，一方面可以让加热单元周边的部件处理低温状态，从而形成局域的加热，这对真空中减少可能的交叉污染是很有帮助的。由于陶瓷胶5在固化后可以在高温下(最高达1400℃)使用，并且不会真空放气，以及陶瓷板3可以选用可以承受一样高温的氧化铝陶瓷，因此本装置可以在高温下使用。在选用惰性金属的情况，如使用铂、铂铱、铂铑等合金，则可以使用于一些需要气氛的环境中，如氧气、臭氧等。在无气氛的真空环境中则可以选用钨或镍铬合金等相对廉价的金热丝材料。
41.作为一种优选的实施方式，参照图5，本发明的导热体可以为陶瓷封装壳16，加热件可以为发热膜14，发热膜14设置于陶瓷封装壳16内，并且发热膜14外侧罩设有导热套15，导热套15外侧壁与陶瓷封装壳16内侧壁紧贴，发热膜14通过多个加强筋18架设于导热套15
内，利用发热膜14作为加热件，利用其架空于导热套15内的设计可以减缓加热效率，避免传热过快对薄膜加热造成干扰，在导热套15上开设多个散热孔17，能够提高传热效率，这样也避免了传热过慢的问题出现，陶瓷封装壳16以及导热套15同侧均开设开口，在开口处分别设置第一绝缘封板20、第二绝缘封板21，需要更换加热件材料时，开启第一绝缘封板20、第二绝缘封板21即可将发热膜14取出，根据需要更换其材料，另外将发热膜14封装之后，其导线19穿出第一绝缘封板20、第二绝缘封板21即可连接电流控制单元，例如电极6，通过控制发热膜14的电流，进而控制加热效率。另外需要说明的是，上述实施方式也适用于加热丝4，若使用加热丝4，则将其盘绕成多个折弯段后，通过加强筋18架设在导热套15内即可。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明，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发明的限制。
43.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。