[发明专利]一种悬挂式加热系统

说明书

技术领域

本发明涉及高纯度材料加热处理用腔室，尤其适用于薄膜生长的衬底加热腔室以及类似装置。

背景技术

现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料或薄膜材料，这些功能材料必须是高纯的，或者是在高纯材料中有意地掺入某种杂质形成的掺杂材料。为了得到这些高纯度的产品，工艺界也发明了很多制备方法。其中，化学气相淀积（CVD）是近几十年发展起来的制备高纯度材料的新技术。化学气相沉积法大多要求衬底具备一定的温度，部分材料的制备甚至要求衬底温度达到800°以上。因此加热腔室成为此类设备中的一个重要组成成分。

目前来讲，反应器内加热方式可分成以下四类： 

1. 热阻丝加热方式 

2. 射频(RF)感应加热方式 

3. 等离子增强(Plasma)加热方式 

4. 光能加热方式

其中，射频感应加热方式在反应器內裝红外线、紫外线加热灯管来引入热源，将只会对衬底或衬底的载具加热，而不会对反应腔的炉壁加热，此类设计称作“冷壁反应器”(cold-wall reactors)。然而，在一些的冷壁反应器的系统中，还是会发生炉壁被加热的情形，所以就必须借助冷却炉壁(通入冷却循环水)的方式来降低或避免在炉壁上反应或沉积薄膜。反应炉管的几何形状由反应压力和热源供应方式严格限制著，成为影响产量的一个重要因素。等离子增强加热方式又由于其镀膜时热稳定性的问题无法大量生产。光能加热方式虽然使沉积薄膜在极低的温度下进行，但是它也受到低温沉积薄膜所帶来的低密度及分子污染的困扰。

所以，目前主流的CVD加热方式依然是热阻丝加热方式。热阻丝加热是一种在反应腔室中可控性较强和性价比较高的加热方式。实际使用中，热阻丝主要采用三区加热加热板的方式，加热板的温度均匀性受到一定的限制，进而导致镀膜不均匀，影响成品质量。因此，如何对衬底进行持续均匀的加热是生产中急需解决的核心问题。

发明内容

针对以上提到的问题，提出本发明。

本发明的内容是提供一种可将样品悬挂加热的加热腔室、尤其是薄膜生长的衬底加热系统的构造方案，具有加热温度高、加热均匀、成膜均匀质量高的特点。

本发明涉及的加热系统，参考说明书附图1，主要包括加热部件（1-3）、隔热部件（4-6）以及悬挂夹持部件（7-9）。

其中上述所述的加热部件又包含：被加热样品（1），即薄膜生长的衬底，如金属铜或氮化硅等等；加热板（2）采用耐高温的钼等材料；发热热阻（3）不采用常规的加热丝，而采用钨片或钼片，以最大程度的提高加热均匀性；被加热样品（1）、加热板（2）、发热热阻（3）三者紧密贴合。加热部件至少还要包含三组导线、多组温度控制器件。

上述的隔热部件包括三层桶状隔热板（4-6），其中两层（4、5）采用钼等耐高温材料，最外层（6）可采用不锈钢材料以最大程度降低成本。

悬挂夹持器件包括：至少三组弹簧装置（7）对加热样品（1）进行支撑，使用悬挂支撑架（8）将加热样品（1）、加热板（2）、发热热阻（3）进行悬挂放置，悬挂放置方法可最大程度的释放由于高温膨胀引发的形变；固定装置（9）用于支撑整个加热腔体，并将其固定于法兰板之上；或许还需要可用于将加热腔体连接在外部设备的固定支架。

本发明的主要优势在于：

1.    利用本发明的加热系统的设计方案，可以将样品悬挂加热；

2.    本发明涉及的加热部件又包含加热样品、加热板、发热热阻，三者紧密贴合，通过悬挂放置方法，可最大程度的释放由于高温膨胀引发的形变，有利于生长出高质量的薄膜材料；

3.    本发明涉及的发热热阻不采用常规的加热丝，而采用钨片或钼片，以最大程度的提高加热均匀性；

4.    本发明涉及的隔热部件包括三层桶状隔热板，逐层隔绝外界与加热热阻的热能交换，使热能达到最大利用。

 

附图说明：

图1. 本发明涉及的加热系统的结构示意图，其中：加热样品（1）、加热板（2）、发热热阻（3）、三层隔热板（4-6）、弹簧支撑装置（7）、悬挂支撑架（8）、固定装置（9）。

图2. 本发明涉及的加热系统的平面示意图，其中：加热样品（1）、加热板以及发热热阻（2）、三层隔热板（3-5）。

图3. 可使用本发明加热装置的CVD薄膜生长原理示意图，其中：加热系统（1），加热系统电源（2），加热系统悬挂装置（3），反应气体质量流量器（4）。

具体实施方式：