[实用新型]一种采用正弦驱动的软动作快门

说明书

本发明涉及一种真空系统或非真空系统专用的设备部件，特别是用于超高真空系统中分子束外延设备上的快门部件制造技术领域。

分子束外延（Molecular  Beam  Epituxy简称MBE）技术是七十年代发展起来的一项实现半导体“能带工程”的、超薄层材料制备技术。分子束外延设备上的快门（Shuttr）装置是整个设备的动态核心装置。它的结构设计和工作性能都对外延材料的生长有着直接影响。为了适应超晶格多量子阱材料制备的需要，改善与快门开关有直接关系的材料界面的质量，使外延材料的晶体质量稳定在器材材料的水准。世界上几大公司投入很大人力、物力研制。迄今为止，国内外的MBE设备上的快门装置的运动方式分为两大类：旋转运动方式和直线运动方式。经专利文献检索欧洲专利0231658号和0335267A2号所涉及的MBE设备中的快门都采用旋转运动。采用旋转运动的快门需与分子束束源安装在同一曲面法兰上，如图1所示。图1是旋转运动快门装置示意图。当快门发生故障时，须将大法兰拆卸后才能进行修复，而0335267A2号欧洲专利涉及的快门中的安装与修复必须将上端大法兰拆卸后才能实现。这种空间设置对安装与维修及不方便。

而采用直线运动方式的快门，与束源不是安装在同一曲面，与装有束源的整体法兰没有装配关系，可以独立的安装与拆卸。这种快门与束源的空间配置被公认为是比较合理的。八十年代中期研制并使用的直线运动快门是采用电磁驱动方式。即在快门的真空管外部套有一个环形线圈。当电流通过时，环形电流产生的电磁力将推动真空管内的磁铁运动，以实现快门开关的目的。这种电磁驱动的快门的优点是：反应速度快，一般行程55mm只需0.1秒，这对于超薄层均匀生长外延膜是十分有利的。但由于这种机构无减速装置，开关到位时撞击强烈，震动整个外延生长室，严重影响外延材料的质量。首先，开关快门的强震动引起真空“尘埃”下落，影响材料的界面质量；其次，低溶点的材料（例如：镓Ga）的液滴会聚集到快门的挡板上，当快门开关时这些液滴（例如镓滴）会因强烈的撞击而被甩到基片衬底上。若采用ALE（原子层外延）生长方式时，快门必须频繁开关，这种情况就愈加显得严重。一个两  的基片。往往因甩上了很多镓滴而大幅度降低其的使用面积；再有，强振动易引起挡板脱落，降低快门的工作寿命。

另外英国VGsemicon公司也研制了无振动的直线运动快门，又称软动作快门，虽是采用正弦机构做为传动方式，但是他们的软动作快门存在以下缺点：

一、动力源采用气体源，为了驱动气阀，必须为快门配备气瓶和配置气路控制系统，并为其自动开关设计新的计算机控制系统。

二、快门的外形结构上，径向布局设计采用二次偏心方案：导杆运动的真空管相对装配法兰有一次偏心；运动导杆相对真空管又有一次偏心。这种设计加工难度大，累计的加工误差会导致装配难度的增加，而且外形不对称，造形不美观，见图（2），图2是软动作快门径向二次偏心结构示意图。

三、反应速度慢。由于零部件设计过大（体积），负载过重，快门从开状态到开闭状态，行程55mm用时0.5秒。虽然克服了碰撞，实现了无撞击运动，但牺牲了反应速度。对超晶格微结构的均匀外延有一定的影响。

四、快门工作时无反馈装置，在外延生长过程中，一旦气路或气阀出现故障，由于没有反馈装置，既不报警也不中断生长，易造成外延片的报废，浪费人力物力。虽然英国VGsemicon公司已研制出这种软动作快门，由于MBE系统是西方巴黎统筹委员会对社会主义国家禁运项目，我们是买不到的，必须自行研制。

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足和缺点，为了实现无接触动力传动，既提高软快门的反应速度又在驱动时无振动，以获得高质量超晶格量子阱材料；为了尽可能减少部件主体以外附属件数量，从而使部件简单实用，造型对称美观和利于实验室整洁和实验人员操作；为了利用反馈信息，保证快门开关到位，实现计算机闭环控制；为了打破西方巴黎统筹委员会对我们禁动MBE系统，实现MBE系统国产化；从而提供一种由步进电机、传动件、轴承、滑块、内、外磁环组、固定杆、活动标、光电系统组成的光电控制，电机驱动、磁力耦合的正弦运动的软动作快门。