[实用新型]新型体发热加热器

说明书

本实用新型属于加热器制造技术领域，特别是利用半导体材料制做加热器的技术领域。

众所周知，利用电、火、光等制做的各种各样的加热器五花八门，对于半导体工业、实验室等高科技领域使用的较精密的加热器多数是采用电热丝加热的方法，在分子束外延等精密设备的高真空或充隋性气体的情况，也有采用钽或钼等材料加热的。但对于近年来引人注目的高温超导薄膜的制备等工作，无论是采用磁控溅射，还是激光镀膜等方法，都要求基底表面温度达到700－800℃，甚至更高。由于工艺的要求与限制，难以在基底周围加保温罩等恒温装置，更不能在高温炉中去完成，加上镀膜过程是在氧气气氛中进行的，因而用一般的加热材料，无论是做发热体，还是均恒温体，都是难以满足这种高温氧化的苛刻要求的。在目前制备超导薄膜等工作中，有人用白金丝做加热丝，有人用卤灯做加热源，也有人用激光加热等，这些做法尽管成本昂贵，设备复杂，也还是不够理想。因为如图1所示，图1是用加热丝做的加热器，用加热丝的加热器，一般都由炉体（1），加热丝（2）和均恒温体（3）三部分组成。在制备超导薄膜等工作时，基片（4）放在均恒温体（3）上。实验结果表明，均恒温体（3）表面温度达到700－800℃时，加热丝（2）的温度比均恒温体（3）的表面温度高300℃以上，也就是说加热丝（2）的温度已上千度。因此，既使采用白金丝做加热丝（2），由于弯曲处的应力等原因，也时常被烧断。另外，做为均恒温体（3）的材料选取也是困难的，因为金属等热的良导体材料包括钽、钼等，难以承受氧气氛下的高温，其本身的挥发性也是不容许的。但选用其它不易氧化和挥发而又能耐高温的材料，其导热性又不太好，因而均恒温作用又不太理想。利用卤灯或激光等方法加热，设备和工艺更为复杂，均恒温体（3）也难以去掉。目前很多人采用不锈钢加热，但其能达到的加热温度是难以满足需要和要求的。十多年前，在做分子束外延时，也曾有人对做为外延基底的硅片直接加热，但并没做成对别的物体加热的加热器，又因没有解决由于硅片在加热时电阻的正反馈致使温度偏移甚至熔化烧毁等问题，而早已不被人们采用。因此，能提供平面大面积恒温区的加热器是目前制备超导薄膜等工作急待解决的问题。参考文献：

1、沈阳科学仪器研制中心“磁控溅射镀膜机”说明书。

2、M.F.Davis    et    al.，J.Apppl.Phys.69（10），7182（1991）.

3、C.Romeo    et    al.，Physica    C    180，77（1991）.

4、M.Kawajl    el    al.，Thin    Solid    Films    58，183（1979）.

本实用新型的主要目的就是为了克服上述已有技术的缺点和不足，提供一种具有大面积平面或任意形状恒温区的，既是加热体又是恒温体的用半导体材料做有电极的新型体发热加热器。

本实用新型利用单晶硅、锗、砷化镓化学性质稳定，熔点高，材料均匀性极好，电阻率随着温度的升高而减小等特点的半导体材料，将其切割成一定厚度的长方形、方形、园形等薄层，在其两端做上电极，成为体发热加热器。

下面结合附图对本实用新型进行详述。图2是体发热加热器结构示意图。发热体（5）可用本征半导体材料或是掺杂的硅、锗、砷化镓等半导体材料做成，需要较高电压小电流加热时，选取高阻半导体材料，需要低电压大电流加热时，选取低阻半导体材料，按照加热要求把它制成片、棒、筒、管、槽或块状，然后采用镀涂或压接等方法在两端做上电极（11），在电极之间加电源（6），当电流流过时，半导体材料自身发热而升温，即可通过调节电压和电流来调节温度。

如前所述，由于硅、锗、砷化镓等半导体材料在加热时，其体电阻的变化是一个正反馈，即温度越高电阻越小，电阻越小电流越大，电流越大温度越高，这个正反馈很可能使做为发热体（5）的半导体材料被溶化烧毁。为了克服这一问题，电源最好是使用恒流源，但大电流的恒流源不易获得，我们可以在加热器和电源（6）的回路里串联一个0.3－300    的电阻R，这个电阻具有抑制电流的负反馈作用，它可以抑制和抵消半导体材料本身的电阻正反馈，起到良好的稳定作用，如图2所示。