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半导体致冷恒温浴槽
半导体致冷恒温浴槽
但与携带气体流量有关 ， 而且与源液 的饱和蒸气压有关． 控制反应源的流量的简单方法是用质量流量计铡 出携带气体的流量以及谭瓶之后的携带气体与源蒸气的混合气体 的质量流量 ， 通过计算机 系统算出源蒸 气的流量， 将其与给定值进行比较用其差值控制携带气体的流量和( 或) 控制源瓶压力 ， 实现输出一个恒定 反应源流量．这种方法有时候是可以满足实验或工业生产的要求． 但是 ， 这种方法有一个缺点． 所用液体源 的饱和蒸气压与温度呈指数关系(e   ) ， 如果温度变化一点， 流量就会增加或减少很多 ， 要维持源流量恒 定 ， 就得改变携带气体的流量．有的要求大流量的携带气体 } 有 的则要求小流量的携带气体． 由于反应室一 般控制在一定压强下工作 ， 过大携带气体流量势必加大反应室后方的捧气系统． 有时这是不可能实现的．  因此 ， 新的方法孕育而生． 采用源瓶温度恒定 + 维持或改变携带气体流量， 以满足实验条件要求． 在超高真 空外延系统中 ， **控制源瓶温度就是一十很好的手段． 为此我们设计了能够满足以上要求可**控制源瓶温度恒定的半导体恒温槽装置． 将反应源瓶放置在恒温槽内， 维持恒温槽内温度恒定 ， 反应源瓶温度也 就 恒定 了
2 装置结构
本文介绍了一个高真空反应室异质外延 一 A 1   O   ／ S i 专用**基铝源瓶恒温槽． 这个恒温装置采用半 导体致冷器件安装而成． 其结构如 图 1所示． 该装置分四大部分 ： 
( 1 )恒温糟 ：它是恒温装置的核心部分+ 它的任务是保持 C VD液体源源瓶恒定在所需温度． 
( 2 )沮控仪 ：它是将恒温槽的温度信号与给定温度进行比较后， 输出一个控制信号 ， 控制功率转换器． 
温控仪是一个独立部件， 是惟一不与恒温槽共体部件 ， 可以安装到方便操作的任意地方． 
( 3 )功率转换 ： 它是以 2 2 0 V交流电作为电源， 在温控仪控制信号的控制下 ， 交流电转换成可控直流电源． 提 供 给恒温槽 的致 冷 器件 ， 使 其 产 生温 差 ， 实 现低温恒温槽总 保持 在 一十恒 定 温度上 ． 
( 4 )恒温介质搅拌器 ：由于恒温介质渡体总有一定 牯度又受半导体致冷器件 、 液体源源 瓶、 恒温槽 及周甩 环境温度的影响，依靠自然对流是不能保持其各处温度 不变， 搅拌器的作用就是 消除这种影响． 使恒温液体舟
质温度处处恒定．  恒温槽的外形尺寸可根据反应源瓶的尺寸而定． 为 Al   O。 ／ S i的外延装置设计的R寸为 ： 3 5 0 ×2 0 0 x   4 6 6 
( r am  ) ． 恒温槽 内容积为 4 L   耗电总功率约 ] 0 0 W． 
3 半导体致冷恒温浴槽
装置的性能特点及其应用
由于源瓶温度在外延生长中的重要作用． 控制源温 极其重要． 为使参与系统 反应源的源 瓶获得恒定的温 度，从控温线路和结掏两方面考虑， 经过认真设计， 温控 线路采用国产 7 0 2 温控仪或 日本进 口岛电公司 S R25高精度温控仪控温 ， 保证了反应源流量的高度稳定 从而能生长出高质量的薄膜 j ．  在实际外延系统中，工作源瓶浸泡在恒温介质渡体中， 介质液体盛在一十 叫“ 内胆  的容器 内  内胆 又被绝热固体介质材料包裹着 ，放在一十箱体内． 使液体恒温的方式有两种 ： 一种为 内冷式； 另一种为外冷 式． 前者是将半导体致冷器件直接牯 附在“内胆  外侧． 通过 内胆壁传导热流， 选刊液体恒温的目的； 后者是 将半导体致净器件直接插入“ 内胆”内的恒温穰体介质中． 内冷式和外冷式两种致冷方式各有特点． 外冷式 作用直接 ， 便 于拆装， 但致冷部件结构较复杂， 可利用的周围空阿小， 不利于外 延生长薄膜过程的操作． 内 冷式结构简单 ， 但维修拆装时需将整个恒温槽外壳打开． 无论是哪一种方式的恒温槽 ， 热源不可能包围整十液体 ． 要达到液体温度均匀， 都需要搅拌． 常用的搅 拌是用 马达带 动装有叶片的搅拌 杆进行搅拌． 这种方式 的搅拌是将 马达固定在槽外 ， 搅 拌杆和叶片放 入 液体 内． 这 样 既 占 用 了外 面的空 间又占用了液体介质空间， 同时液 体介质的温度分布也不稳定． 现在 采用 了新 型的搅 拌方式一 磁 搅 拌， 见图 1 ． 图1中标出了搅拌器的 位置 ， 它在恒温介质液体中 的那一 图 2 搅拌器结掏的详细示意图 部分是一个装上永磁体的叶轮 ， 详细说明见图2 ． 图中画出了一十有转动轴承的叶轮t 轴可以固定在 内胆的 底板上 ， 也可以固定在轴托上． 轴托是一块 自由浮动的无磁不锈钢板， 用来保护内胆底盘不受磨损， 叶轮转 动的原理如下： 在 内胆的下方放置一十旋 转磁场． 这十旋转磁场可以用马达带动恒磁磁体转动形成， 也可 以用电磁体形成， 象普通异步交流电机的定子那样 ， 只不过要求设计的旋转磁场一定要转速可控无论那种 方式 ，通电后内胆内的叶片旋转， 使胆 内液体产生漩涡． 这种漩涡的效果是胆内底部的灌体作离心旋转． 旋
转着的液体到达底盘边沿后， 边旋转边沿着内胆侧壁上升， 当到达上表 面时形成 向心的涡流， 在涡心处的
半导体致冷恒温浴槽
液体又向下流向叶轮片， 如此往复， 形成恒温介质的强对流． 高温 区的恒温介质液体被带到致冷区冷却 一 又
将低温医的液体带到高温区加热． 由于涡旋强度可控， 热源和冷源引起 的恒温介质的温差将被强迫对流所
消除， 所以整十液体介 质温度维持恒定． 同时， 固定在轴托上的叶轮的位置受旋转磁场控制． 这样一来， 适
当固定反应源源瓶与 内胆底盘下部的旋转礁体的相对位置， 使它们的轴心保持在同一垂线上 t 永磁体叶轮
的轴心自然地与前者的轴心保持在同一垂线 上 ， 保证下降着的恒温介质液体围着反应 源 的源瓶旋转下降， 高效率地维持温 度恒 定精度． 本装置在 中国科学院半导体研究所 C VD  系统中使用， 反映良好， 尤其是温度均 匀性及 控温精度都优于进口的用压缩机作冷源 的恒 温装置． 一个内玲式容积 4 L的恒 温装置． *  h  低温度 可达 一3 0 U．图 3是该装置与进 口恒 温装置的控温精度 曲线 比较 ， 纵座标  为温 度， 横座标  为离液面的高度．图中曲线是在 液槽中纵 向( 从表面到 槽底) 两个 位置上 ( 中
心位置和边 角位置) 测试的结果． 从图中看到 半导体制 冷恒温 装置 ( 加搅拌) 温度起 伏小 ，  约 在 土 0 ．0 5～ 土0 ． 1 ℃之 间． 而 机 械 制 冷 式 盛 搅 拌 式 -盛 搅 # 式  · 进 口机 挂致 持
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