多区坩埚设备的制作方法

1.本发明涉及感应加热材料的方法和设备。
2.背景
3.包含在坩埚内的材料可以通过感应加热来加热，由此电功率被施加到布置在坩埚周围的一个或多个感应线圈。电功率的施加在材料内或材料周围的传导材料内感应出涡电流，从而加热材料。加热材料可能导致材料熔化和蒸发。希望以有效的方式蒸发材料。


技术实现要素：

4.根据本发明的第一方面，提供了一种坩埚设备，包括坩埚和围绕坩埚布置的一个或多个感应线圈。在向一个或多个感应线圈施加电功率时，在坩埚的至少第一部分中产生第一热区，并且在坩埚的至少第二部分中产生第二热区，其中第一热区的第一热特性不同于第二热区的第二热特性。在坩埚中产生具有不同热特性的第一热区和第二热区可以提供独立控制坩埚中热区的能力。独立控制热区可以允许一个区域，例如第二热区，被配置在较高的温度。在一些实施例中，坩埚设备可以提供一种简单有效的方法，允许坩埚中的材料保持在2000摄氏度以上，而不需要另外的加热系统，例如电子枪系统。这种配置可以提供一种在坩埚中产生材料的高压蒸汽能量的有效方式。
5.第一热区可以位于坩埚的基部和坩埚的第二部分之间。第一热特性可以是第一热区的第一温度，第二热特性可以是第二热区的第二温度。第二温度可以高于第一温度。将较低温度的第一热区配置在较高温度的第二热区下方，可以最小化坩埚内包含的材料的喷溅和飞溅。这是因为第一热区中的材料以比第二热区中的材料低的速率加热。
6.一个或多个感应线圈可以包括围绕坩埚的第一部分布置的第一感应线圈和围绕坩埚的第二部分布置的第二感应线圈。第一电功率可被施加到第一感应线圈，第二电功率可被施加到第二感应线圈。第一电功率可以不同于第二电功率。向第一和第二感应线圈施加不同的电功率允许坩埚中的第一和第二热区具有不同的热特性，例如不同的温度。独立地控制施加到感应线圈的电功率，并因此独立地控制热区的热特性，可以更好地控制坩埚中材料的加热。
7.第一冷却系统可以布置成冷却第一感应线圈。类似地，第二冷却系统可以布置成冷却第二感应线圈。感应线圈的冷却可以防止对感应线圈过加热和损坏。第一冷却系统和/或第二冷却系统可以是水冷系统。使用水冷系统可以提供一种将热能从感应线圈转移走的更有效方法。具有第一冷却系统和第二冷却系统可以允许冷却系统被独立控制。这提供了向第一和第二感应线圈施加不同量的冷却的能力，第一和第二感应线圈本身可能处于不同的温度。
8.可以在一个或多个感应线圈和坩埚之间设置绝缘体，这可以抑制或限制热能从坩埚的传递。限制热能从坩埚的传递可以保护感应线圈免受坩埚热量的影响。绝缘体可以是膨胀石墨绝缘材料。耐火材料可以至少部分地布置在一个或多个感应线圈周围。类似地，耐火材料可以限制热能从坩埚的传递，从而保护感应线圈免受坩埚热量的影响。
9.坩埚设备可以布置成使得在将电功率施加到一个或多个感应线圈时，引起对坩埚的加热，从而至少部分地加热坩埚内的材料。加热坩埚内的材料可以使材料蒸发，使得材料可以沉积在基底上。
10.当坩埚设备在使用中时，控制系统可以布置成接收代表第一热特性或第二热特性中的至少一个的测量的测量数据。控制系统还可以布置成当坩埚设备在使用中时，基于测量数据控制施加到一个或多个感应线圈的电功率。接收第一和/或第二热特性的测量数据可以提供控制施加到感应线圈的电功率的有效方式。测量数据可以用作反馈回路的一部分，以便自动保持第一和/或第二热特性，而不需要人工干预。
11.当第一热特性是第一热区的第一温度并且第二热特性是第二热区的第二温度时，温度传感器可以布置成获得测量数据。因此，控制系统能够控制第一和/或第二热区的温度。对于第一热区中的材料，这可以提供保持第一热区的温度的能力，使得坩埚中的材料以期望的速率例如恒定的速率被加热。对于第二热区中的材料，这可以提供保持第二热区的温度的能力，使得坩埚中的材料以期望的速率蒸发，例如恒定的速率。
12.当第一热特性是第一热区的第一温度时，控制系统可布置成控制施加到一个或多个感应线圈的电功率，使得第一温度满足或超过当坩埚设备在使用中时用于熔化将由坩埚设备加热的材料的第一温度阈值。
13.当第二热特性是第二热区的第二温度时，控制系统可布置成控制施加到一个或多个感应线圈的电功率，使得第二温度满足或超过当坩埚设备在使用中时用于蒸发将由坩埚设备加热的材料的第二温度阈值。
14.腔室可以布置在坩埚和坩埚设备的基部之间。如果坩埚破裂，该腔室可以为坩埚设备提供保护。该腔室可用于收集从坩埚中逸出的材料，这可防止材料逸出到沉积室中和/或污染坩埚设备附近的其它部件。
15.可以布置第三冷却系统来冷却该腔室。第三冷却系统可以防止或限制热能传递到坩埚设备的基部。
16.该坩埚设备可以布置用于蒸发沉积过程。坩埚设备可以提供一种在基底上沉积材料的有效方式。可以达到加热、蒸发和沉积材料的高温。此外，控制施加到一个或多个感应线圈的电功率可用于控制第一和第二热区的热特性，并因此控制材料在基底上的沉积特性。例如，独立控制第一和第二热区的特性的能力可以提供对基底上材料沉积的厚度和/或密度、基底上材料的沉积速率(例如材料的蒸汽通量)、沉积质量(例如材料蒸汽通量的均匀性)等的控制。调节施加到一个或多个感应线圈的电功率可以提供产生用于沉积在基底上的材料的高压蒸汽通量的可能性。
17.该坩埚设备可以布置用于制造能量存储装置。能量存储装置的制造可能涉及沉积相对厚的层或膜，而不是薄膜。为了沉积厚膜，具有高度再现性和可控性的沉积源是理想的，例如本发明的坩埚设备。
18.根据本发明的第二方面，提供了一种通过感应加热控制坩埚的热特性的方法。该方法包括向布置在坩埚周围的一个或多个感应线圈施加电功率，以在坩埚的第一部分中产生第一热区，在坩埚的第二部分中产生第二热区，其中第一热区的第一热特性不同于第二热区的第二热特性。在坩埚中产生具有不同热特性的第一热区和第二热区可以提供独立控制坩埚中热区的能力。独立控制热区可以允许一个区域，例如第二热区，被配置在较高的温
度。在一些实施例中，坩埚设备可以提供一种简单有效的方式，允许坩埚中的材料保持在2000摄氏度以上，而不需要另外的加热系统，例如电子枪系统。这种配置可以提供一种在坩埚中产生材料的高压蒸汽通量的有效方式。
19.施加到一个或多个感应线圈的电功率可以通过控制施加到一个或多个感应线圈的电流、电压和/或频率来控制。施加到一个或多个感应线圈的电功率可以导致材料在坩埚第一部分中的第一部分熔化和材料在坩埚第二部分中的第二部分蒸发。电功率的施加可以引起坩埚中材料的感应加热，以产生材料的蒸汽。此外，蒸汽可以沉积在基底上。施加电功率使得材料的第一部分熔化，而材料的第二部分是蒸汽，这可以使材料的喷溅和飞溅最小化。这是因为材料的第一部分以比材料的第二部分更低的速率加热。
20.控制施加到一个或多个感应线圈的电功率可以提供控制沉积在基底上的蒸汽的密度和/或在基底上沉积蒸汽的速率的能力。
21.电功率的施加引起坩埚的液体的运动。坩埚的液体的运动可以产生液体的搅拌，从而提供更均匀的热能分布，并确保坩埚的材料中没有或只有很少的热点或冷点，例如，存在相对均匀的热能分布。
22.根据本发明的第三方面，提供了一种能量存储装置，其根据本发明的第二方面的方法而制造。
23.从下面参考附图仅以示例方式给出的描述中，进一步的特征将变得显而易见。
附图说明
24.图1是根据示例的坩埚设备的示意图；
25.图2是根据进一步示例在坩埚设备中产生第一热区和第二热区的示意图；
26.图3是根据进一步的示例测量坩埚设备中第一热区和第二热区的热特性的示意图；
27.图4是根据进一步示例的坩埚设备的示意图；
28.图5是示出通过感应加热控制坩埚热特性的方法的流程图。
具体实施方式
29.参考附图，根据示例的方法和系统的细节将从以下描述中变得明显。在本说明书中，出于解释的目的，阐述了某些示例的许多具体细节。说明书中对“示例”或类似语言的引用意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个示例中，但不一定包括在其他示例中。还应注意，为了便于解释和理解示例背后的概念，示意性地描述了某些示例，省略和/或必要地简化了某些特征。
30.图1是坩埚设备100的示意图。该示例中的坩埚设备100包括坩埚110和围绕坩埚110布置的一个或多个感应线圈130。例如，坩埚是用于容纳待加热材料的器皿或容器。坩埚内的材料可以被加热到使材料熔化的温度，例如变成液态。坩埚可以由耐热材料制成，例如但不限于石墨、瓷器、陶瓷、氧化铝或金属。可以选择坩埚的耐热材料，以便承受熔化坩埚内材料所需的温度。坩埚的材料和尺寸(例如大小和/或形状)可以根据坩埚的使用要求来选择。
31.坩埚110可用于使用一个或多个感应线圈130加热坩埚110内的材料120。由于材料
120的热能增加，加热材料120导致材料温度升高。材料120的加热可由于向一个或多个感应线圈130施加电功率而产生。
32.感应线圈可以包括连续的导线线圈，其可以具有多匝导线。导线可以由导电材料制成或者包括导电材料，例如铜。因此，这种导线能够通过感应线圈传导电流。多匝导线可以配置为围绕中心轴线布置的连续导线环或圈。在一些示例中，多匝导线围绕中心轴线布置成半径不断增加的圆。在其他示例中，多匝导线围绕中心轴线布置成具有相同半径的圆，但是使得圆的中心位于直线上。如上所述，一段导线可以被认为是一个感应线圈。电功率可以施加到单个感应线圈上。例如彼此电断开的两段或多段单独的导线可以被认为是两个或多个单独的感应线圈。电功率可以独立地施加到每个感应线圈，例如第一电功率施加到第一感应线圈，第二电功率施加到第二感应线圈。围绕坩埚110的一个或多个感应线圈130的存在允许坩埚110中的材料120通过感应加热被加热。通过使交流电(ac)通过感应线圈，可以在被感应线圈包围的材料中感应出涡流。例如，涡流包括一个或多个闭合的电流回路，该电流回路是由于交变磁场的存在而在电导体内感应产生的。电流可以通过感应线圈产生磁场。交变通过感应线圈的电流将会交变磁场，从而产生涡流。
33.涡流产生热能，这加热材料。对于导电的材料，这个过程会加热材料。这种导电材料也称为感应感受器。对于具有不良导电性的材料，线圈内部的坩埚可以由感应感受器(例如石墨)制成或者以其他方式包括感应感受器，感应感受器然后可以包含不良导电性的材料。因此，坩埚可以被感应加热，并且容纳在坩埚内的材料可以被传导加热。
34.坩埚设备100可以在坩埚110中包含最初处于固态或液态的材料120。在通过感应加热加热坩埚110中的材料120时，材料可以变成液态，这可以被称为熔融状态。进一步加热可导致熔融材料120蒸发，例如变成气态，也称为蒸汽，从熔融材料120蒸发。蒸发的材料可以沉积在基底上以产生沉积材料层。
35.为了将本文描述的系统和方法放入上下文中，作为示例，提供了将坩埚设备100用作蒸发沉积源，用于在基底上沉积材料。然而，应当注意，本文描述的系统和方法可以用于各种其他过程，并且这仅仅是一个示例。例如，本文所述的系统和方法可用于为其他目的加热材料，这可能不一定涉及材料的蒸发或材料在基底上的沉积。
36.沉积是在基底上提供材料的过程。可以在其上沉积材料的基底例如是玻璃或聚合物，并且可以是刚性的或柔性的，并且通常是平面的。通过在基底上沉积层的堆叠，可以生产诸如固态电池的能量存储装置。层的堆叠通常包括第一电极层、第二电极层以及第一电极层和第二电极层之间的电解质层。
37.第一电极层可以充当正集电器层。在这样的例子中，第一电极层可以形成正电极层(其可以在包括堆叠的能量存储装置的电池放电期间对应于阴极)。第一电极层可以包括通过稳定的化学反应适于储存锂离子的材料，例如锂钴氧化物、锂铁磷酸盐或碱金属多硫化物盐。
38.在替代示例中，可以有单独的正集电器层，其可以位于第一电极层和基底之间。在这些示例中，单独的正集电器层可以包括镍箔，但是应当理解，可以使用任何合适的金属，例如铝、铜或钢，或者包括金属化塑料的金属化材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)上的铝。
39.第二电极层可以充当负集电器层。在这种情况下，第二电极层可以形成负电极层
(在包括堆叠的能量存储装置的电池放电期间，该负电极层可以对应于阳极)。第二电极层可以包括锂金属、石墨、硅或氧化铟锡(ito)。至于第一电极层，在其他示例中，该堆叠可以包括单独的负集电器层，其可以在第二电极层上，第二电极层在负集电器层和基底之间。在负集电器层是单独层的示例中，负集电器层可以包括镍箔。然而，应当理解，任何合适的金属都可以用于负集电器层，例如铝、铜或钢，或者包括金属化塑料的金属化材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)上的铝。
40.第一和第二电极层通常是导电的。由于离子或电子流过第一和第二电极层，电流因此可以流过第一和第二电极层。
41.电解质层可以包括任何合适的离子导电材料，但也是电绝缘体，例如锂磷氧氮化物(lipon)。如上所述，电解质层例如是固体层，并且可以被称为快离子导体。固体电解质层可以具有介于液体电解质的结构和结晶固体的结构之间的结构，液体电解质例如缺乏规则的结构并且包括可以自由移动的离子。例如，晶体材料具有规则的结构，原子有序排列，可以排列成二维或三维晶格。晶体材料的离子通常是不可移动的，因此可能无法在整个材料中自由移动。
42.该堆叠可以例如通过在基底上沉积第一电极层来制造。电解质层随后沉积在第一电极层上，然后第二电极层沉积在电解质层上。可以使用这里描述的系统或方法沉积堆叠的至少一层。
43.坩埚110中提供的材料120可以根据要沉积在基底上的层来选择。例如，第一材料可以最初布置或以其他方式提供在坩埚110中。第一材料可以是导电材料，例如锂钴氧化物，例如沉积在基底上以形成能量存储装置的第一电极层。当第一材料在基底上沉积到期望的厚度时，坩埚110中的第一材料可以被第二材料替换。第二材料可以是离子导电但电绝缘的材料，例如锂磷氮氧化物(lipon)，例如沉积在第一电极层上以形成能量存储装置的电解质层。一旦第二材料已经在基底上沉积到期望的厚度，坩埚110中的第二材料可以用第三材料替换。第三材料也可以是诸如锂金属的导电材料，例如沉积在电解质层上以形成能量存储装置的第二电极层。当第三材料在基底上沉积到期望的厚度时，可以在沉积层的堆叠上进行进一步的处理以产生能量存储装置。
44.典型地，能量存储装置如固态电池的制造可能涉及沉积相对厚的层或膜(例如，微米量级，有时称为微米)而不是薄膜(例如，纳米量级)。为了沉积具有这种厚度的膜，需要具有高度可再现性和可控性的沉积源。
45.返回参考图1的坩埚设备100，在该示例中，坩埚110包括第一部分110a和第二部分110b。当向一个或多个感应线圈130施加电功率时，至少在坩埚110的第一部分110a中产生第一热区140，并且至少在坩埚110的第二部分110b中产生第二热区150。第一热区140可以具有第一热特性，第二热区150可以具有第二热特性，使得第一热特性不同于第二热特性。
46.在一些示例中，第一和第二热区140、150的热特性可以是第一和第二热区140、150的温度。换句话说，在向一个或多个感应线圈130施加电功率时，第一热区140可以具有与第二热区150不同的温度。在其他示例中，第一和第二热区140、150的热特性可以是不同于温度的热特性，例如第一和第二热区140、150的热导率、热阻率或温度梯度中的至少一个。
47.尽管在图1中第一热区140被显示为与第二热区150分开且不同，但是应该理解的是，在向一个或多个感应线圈130施加电功率时，坩埚110中的第一和第二热区140、150可能
不是分开且不同的。第一和第二热区140、150可以不限于图1中虚线所示的区域。
48.确切地，第一和第二热区140、150可以被认为是坩埚110的一部分，其平均具有给定的热特性。例如，平均而言，在第一热区140内，第一热区140可以具有第一温度。类似地，平均而言，在第二热区150内，第二热区150可以具有第二温度。第一温度和第二温度可以相同或不同。当第一温度和第二温度相同时，由于例如不同的热梯度、温度分布或温度曲线，第一和第二热区140、150可能仍然具有不同的热特性。
49.在一些示例中，热区可以存在于坩埚的一部分中。可以认为热区存在于坩埚的该部分的材料内，使得热区限于坩埚材料存在的地方。换句话说，热区不能延伸到坩埚材料之外。例如，第一热区140可以被认为限于坩埚110的部分110a的材料。在其他示例中，热区可以存在于坩埚的一部分中，并且也可以延伸到坩埚材料之外。热区可被认为存在于坩埚的该部分的材料内和坩埚的腔的一部分内。换句话说，热区可以延伸到坩埚材料之外，以包围容纳待加热材料120的坩埚的腔。
50.对应于坩埚110的第一部分110a的第一热区140可以位于坩埚110的基部110c和坩埚110的第二部分110b之间。坩埚110的基部110c可以被称为坩埚110的底部。第一热区140可以被认为位于坩埚110的底部部分。对应于坩埚110的第二部分110b的第二热区150可以位于坩埚110的第一部分110a和坩埚110的顶部110d之间。第二热区150可以被认为位于坩埚100的顶部部分。
51.在一些示例中，坩埚110的第一部分110a和坩埚110的第二部分110b可以包括坩埚110的第一部分110a和第二部分110b共有的部分。这样，第一热区140和第二热区150可以包含第一热区140和第二热区150共有的坩埚110的一部分。换句话说，第一热区140和第二热区150可以在坩埚110内部分重叠。
52.在一些示例中，坩埚110的第一和第二部分110a、110b可以具有不同的物理特性，使得能够产生第一和第二热区140、150。坩埚100的第一部分110a和坩埚110的第二部分110b之间的界面在图1中由界面线110e示出。坩埚110的第一部分110a可以具有与坩埚的第二部分110b不同的物理特性，使得当穿过坩埚110的界面线110e时，坩埚110的物理特性改变。
53.在一个示例中，坩埚110的第一部分110a可以具有与坩埚110的第二部分110b不同的电阻率。例如，第二部分110b可以具有比第一部分110a更高的电阻率。当给定的电功率施加到围绕或以其他方式布置在坩埚110的第一和第二部分110a、110b周围的单个感应线圈时，由于第二部分110b的电阻率较高，坩埚110的第二部分110b可能比坩埚110的第一部分110a加热得更多。这可以产生温度高于第一热区140的第二热区150。如上所述，单个感应线圈可以被认为是一个感应线圈。感应线圈可以包括连续的导线线圈，其可以具有多匝导线。
54.在其他示例中，坩埚设备100可以包括坩埚110，该坩埚110在整个坩埚110中具有相同或相似的物理特性。为了产生第一热区140和第二热区150，在这种情况下可以使用两个或更多个感应线圈130。第一感应线圈可用于产生第一热区140，第二感应线圈可用于产生第二热区150。在向第一感应线圈施加第一电功率和向第二感应线圈施加第二电功率时，其中第一电功率不同于第二电功率，第一热区可以具有与第二热区不同的热属性。例如，通过向第二感应线圈施加比第一感应线圈更高的电功率，可以在第二热区中产生比第一热区更高的温度。
55.图2是在坩埚设备200中产生第一热区240和第二热区250的示意图。图2中与图1中相应特征相似的特征标有相同的附图标记，但增加了100。除非另有说明，否则相应的描述也适用。
56.坩埚设备200包括第一感应线圈230a和第二感应线圈230b。第一电源260a可以被配置成产生第一电功率，例如ac功率。第一电功率可以通过一个或多个电连接件262a、264a施加到第一感应线圈230a。围绕坩埚210的一部分的第一感应线圈230a的布置在坩埚210中产生第一热区240。第二电源260b可以配置成产生第二电功率，例如ac功率。第二电功率可通过一个或多个电连接件262b、264b施加到第二感应线圈230b。围绕坩埚一部分的第二感应线圈230b的布置在坩埚210中产生第二热区250。
57.电源也可以被称为功率源。电源例如是可以向电负载(在这种情况下是一个或多个感应线圈)提供电功率的电气设备或系统。电源通常将来自电源的电流转换成给定的电压、电流和频率，以便为感应线圈供电。
58.电源，例如第一电源260a或第二电源260b，可以由控制系统266控制。控制系统266例如布置成控制施加到一个或多个感应线圈230a、230b的电功率。这种控制可以基于由控制系统266接收的输入数据，例如测量数据(下面进一步讨论)。控制系统可以包括处理器，该处理器可以被称为控制器，并且可以是微控制器。处理器可以是用于处理数据和计算机可读指令的中央处理单元(cpu)。控制系统还可以包括用于存储数据和计算机可读指令的存储器。存储器可以包括诸如随机存取存储器(ram)的易失性存储器和诸如只读存储器(rom)的非易失性存储器和/或其他类型的存储器或内存中的至少一个。存储器可以是片上存储器或缓冲器，其可以由处理器相对快速地访问。存储器可以例如通过至少一条总线通信地联接到处理器，使得数据可以在存储器和处理器之间传输。以这种方式，由处理器处理的计算机可读指令可以由处理器执行并存储在存储器中，用于根据本文描述的示例控制坩埚设备210及其各种部件。或者，除了软件之外或代替软件，一些或所有计算机可读指令可以嵌入在硬件或固件中。在一些情况下，第一和第二感应线圈230a、230b被布置成接收来自同一电源的电功率，例如市电，其可被称为公共电源。在这种情况下，可以省略第一和第二电源260a、260b，并且控制系统266可以替代地从公共电源接收电功率，并且可以控制分别由第一和第二感应线圈230a、230b供应的第一和第二电功率彼此不同。在另外的情况下，可以有被布置成控制由第一电源260a供应的第一电功率的第一控制系统和被布置成控制由第二电源260b供应的第二电功率的第二控制系统，使得第一电功率不同于第二电功率。在这种情况下，第一和/或第二控制系统可以类似于控制系统266。
59.可以通过例如使用至少一个电源施加例如ac功率来将电功率施加到一个或多个感应线圈230a、230b。例如使用控制系统266，可以通过控制ac功率的电流、电压和/或频率来提供对电功率的控制。在一些示例中，坩埚设备200可以在预定的电压和电流下操作。可以选择预定的电压和电流，以防止当坩埚设备200被低真空或中等真空包围时，在坩埚设备200附近形成等离子体和烧蚀坩埚210中的材料220。
60.在一些示例中，施加到第一感应线圈230a的第一电功率可以高于施加到第二感应线圈230b的第二电功率260b。施加更高的电功率将导致更大的感应加热和更高的温度。这样，在这些示例中，对应于第一感应线圈230a的第一热区240比对应于第二感应线圈230b的第二热区250具有更高的温度。
61.在其他示例中，施加到第二感应线圈230b的第二电功率可以高于施加到第一感应线圈230a的第一电功率。应用更高的电功率将导致更大的感应加热和更高的温度。这样，在这些示例中，对应于第二感应线圈230b的第二热区250具有比对应于第二感应线圈230a的第一热区240更高的温度。
62.当第一热区240处于较低温度而第二热区250处于较高温度时，包含在坩埚210中的材料220可以在第一热区240中熔化并在第二热区250中蒸发。在一些示例中，控制系统266可被布置成控制施加到一个或多个感应线圈230a、230b的电功率，使得第一温度满足或超过用于熔化坩埚210内包含的材料230的第一温度阈值。在一些示例中，控制系统266可以被布置成控制施加到一个或多个感应线圈230a、230b的电功率，使得第二温度满足或超过用于坩埚210内包含的材料230的蒸发的第二温度阈值。
63.如图2所示，第一热区可以包含坩埚210内包含的一些或大部分材料220。第二热区250可以包含坩埚210内包含的一些或少数材料220。在这种情况下，大部分材料220可保持在使材料220处于熔融状态的温度，而小部分材料可保持在使材料220蒸发的温度。
64.将较低温度的第一热区240配置在较高温度的第二热区250之下可以使坩埚210中的熔融材料220在材料被加热和蒸发时的喷溅和飞溅最小化。这是因为第一热区240中的材料220比第二热区250中的材料220加热速率低。
65.如上所述，在一些例子中，坩埚设备200可以用作蒸发沉积源。在这种情况下，为了蒸发和沉积材料220，坩埚设备200可以在高温下操作，例如超过2000度。超过2000度的高温可以在不使用电子枪系统来加热坩埚210中的材料的情况下实现。因此，这里的系统和方法可以比现有系统更简单。
66.在这样的例子中，坩埚设备200可以安装在沉积室内。沉积室可以包含基底，材料可以沉积在该基底上。沉积室中存在的任何气体(例如空气、氮气、氩气和/或任何其他惰性或稀有气体)可以从沉积室中排出，使得排出的沉积室中的真空压力达到预定的真空压力。可以使用真空泵系统将沉积室抽空至预定压力。这种真空泵系统可以包括涡旋泵或旋转泵和/或涡轮泵，以排空沉积室内的气体和/或空气。
67.当坩埚设备200被用作蒸发沉积源时，控制电功率到一个或多个感应线圈的施加可以被用来控制坩埚中第一和第二热区240、250的热特性。因此，第一和第二热区240、250的特性可以决定材料220在基底上的沉积特性。例如，独立控制第一和第二热区240、250的特性的能力可以提供对基底上材料220的沉积厚度和/或密度、基底上材料220的沉积速率(例如材料的蒸汽通量)、沉积质量(例如材料蒸汽通量的均匀性)等的控制。调节施加到一个或多个感应线圈的电功率可以提供产生用于沉积在基底上的材料的高压蒸汽通量的可能性。
68.在一些示例中，两个或更多热区240、250的存在可以在热区之间产生一个或多个热梯度。热梯度的产生可以引起坩埚210中熔融材料220的运动，例如产生坩埚210中熔融材料220的搅拌。熔融材料220可以包含在第一热区240的区域(其在坩埚210的第一部分中产生)和第二热区250的区域(其在坩埚210的第二部分中产生)中。第一和第二热区240、250的区域可以包括第一和/或第二热区240、250的一些或全部。这样，由于第一热区240和第二热区250之间的热梯度，熔融材料220的搅拌可存在于第一热区240的区域和第二热区250的区域之间。
69.熔融材料220的搅拌可以提供更均匀的热能分布，从而确保当被加热时，在坩埚210中包含的材料220中没有或更少的热点或冷点，例如因此存在相对均匀的热能分布。材料220的感应加热也可以产生熔融材料220的感应搅拌。感应搅拌还可以提供更均匀的热能分布，从而提供更均匀的熔融材料220。
70.图3是测量坩埚设备300中第一热区340和第二热区350的热特性的示意图。与图1的相应特征相似的图3的特征用相同的附图标记表示，但增加了200。除非另有说明，否则相应的描述也适用。
71.一个或多个温度传感器可以联接到坩埚310，以便测量坩埚310的热特性。第一温度传感器370a可以通过联接机构372a联接到坩埚310的第一热区340。类似地，第二温度传感器370b可以通过联接机构372b联接到坩埚310的第二热区350。温度传感器370a、370b可以允许测量热区340、350中至少一个的热特性，例如温度。
72.联接机构372a、372b可以将温度传感器物理连接或联接到热区340、350。在一些示例中，温度传感器370a、370b测量给定热区340、350内坩埚本身的温度，如图3所示。例如，温度传感器370a、370b可以物理连接到坩埚本身，例如在坩埚的外部或者在坩埚的材料内部。在其他示例中，温度传感器测量给定热区内坩埚的腔的温度，例如坩埚内包含的材料的温度。例如，温度传感器可以物理连接到坩埚的腔或坩埚内包含的材料。
73.温度传感器370a、370b可以是测量物体温度的任何这样的装置，例如热电偶、热敏电阻或恒温器。温度传感器370a、370b可被布置成分别获得代表第一或第二热特性中的至少一个的测量值的测量数据。在一些示例中，第一热特性是第一热区的第一温度，第二热特性是第二热区的第二温度。
74.在一些示例中，例如对于恒温器，第一和/或第二热区340、350的温度或另一热特性的测量可用于控制或部分控制施加到感应线圈的电功率。施加到感应线圈的电功率可以由控制系统控制，例如图2的控制系统266。控制系统可被布置成基于接收的输入数据来控制电功率，该输入数据可包括由温度传感器370a、370b获得的测量数据。
75.例如，施加到第一和/或第二感应线圈330a、330b的电功率可以由反馈回路控制，该反馈回路至少部分地基于第一和/或第二热区340、350的温度传感器370a、370b的温度测量。结果，第一和/或第二热区340、350的温度可以自动保持，而不需要人工干预。这样，可以在第二热区350中实现材料320的基本恒定的蒸汽通量，或者材料320的蒸汽通量具有比现有系统更少的蒸汽通量变化。换句话说，材料320的蒸发以基本恒定的速率发生。当蒸汽通量近似恒定时，可以认为材料的蒸汽通量基本恒定。例如，材料的蒸汽通量在测量公差范围内可以是近似恒定的，或者蒸汽通量的变化在蒸汽通量的正负1％、5％或10％之内。
76.施加到感应线圈的电功率可以由控制系统控制，例如图2中的控制系统266。例如，响应于指示第一热区340的第一温度低于用于熔化待由坩埚设备300加热的材料的第一温度阈值的输入数据，控制系统可以控制施加到第一感应线圈330a的第一电功率，以增加第一热区340内的温度，直到第一热区340内的温度满足或超过第一温度阈值。类似地，响应于指示第二热区350的第二温度低于用于材料蒸发的第二温度阈值的输入数据，控制系统可控制施加到第二感应线圈330b的第二电功率以增加第二热区350内的温度，直到第二热区350内的温度满足或超过第二温度阈值。相反，如果确定第一和/或第二温度满足或超过另一个第一和/或第二温度阈值(例如，对应于从坩埚300蒸发的材料的通量对于期望的用途
来说太高)，则控制系统可以类似地被布置成减少第一和/或第二电功率。在一些示例中，诸如膨胀石墨绝缘材料的绝缘体380可以布置在坩埚310周围以及坩埚310和一个或多个感应线圈330a、330b之间。绝缘体380例如是耐热材料，其可以抑制或限制热能的传递。例如，绝缘体380可以抑制热能从坩埚310传递到感应线圈330a、330b。通过将绝缘体380布置在感应线圈330a、330b和坩埚310之间，绝缘体380可以保护感应线圈330a、330b免受来自坩埚310的热量。
77.图4是坩埚设备400的示意图。与图1的相应特征相似的图4的特征用相同的附图标记表示，但增加了300。除非另有说明，否则相应的描述也适用。
78.如上所述，坩埚设备400可包括用于容纳待通过感应加热加热的材料420的坩埚410和围绕坩埚410布置的一个或多个感应线圈(在这种情况下，第一和第二感应线圈430a、430b)。在坩埚410与第一和第二感应线圈430a、430b之间，可以存在绝缘体480，以保护第一和第二感应线圈430a、430b免受施加电功率时坩埚410内产生的热量。
79.在一些示例中，至少一个感应线圈可以由冷却系统冷却。第一冷却系统可以布置成冷却第一感应线圈430a。第二冷却系统可以布置成冷却第二感应线圈430b。第一冷却系统和第二冷却系统可以分别向第一感应线圈430a和第二感应线圈430b施加不同量的冷却。
80.在一些示例中，至少一个冷却系统是水冷系统。例如，至少一个感应线圈可以由水冷系统水冷。例如，第一感应线圈430a可以由第一水冷系统水冷，在这种情况下，第一水冷系统包括第一和第二元件432a和434a(尽管这仅仅是一个例子)。第一和第二元件432a和434a可以包括允许水流过的管子、管道或其他这样的中空容器。第一和第二元件432a和434a可以与第一感应线圈430a热接触，使得热能可以从第一感应线圈430a传递到第一和第二元件432a和434a以及其中的水。在图4中，第一元件432a平行于第一感应线圈430a的下边缘延伸，第二元件434a平行于第一感应线圈430a的上边缘延伸，尽管这仅仅是一个例子。流经第一感应线圈430a周围的第一和第二元件432a和434a的水由于与第一感应线圈430a的热接触而变热，并将至少一些热能从第一感应线圈转移走。因此，水被用作传热介质。第一和第二元件432a和434a可以由铜、金属或其他这种导热材料制成。将热能从第一感应线圈430a转移走将冷却第一感应线圈430a。水冷系统432a、434a中的水可以通过第一元件432a，并且随后通过第二元件434a，以便冷却第一感应线圈430a。
81.类似地，第二感应线圈430b可以由第二水冷系统水冷，该第二水冷系统在该示例中包括第三和第四元件432b和434b(尽管这仅仅是示例)。第三和第四元件432b、434b可以类似于上述第一和第二元件432a、434a，但是被布置成冷却第二感应线圈430b而不是第一感应线圈430a。
82.第一水冷系统432a、434a和第二水冷系统432b、434b可以彼此独立或者链接在一起。在一个示例中，当第一水冷系统432a、434a和第二水冷系统432b、434b独立时，一个水冷系统中使用的水与另一个系统中使用的水是分开的，例如，这些系统并行运行。在另一个例子中，当第一水冷系统432a、434a和第二水冷系统432b、434b链接在一起时，水从一个水冷系统再循环到另一个，例如系统串联运行。
83.尽管已经结合使用水作为传热介质描述了水冷系统，但是应当注意，也可以使用其他冷却剂。例如，具有高热容量的其他液体可以用于水冷系统中，例如油、去离子水或合适的有机化学品溶液，例如乙二醇、二甘醇或丙二醇。
84.可以安装位于坩埚410下方的腔室490，以便在坩埚410破裂时为坩埚设备400提供保护。腔室490可用于收集从坩埚410逸出的材料420，例如，如果坩埚410破裂。收集从坩埚410泄漏的材料420可以防止材料420逃逸到沉积室中和/或污染坩埚设备400附近的其他部件。
85.此外，腔室490可以是水冷的，以防止热能传递到坩埚设备400的基部410c。可以存在第三水冷系统492a-492d来冷却坩埚设备400的基部410c。用于水冷系统492a-492d的水可以在第一元件492a处进入水冷系统，经过第二元件492b，经过第三元件492c，并且可以在第四元件492d处离开水冷系统。如关于第一水冷系统432a、434a和第二水冷系统432b、434b所解释的那样，第一、第二、第三和第四元件492a、492b、492c和492d可以包括允许水或另一种冷却剂流过的连续管子、管道或其他这样的中空容器。
86.在一些示例中，感应线圈430a、430b可以被封装在耐火材料494中。例如，耐火材料494可以至少部分地布置在例如一个或多个感应线圈430a、430b周围。第一水冷系统432a、434a和第二水冷系统432b、434b也可以容纳在耐火材料494中。耐火材料494例如是耐热材料，其可以抑制或者以其他方式限制热能的传递。例如，耐火材料494可以抑制热能从坩埚310传递到感应线圈330a、330b。通过将感应线圈330a、330b封装在耐火材料494中，耐火材料494可以保护感应线圈330a、330b免受来自坩埚310的热量的损坏。
87.在一些示例中，坩埚设备400的尺寸和/或形状可以被配置为匹配基底的尺寸和/或形状。例如，为了匹配基底的尺寸，可以制造或选择具有特定尺寸的坩埚设备。换句话说，可以为给定的基底选择合适的坩埚。将坩埚设备400的尺寸和/或形状与基底的轮廓相匹配可以提供一种有效的方式来优化坩埚410中的材料420在基底上的沉积。例如，坩埚中的材料420可以沉积在整个基底上，使得没有基底的任何部分不包含沉积的材料。
88.在一些示例中，坩埚设备400的尺寸和/或形状可以被配置为匹配包含基底的沉积室。例如，为了匹配沉积室的尺寸，可以制造或选择具有特定尺寸的坩埚设备。换句话说，可以为给定的沉积室选择合适的坩埚。将坩埚设备400的尺寸和/或形状与沉积室匹配也可以提供有效的方式来优化坩埚410中的材料420在沉积室中的基底上的沉积。可以基于与沉积室的形状和/或尺寸相匹配的特定形状和/或尺寸来选择坩埚设备400。这种选择可以提供一种有效的方式来增加材料在基底上的沉积尺寸。
89.在一些示例中，坩埚设备400安装在沉积室内。由于坩埚410的第一和第二热区提供蒸发材料420，与包括电子枪系统以提供蒸发材料的等效装置相比，沉积室可以保持在更高的真空压力下(即更低的真空)。在这种情况下，将沉积室保持在较高的压力下可以减少沉积室中的空气或气体被抽空的时间，从而产生更有效的过程。
90.将沉积室保持在较高的压力下可以提供在沉积过程中进行反应沉积的能力。在反应沉积中，沉积室中可注入沉积室的气体可包括一种或多种化学元素和/或分子，其可与来自坩埚设备400的蒸发材料420发生化学反应。结果，蒸发的材料420和元素和/或分子可以发生化学反应，产生一种或多种产物。然后，产物可以用作沉积过程的一部分。例如，产物可以沉积在基底上。
91.在一些示例中，坩埚设备400可包括连续进料系统，由此材料被连续进料或比其他方式更频繁地进料到坩埚410中，使得坩埚410中的材料420的量不会减少或保持在某一阈值量以上。在坩埚设备400中包括连续进料系统可以避免为了补充坩埚410中的材料420而
关闭坩埚设备400的需要。这种情况可以减少坩埚设备的停机时间，并提供更有效的系统。
92.图5是说明通过感应加热控制坩埚热特性的方法500的流程图。该方法可以使用上述系统来实现。
93.在流程图500的方框510中，电功率被施加到布置在坩埚周围的一个或多个感应线圈。
94.在流程图500的方框520中，生成坩埚第一部分中的第一热区，并且生成坩埚第二部分中的第二热区，其中第一热区的第一热特性不同于第二热区的第二热特性。
95.这种方法例如允许坩埚内的材料被加热，例如用于材料在基底上的蒸发沉积。利用这种方法，可以适当地控制第一和第二热特性，以根据需要控制坩埚内材料的状态。因此，该材料可以以比其他方式更稳定的方式沉积。此外，使用这种方法，材料可以比其他方式更有效地沉积，操作中的中断比其他方式更少。例如，反馈回路可以用于适当地控制第一和第二热特性，例如根据需要提供材料的加热。以这种方式，该方法例如允许材料以精确且可再现的厚度沉积在基底上，与其他方式相比复杂性降低。
96.上述示例应被理解为说明性示例。设想了更多的例子。
97.应当理解，关于任何一个示例描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征结合使用，并且还可以与任何其他示例的一个或多个特征结合使用，或者与任何其他示例的任何组合结合使用。此外，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，也可以采用上面没有描述的等同物和修改。