本发明专利技术涉及激光加工，提供一种激光沉积薄膜制备装置，包括激光发射器以及腔室，于腔室内设置有靶材以及沉积形成薄膜的基底，于靶材与基底之间沿靶材至基底的方向依次间隔设置有用于阻挡羽辉内的大颗粒的至少两层栅栏结构，每一栅栏结构均包括用于阻挡羽辉大颗粒的挡板以及开设于挡板上且间隔设置的若干栅栏口，且相邻两栅栏结构的各栅栏口均错开设置。本发明专利技术的薄膜制备装置中，栅栏结构可以起到过滤羽辉中直线移动大颗粒的作用，同时羽辉中的离子以及原子在一定气压下可以通过扩散的方式依次穿过各栅栏结构后沉积于基底上并形成所需薄膜，避免了所制备的薄膜被颗粒轰击而破坏,以及消除颗粒嵌设于薄膜中，所制备薄膜表面光滑，粗糙度低。
【技术实现步骤摘要】
激光沉积薄膜制备装置
本专利技术涉及激光加工，尤其涉及一种激光沉积薄膜制备装置。
技术介绍
脉冲激光沉积(PLD)由于激光的能量密度高以及良好的可控性，是制备高质量薄膜的方法之一，但其最大的缺点是激光轰击靶材时，斑点处射出的羽辉不仅含有离子和原子，还有导致薄膜质量劣化的液滴、碎片等大颗粒，从而容易在薄膜制备的过程中嵌设有这些大颗粒，大大降低制备后薄膜的质量。为改善上述薄膜质量，目前具有以下几种解决方案：(a)采用超短脉冲激光，其属于冷加工范畴，可减少羽辉中的大颗粒，但这种激光器的价格非常昂贵，薄膜制备成本较高；(b)使用高密度的靶材，每个脉冲轰击下靶材飞溅出的靶材物质少，可以比较充分电离，但这个方案对靶材的制作工艺要求很高，有些材料难以制成高密度的靶材；(c)通过改变环境气压改善薄膜的质量，可以增大离子原子的碰撞几率，增强扩散作用，但羽辉中的大颗粒由于质量大，速度快，难以通过碰撞而改变方向，仍然会撞击薄膜或嵌入在薄膜中形成了薄膜的组成部分。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光沉积薄膜制备装置，旨在用于解决现有的激光薄膜制备装置中薄膜内容易嵌设有大颗粒碎片，造成薄膜质量不高的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：提供一种激光沉积薄膜制备装置，包括用于发射脉冲激光束的激光发射器以及可充入气体以维持压强恒定的腔室，于所述腔室内设置有供所述激光发射器发出的激光束轰击的靶材以及用于接收所述靶材激光轰击后产生的等离子体羽辉以沉积形成薄膜的基底，于所述靶材与所述基底之间沿所述靶材至所述基底的方向依次间隔设置有用于阻挡所述羽辉内的大颗粒的至少两层栅栏结构，每一所述栅栏结构均包括用于阻挡所述羽辉大颗粒的挡板以及开设于所述挡板上且间隔设置用于供所述羽辉中离子以及原子通过的若干栅栏口，且相邻两所述栅栏结构的各所述栅栏口均错开设置。进一步地，所述激光发射器与所述靶材之间设置有用于将所述激光束整形为长条形激光斑的整形器，每一所述栅栏结构的各所述栅栏口均呈长条形且其长度延伸方向与所述靶材上的所述长条形激光斑的长度延伸方向相同。具体地，每一所述栅栏结构的所述挡板均为圆板状，且每一所述栅栏结构的各所述栅栏口均为绕同一圆心环绕的圆环。进一步地，各所述挡板均连接有用于加热每一所述栅栏的加热机构。具体地，各所述挡板的加热温度为25-500℃。具体地，各所述挡板均为加热电阻材料，所述加热机构包括与各所述挡板电连接以加热各所述挡板的可控电源。进一步地，相邻两所述栅栏结构之间的距离大于所述羽辉中等离子体之间相邻两次碰撞的平均自由程λ，其中d为分子的直径，P为腔室内的气体压强，kB＝1.38×10^(-23)J/K，为波尔兹曼常数，T为绝对温度。进一步地，所述基底正对所述靶材方向的投影全部位于所述栅栏结构上。具体地，所述栅栏结构为两层，两所述栅栏相互平行，且沿所述靶材至所述基底的方向前一所述栅栏的所述挡板正对后一所述栅栏上的各所述栅栏口，后一所述栅栏的所述挡板正对前一所述栅栏的各所述栅栏口。具体地，所述腔室内填充气体为惰性气体或反应气体。本专利技术具有下列技术效果：本专利技术的薄膜制备装置中，激光发射器发出脉冲激光束并射至腔室内轰击靶材，靶材在激光束的轰击下发出等离子体羽辉，羽辉因其内的等离子体高速运动而迅速膨胀并向基底传输，在传输的过程中羽辉内的各等离子体会发生相互碰撞，由于离子和原子的尺寸与质量均比较小，在碰撞的过程中很容易改变原有运动路径，而在羽辉中的大颗粒由于速度快，质量大，在碰撞过程中其还是以原有轨迹直线运动，对此当羽辉中的离子与原子在移动至栅栏结构处时，由于相邻两栅栏结构之间具有一定间隙，同时离子与原子的移动轨迹不为直线，其可以通过扩散作用依次穿过各栅栏结构中的栅栏口后沉积于基底上形成薄膜，而大颗粒为直线移动，其均可以被挡设于各栅栏结构的挡板上，即大颗粒难以依次穿过各栅栏结构，从而使得基底上沉积的薄膜内不会嵌设有大颗粒，所制备薄膜不会被大颗粒轰击破坏，所制备薄膜表面光滑，粗糙度较低，薄膜质量非常高。附图说明图1为本专利技术实施例的激光沉积薄膜制备装置的结构示意图；图2为图1的激光沉积薄膜制备装置激光束为圆形光斑时的栅栏结构示意图；图3为图1的激光沉积薄膜制备装置制备的薄膜的微观形貌图与传统激光沉积薄膜制备装置制备的薄膜的微观形貌图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1，本专利技术实施例提供了一种激光沉积薄膜制备装置，主要为通过脉冲激光在基底21上沉积形成高质量薄膜211，主要包括用于发射脉冲激光束的激光发射器1以及可接收激光发射器1发出的激光束的腔室2，腔室2为真空腔，而在薄膜制备装置工作时，则应向该腔室2内充入一定量的气体以保持腔室2内压强的稳定，一般地腔室2内充入的气体可为惰性气体或反应气体，比如氩气或氧气，而对于气体的选择可以根据所需制备薄膜211的材质进行选择，比如当为氧化物薄膜211时，则向腔室2内充入反应气体氧气，而充入惰性气体则是为了保证腔室2内气压的恒定。一般地在腔室2内设置有靶材22以及基底21，基底21与靶材22相对设置，激光发射器1发出的激光束进入腔室2内后直射至靶材22上并形成对靶材22的轰击，且在靶材22轰击后可以产生等离子体羽辉221，羽辉221内的等离子体向基底21高速移动，并最终在基底21上进行沉积进而形成所需薄膜211，对于靶材22也应根据所需薄膜211的材质进行选择，同时基底21一般固定于一样品托23上，即基底21通过样品托23固定于腔室2内。进一步地，在靶材22与基底21之间沿靶材22至基底21的方向依次设置有至少两层栅栏结构24，各栅栏结构24均间隔设置，即相邻两栅栏结构24之间具有间隙，其主要用于阻挡在靶材22轰击后产生的羽辉221中的大颗粒222，具体每一栅栏结构24包括用于阻挡羽辉221内大颗粒222的挡板241以及开设于该挡板241上的若干栅栏口242，各栅栏口242间隔设置，主要用于供羽辉221中离子以及原子等穿过，对于相邻两栅栏结构24之间的各栅栏口242均错开设置。在本实施例中，当需要制备薄膜211时，先向真空的腔室2内充入一定量的惰性气体或反应气体，激光发射器1工作并发出脉冲激光束，激光束进入腔室2内开始轰击靶材22，以使靶材22作用处产生等离子体羽辉221，且由于等离子体的高速移动使得羽辉221膨胀并向基底21传输，而羽辉221内各等离子体在高速运动的过程中相互之间可能会发生碰撞，对此体积与质量均较小的原子和离子等经碰撞后会改变原有轨迹，即羽辉221内的原子和离子的运动轨迹不为直线，且当其运动至栅栏结构24处时，由于轨迹不定，部分原子与离子等在腔室2内一定气压下可以通过扩散作用依次穿过各栅栏结构24的栅栏口242并最终沉积于基底21上，而羽辉221内体积与质量均较大的颗粒222，由于运动速度较快碰撞难以使其改变原有轨迹，继续以直线运动，而相邻栅栏结构24之间的各栅栏口242为错开设置，大颗粒222的直线移动使其难以依次穿过每一栅栏结构24的其中一栅栏口242，并最终会被其中一挡板241阻挡，即大颗粒222在各栅栏结构24本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光沉积薄膜制备装置，包括用于发射脉冲激光束的激光发射器以及可充入气体以维持压强恒定的腔室，于所述腔室内设置有供所述激光发射器发出的激光束轰击的靶材以及用于接收所述靶材激光轰击后产生的等离子体羽辉以沉积形成薄膜的基底，其特征在于：于所述靶材与所述基底之间沿所述靶材至所述基底的方向依次间隔设置有用于阻挡所述羽辉内的大颗粒的至少两层栅栏结构，每一所述栅栏结构均包括用于阻挡所述羽辉大颗粒的挡板以及开设于所述挡板上且间隔设置用于供所述羽辉中离子以及原子通过的若干栅栏口，且相邻两所述栅栏结构的各所述栅栏口均错开设置。
【技术特征摘要】
1.一种激光沉积制备薄膜装置，包括用于发射脉冲激光束的激光发射器以及可充入气体以维持压强恒定的腔室，于所述腔室内设置有供所述激光发射器发出的激光束轰击的靶材以及用于接收所述靶材激光轰击后产生的等离子体羽辉以沉积形成薄膜的基底，其特征在于：于所述靶材与所述基底之间沿所述靶材至所述基底的方向依次间隔设置有用于阻挡所述羽辉内的大颗粒的至少两层栅栏结构，每一所述栅栏结构均包括用于阻挡所述羽辉大颗粒的挡板以及开设于所述挡板上且间隔设置用于供所述羽辉中离子以及原子通过的若干栅栏口，且相邻两所述栅栏结构的各所述栅栏口均错开设置，各所述挡板均连接有用于加热每一所述栅栏的加热机构。2.如权利要求1所述的激光沉积制备薄膜装置，其特征在于：所述激光发射器与所述靶材之间设置有用于将所述激光束整形为长条形激光斑的整形器，每一所述栅栏结构的各所述栅栏口均呈长条形且其长度延伸方向与所述靶材上的所述长条形激光斑的长度延伸方向相同。3.如权利要求1所述的激光沉积制备薄膜装置，其特征在于：每一所述栅栏结构的所述挡板均为圆板状，且每一所述栅栏结构的各所述栅栏口均为绕同一圆心环绕的圆...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡居广，李启文，王刘杨，王斌，陈涛，向皓明，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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