组合薄膜制备及原位表征系统技术方案

公开了一种组合薄膜制备及原位表征系统，包括：生长腔，所述生长腔中设有组合薄膜生长装置，用于在基片上生长组合薄膜；至少一个表征腔，所述表征腔中设有组合薄膜表征装置；准备腔，用于对所述基片、样品以及测试探针进行预处理；中转腔，所述中转腔同生长腔、表征腔以及准备腔之间分别通过管道连接，所述管道设有阀门；机械臂，用于在所述中转腔、表征腔以及生长腔之间传递样品。该系统复用中转腔实现不同腔室之间的真空互联，从而可以实现原位表征和准原位表征。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜制备领域，具体涉及一种组合薄膜制备及原位表征系统。
技术介绍
组合薄膜(Combinatorial films)即连续梯度掺杂薄膜是由不同组分构成的薄膜，通过对前驱材料的选取可获得具有各种功能的薄膜，例如超导、铁电、介电等拥有丰富相变的材料。组合薄膜技术大大提高了材料研发的效率。因其材料相图丰富，应用前景广阔，业已成为业内关注的重点。现有技术的组合薄膜的制备方法包括磁控溅射、脉冲激光沉积以及分子束外延等。组合薄膜的梯度特性的表征需要良好的空间分辨率。现有技术的组合薄膜的制备和测量表征分开进行，效率较低。
技术实现思路
本专利技术提出了一种组合薄膜制备及原位表征系统，通过中转腔结合机械臂实现了组合薄膜生长后的准原位表征；通过设置小体积的进样腔提高了基片和靶材的传递效率。本专利技术提供一种组合薄膜制备及原位表征系统，包括:生长腔，所述生长腔中设有组合薄膜生长装置，用于在基片上生长组合薄膜；至少一个表征腔，所述表征腔中设有组合薄膜表征装置；准备腔，用于对所述基片进行预处理；中转腔，所述中转腔同生长腔、表征腔以及准备腔之间分别通过管道连接，所述管道设有阀门；机械臂，用于在所述中转腔、表征腔以及生长腔之间传递样品。优选地，所述组合薄膜生长装置选自脉冲激光沉积装置、磁控溅射装置以及激光分子束外延装置之一。优选地，所述分子束外延装置采用激光轰击靶材或者采用蒸发源，实现原子层生长。优选地，所述表征装置选自扫描探针显微镜、角分辨光电子能谱装置、霍尔测量装置、热输运测量装置、光电导测量装置和电子态表征装置之一。优选地，所述机械臂包括:以第一方向为轴的360度自由旋转度的第一臂；沿第二方向伸缩的第二臂，其中所述第一方向垂直于所述第二方向。优选地，所述组合薄膜制备及原位表征系统还包括进样腔，所述进样腔通过管道连接所述准备腔，所述管道设有阀门。优选地，在至少一个工作状态中，所述中转腔与所述生长腔、所述至少一个表征腔和所述准备腔中的两个腔室真空互联，使得可以经由所述中转腔在所述两个腔室之间转移样品。优选地，所述进样腔是唯一可以暴露于大气环境的腔室。优选地，所述生长腔用于生长连续梯度组分薄膜。优选地，组合薄膜样品和测量探针在所述准备腔中进行预处理。本专利技术的组合薄膜制备及原位表征系统通过中转腔将准备腔、生长腔和表征腔真空互联，实现了组合薄膜生长后的原位表征和准原位表征。【附图说明】通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:图1是根据本专利技术实施例的组合薄膜制备及原位表征系统的示意性结构框图；图2是根据本专利技术实施例的组合薄膜制备及原位表征系统的中转腔的主视图；以及图3是根据本专利技术实施例的组合薄膜制备及原位表征系统的机械臂的示意性结构图。【具体实施方式】以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，术语“薄膜”是相对于“厚膜”而言，“厚膜”厚膜是指在衬底上用印刷烧结等技术所形成的厚度为10微米到数十微米的膜层，“薄膜”是指厚度小于10微米的膜层。激光分子束外延技术(L-MBE)是在传统的分子束外延技术(MBE)和脉冲激光溅射技术(PLD)上发展而来，上世纪六十年代，PLD技术首次被用于金属薄膜制备，之后由于计算机技术的发展和各种原位检测技术的发展，1991年，日本人设计并研制出了全新的激光分子束外延技术设备。L-MBE技术已经被证明是一种最有效的高精度薄膜沉积技术，其在获得人工控制的功能结构中相比其他薄膜沉积技术更有优势。例如，在制备高温超导薄膜过程中，获得理想的化学计量比是实现高温超导的首要条件，L-MBE技术能满足这一条件，目前几乎所有的高温超导薄膜都是用L-MBE方法制备的，L-MBE技术已经成为制备高温超导单晶薄膜的标准手段。在激光分子束外延设备中，脉冲激光源与用于沉积薄膜的真空系统是相互隔离的，也即，用于形成薄膜的靶材以及用于沉积薄膜的介质衬底设置于真空系统中，脉冲激光束通过一个光学窗口进入真空系统入射到靶材表面，使靶材局部气化产生激光焰，由此使得靶材上的粒子被剥蚀，并获得很高的动能，被剥蚀的粒子到达可加热的介质衬底表面形成薄膜。在激光分子束外延设备中，衬底温度、激光能量、激光斑的形状与尺寸、激光焰与衬底的距离、靶的密度和表面质量等都可以调节，从而可获得最佳的工艺参数。图1是根据本专利技术实施例的组合薄膜制备及原位表征系统的示意性结构框图。该制备及原位表征系统包括:生长腔120、表征腔130、表征腔140、中转腔110、准备腔160、进样腔150以及未在图中示出的机械臂。进样腔150用于提供基片、革E材、针尖等的入口。其中，基片例如为娃、错、碳化娃、砷化镓、氧化锌、氧化铝锂以及蓝宝石等。进样腔150通过管道连接准备腔160，管道上设有阀门185。进样腔150设有真空栗。进样腔150的体积较小，小于准备腔160的体积。在组合薄膜的生长中，需要将基片和靶材送入生长腔120，基片还要在准备腔160中进行表面清洁。无论在生长腔120中生长组合薄膜，还是在准备腔160中清洁基片的表面，都需要真空环境，而真空抽取是一个耗费时间的过程。通过设置较小体积的进样腔150可以节省时间，提高效率。如果需要更换靶材，只需要将进样腔150重新抽真空。准备腔160中设置有基片清洁装置，基片清洁装置例如为离子枪，离子枪产生离子束轰击基片的表面，用于对基片的表面进行清洁。例如离子枪产生Ar离子束，清洁的时间为0.5分钟-10分钟。替代地，基片清洁装置为电子束枪。准备腔160还设有真空栗，用于从准备腔160抽取空气，使准备腔160成为真空状态。在优选的实施方式中，准备腔160还可以用来对组合薄膜样品和/或测试探针进行预处理，例如在本系统仅用于表征的情况，组合薄膜样品从进样腔150进入准备腔160，经过预处理后，再送入对应的表征腔。生长腔120中设置有组合薄膜生长装置，用于在基片上生长组合薄膜。组合薄膜生长装置例如为分子束外延装置采用激光轰击靶材或者采用蒸发源，实现原子层生长。优选地，组合薄膜生长装置例如为脉冲激光沉积装置。优选地组合薄膜生长装置例如为磁控溅射装置。生长腔120还设有真空栗，用于从生长腔120抽取空气，使生长腔120成为真空状态。表征腔130和表征腔140中分别设有组合薄膜表征装置。一个或多个组合薄膜表征装置经调适成测量组当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合薄膜制备及原位表征系统，包括：生长腔，所述生长腔中设有组合薄膜生长装置，用于在基片上生长组合薄膜；至少一个表征腔，所述表征腔中设有组合薄膜表征装置；准备腔，用于对所述基片进行预处理；中转腔，所述中转腔同生长腔、表征腔以及准备腔之间分别通过管道连接，所述管道设有阀门；机械臂，用于在所述中转腔、表征腔以及生长腔之间传递样品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郇庆，何格，袁洁，金魁，刘利，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11