镀膜系统用的激光自动消颗粒装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属激光制膜技术领域。是一种采用激光法制膜过程中用于消除薄膜表面和内部颗粒，并在制膜后用于膜层再构的装置。本实用新型专利技术提供一种由激光器，真空室，可控聚焦透镜，可控靶－反射镜联动部件，加热器等组成的镀膜系统用的激光自动消颗粒装置。本实用新型专利技术克服了薄膜表面和内部存在颗粒的缺点，提高了膜的质量，而且成膜速率高。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属激光制膜
，是一种在激光法制膜过程中用于消除薄膜表面和内部颗粒并可在制膜后用于膜层再构的装置。自从1960年第一台激光器问世以后，1965年Shmith等人就开始进行了激光镀膜的研究，曾用红宝石激光器，二氧化碳激光器制备出介电和半导体等薄膜。但是与蒸发镀膜或电子枪镀膜相比膜的质量并不好，主要表现为在膜的表面和内部存在颗粒，因而70年代以后就很少有人进行这方面的研究。1986年高温超导研究取得了突破性进展，镱钡铜氧超导体的临界温度达到90K以上。稍后高温超导薄膜的研究也被广范开展起来。1987年贝尔实验室用脉冲准分子激光器制备出优质钇钡铜氧薄膜。结果发表后在世界范围内引发了激光制膜的又一次更大热潮。短短几年时间激光法制膜已经发展成最好的制膜方法之一。用激光法不仅可以制备超导薄膜还可以制备压电、铁电和光学薄膜。尽管激光法制备薄膜已经获得巨大发展，但是颗粒问题仍然未彻底解决，仍然影响着膜质量的提高。世界上许多科学家作了不少工作已经研究出一些消颗粒方法，主要有1.速度滤波法2.挡板法3.离轴法4.第二光束法5.热反射镜法速度滤波法是在靶和基片之间加入一个叶轮，当叶轮转速达到某一数值时只有速度较快的气态成分可以通过而速度较慢的微滴(形成颗粒)则不能通过。挡板法是在靶和基片之间加入一个大小适当的挡板将羽辉中的直线飞行成分挡住，在基片上淀积的成分只是绕过挡板的扩散成份，又因为微滴基本按直线飞行所以挡板法可以有效的消除颗粒。离轴法是将基片平行羽辉飞行方向放置，这样就避开了直线飞行的微滴而只利用羽辉中的扩散成分从而消除颗粒。第二光束法和热反射镜法是在羽辉路径上设置另一激光束或热源将羽辉中的微滴汽化以达到消颗粒目的。但是以上方法中除第二光束法之外都存在一个共同的缺点，那就是使成膜速率较低，约为原来的三分之一左右。第二光束法虽然成膜速率较高，但是存在成本高，使用不方便和消颗粒不彻底等缺点。参见1.“Particulates reductionin laser-ablated YBCO thinfilms by laser-induced plume heating”.G.Koren，R.J.Baseman，a.Gupta，M.l.Lutwyche，andR.B.Laibowitz，Appl.Phys.Lett.56(21)May 1990.2.“Off-axis laser deposition of YBOC thin films”，B.Holzapfel，B.Roas，L.Schultz，P.Bauer andG.Saemann-lschenko，Appl.Phys.Lett.61(26)28 December 1992.本技术的目的在于克服激光制膜过程中薄膜表面和内部存在颗粒而影响膜的质量以及在镀膜结束后进行膜层再构以进一步提高膜的质量。本使用新型提供一种由激光器，真空室，可控聚焦透镜，可控靶—反射镜联动部件和基片加热器组成的镀膜系统用的激光自动消颗粒装置。本技术是这样完成的在真空室内与基片加热器相对的位置放置一个转盘，在转盘上固定靶和反射镜，转盘的轴通过磁耦合与安装在真空室外的一个由电脑控制的步进电机联结。在真空室外，激光入射窗口前放置聚焦透镜，聚焦透镜是放置在可导轨内滑动的滑块上，而滑块是通过其上的螺纹与丝杠联结，丝杠又联结于另一个受电脑控制的步进电机轴上。当一束具有一定能量密度的激光打到膜面上的时候，因为颗粒区的吸收系数较大所以升温较高，以至颗粒被消融或气化蒸发，这样膜面上的颗粒就被情除。此外通过控制激光能量密度也可以实现膜层再构。附图说明图1是本技术的示意图，图的说明如下其中(1)是准分子激光器；(2)是扫描反射镜；(3)是聚焦透镜，它被装在如图2所示的由步进电机(11)、丝杠(12)、导轨(13)和滑块(14)组成的并由电脑控制的平移装置上，也可装在如图3所示的由步进电机(15)、齿轮(16)、齿条(17)、导轨(18)和滑块(19)组成的并由电脑控制的平移装置上；(4)是转动靶；(5)是反射镜，它和靶一起装于由步进电机带动的并由电脑统一控制的转盘(10)上；(6)是被控温的基片；(7)是真空室。靶、反射镜、基片加热器和基片等全放于其中。(8)是靶场罩用以保护反射镜不被污染；(9)是基片加热器。以下结合附图和实施例对本技术进一步详细说明可控聚焦透镜(3)部分安装在真空室外，聚焦透镜(3)安装在导轨(13)上滑动的滑块(14)上，滑块(14)与丝杠(12)相联，丝杠(12)与电脑控制的步进电机(11)联结，这样就可使聚焦透镜的焦距可调。聚焦透镜前放一个扫描反射镜(2)，使激光器发出的激光被反射到聚焦透镜上，再穿过真空室的窗口照射到靶(5)上，靶(5)和另一块反射镜(4)一起装在转盘(10)上，转盘(10)的轴通过磁耦合于真空室的另一个步进电机(20)相联结。在真空室内垂直于反射镜(4)放置加热器(9)，在加热器(9)上放置基片(6)。制膜一开始先将真空室抽空，然后充以一定压强的工作气体(常是氧气或臭氧或二氧化氮有时也用活性氧)。当气压稳定在所要求的范围时，打开加热器电源将基片加热至所要求的温度，再打开激光器开始镀膜。当膜层打到某一厚度时，电脑控制反射镜、靶和聚焦透镜同步移动，反射镜取代靶的位置把激光束反射至膜面上，而聚焦透镜移动到正确位置使膜面上的激光能量密度达到合适数值，这样颗粒便被消除。如果要进一步增加膜厚只需重复上面的镀膜-消颗粒过程。本技术的特点是1.镀膜和消颗粒共用一台准分子激光器，因而成本大大降低。2.因为是利用大部分羽辉中的成分，因而成膜速率较高。3.本技术既可在膜生长过程中对膜进行消颗粒处理又可以进行薄膜结晶再构以改善薄膜外性能。4.薄膜淀积过程完成后还可以用本装置实现激光原位退火从而进一步提高膜质量。5.本技术既可以用于普通激光制膜系统也可以用于激光分子束外延系统。实施例1普通型激光制膜系统，工作真空度为10-1至10-4Pa。使用XeCl准分子激光器，波长为止308nm，输出单脉冲能量为150mJ，重复频率为6Hz。石英透镜的焦距为75cm，此聚焦透镜由如图2所示的装置带动。其中丝杠12、导轨13和滑块14全由不锈钢制成，透镜可移动范围为20cm，其移动由任意步进电机带动，由Pc/386电脑控制。安装靶和反射镜的转盘及转轴也由不锈钢制成，其转动由任意步进电机带动并由同一台Pc/386电脑控制。镀膜时间与消颗粒时间的比为10∶1，所制备的薄膜为YBCO超导薄膜。膜制成后用扫描电子显微镜观测，结果显示膜面光洁无颗粒。实施例2激光分子束外延系统。激光器为KrF准分子激光器，波长为248nm，脉冲重复频率为10Hz，单脉冲能量为180mJ，直径100mm的石英透镜的焦距为75cm，此聚焦透镜由如图2所示的装置带动。其中丝杠12、导轨13和滑块14全由不锈钢制成，透镜可移动范围为30cm，其移动由任意步进电机带动，由Pc/386电脑控制。安装靶和反射镜的转盘及转轴也由不锈钢制成，其转动由任意步进电机带动并由同一台Pc/386电脑控制。镀膜时间与消颗粒时间的比为12∶1，所制备的薄膜为BaTiO3薄膜YBCO超导薄膜。膜制成后用扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由激光器，真空室，加热器，靶组成的镀膜系统用的激光自动消颗粒装置，其特征在于：包括在真空室（７）外，有一可控聚焦透镜（３），它放置在可在导轨（１３）内滑动的滑块（１４）上，滑块（１４）与丝杠（１２）相联，丝杠（１２）与电脑控制的步进电机（１１）联结，聚焦透镜前放一个扫描反射镜（２），在真空室（７）内与基３片加热器（９）的相对位置上安置一个转盘（１０），它的轴通过磁耦合与真空室外的另一部电脑控制的步进电机（２０）相联结。在转盘（１０）上固定一个靶（５）和反射镜（４），在真空室内垂直于反射镜（４）的方向上放置基片加热器（９）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周岳亮，崔大复，吕惠宾，陈正豪，许世发，刘彦巍，何萌，杨国桢，熊旭明，王会生，李春苓，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]