一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置，包括主机、真空抽气装置、电源及控制系统和机柜，主机包括工作腔室、样品架、五个磁控靶和样品挡板，五个磁控靶倾斜地环绕在工作腔室顶部，实现共溅射或依次溅射；每个磁控靶配有一个靶挡板，靶挡板通过收缩开合临时遮挡对应磁控靶；样品架设置在磁控靶的下方，样品架顶部设有样品罩，样品罩具有多个样品通孔，用于高通量制备多组份混合纳米薄膜和纳米多层功能薄膜器件。样品挡板设在样品罩的上方。镀膜制备装置的磁控靶的设计充分利用了工作腔室内部的空间，能够实现共溅射或依次溅射镀膜。样品罩具有不少于100个样品通孔，能够单次同时制备上百个同样的样品，为材料基因组高通量镀膜提供可能。

An integrated device for the preparation of high flux magnetron sputtering nano film devices

【技术实现步骤摘要】
一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置
本专利技术属于磁控溅射镀膜
，具体涉及一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置。
技术介绍
磁控溅射属于物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)中的一种，磁控溅射镀膜技术是一种重要的薄膜制备方法，可以在载体上制备金属、半导体、绝缘体等多材料的薄膜，具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强的优点。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。专利CN201110358232.0提供了一种磁控溅射系统，包括磁控室、基片转台、基片转台驱动电机、传动机构、磁控靶、机台架、真空抽气系统及电动提升机构，磁控室安装在机台架上、与位于机台架内的真空抽气系统相连，在磁控室内均布有多个安装在磁控室下法兰上的磁控靶；基片转台转动安装在磁控室上盖上，所载基片位于磁控室内、各磁控靶的上方，磁控室上盖上还安装有基片转台驱动电机，基片转台通过传动机构由驱动电机驱动旋转；机台架内安装有电动提升机构，其输出端由机台架穿出、与磁控室的上盖相连接，带动上盖及上盖上的基片转台和基片转台驱动电机升降。目前，本领域技术人员发开了包含多个磁控靶的磁控溅射设备，用于制备不同材料的薄膜，节省了重复上样、抽真空、溅射镀膜等操作步骤。自2011年本领域提出材料基因组计划后，国内磁控溅射镀膜高通量的研究取得一定进展，例如，专利CN201820416442.8公开了一种用于高通量镀膜工艺的五靶磁控溅射镀膜仪，包括机架，机架内上部设置有真空腔室，机架底部设置有PLC控制器，真空腔室内部设置有若干个磁控溅射靶头，真空腔室外顶部设置有若干个分别与各个磁控溅射靶头连接的高压连接器，高压连接器与PLC控制器连接，每个磁控溅射靶头下方安装有电动挡板，真空腔室的底部安装有样品台，样品台下方设置有加热平台，加热温度由温控表进行控制，样品台的上面覆盖一个旋转台，旋转台上设置有一孔，机架内部还设置有用于驱动旋转台旋转的电机，可一次性制备最多32个样品。然而，目前的高通量磁控溅射镀设备研究较少，一次性处理样品量有待提高，并且如何实现一次性处理样品的高一致性，一直是本领域技术人员面临的问题，在高通量多层膜器件磁控溅射镀膜装置研究领域尚属空白。另外，磁控靶挡板和样品台挡板如何设计才能提高挡板运动时空间的利用率，使得磁控溅射镀设备内部更加紧凑，缩小整体设备的体积，实现磁控溅射镀设备的高通量化、微型化。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置，所述制备装置设有五个磁控靶，所述磁控靶设置在工作腔室的不同方位且具有倾斜角度，每个所述磁控靶配有一个靶挡板，所述靶挡板能够通过收缩开合的方式临时遮挡对应的磁控靶，充分利用了工作腔室内部的空间，能够实现共溅射或依次溅射镀膜。所述制备装置的样品架上方设置样品挡板，能够遮挡样品台上的不同区域，实现不同样品的差异化镀膜，所述样品架上方设有样品罩，样品罩具有不少于100个样品通孔，能够单次同时制备上百个同样的样品，为材料基因组高通量镀膜提供可能。所述制备装置特别适用于高通量制备纳米多层膜功能器件，如无机全固态电致薄膜器件，同时适用于相同条件下制备的上百个相同样品进行不同性能的破坏性和非破坏性测试。本专利技术通过对磁控靶、样品架、靶挡板和样品挡板的设计实现高通量样品镀膜一致性和装置结构紧凑的目的。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置，所述制备装置包括主机、真空抽气装置、电源及控制系统和机柜，所述主机包括工作腔室、样品架、五个磁控靶和样品挡板，五个所述磁控靶倾斜地环绕在工作腔室的顶部，能够实现共溅射或依次溅射；每个磁控靶配有一个靶挡板，所述靶挡板通过收缩开合临时遮挡对应的磁控靶；所述样品架设置在磁控靶的下方，样品架顶部设有样品罩，所述样品罩具有多个样品通孔，用于高通量制备多组份混合纳米薄膜和纳米多层功能薄膜器件，所述样品挡板设在样品罩的上方。所述主机为所述制备装置的核心工作部件，磁控溅射镀膜操作在所述工作腔室的内部进行。所述磁控靶倾斜设置在工作腔室的顶部，磁控靶与水平面之间的夹角为30-60度，优选的，所述夹角为40-50度。优选的，所述工作腔室的顶部为倾斜壁面，所述倾斜壁面与磁控靶平行，工作腔室的中部和下部为立方体或圆柱体形状；所述工作腔室的一侧设有样品门，用于样品进出，当样品门关闭时，工作腔室内部形成密闭空间，在所述真空抽气装置的作用下形成真空环境。所述工作腔室的材质选自不锈钢或合金钢。优选的，所述样品门与工作腔室的门框之间设有密封条和磁吸板，提高工作腔室的密封性。优选的，所述工作腔室的上部为圆台形状，圆台侧面为倾斜壁面。优选的，五个所述磁控靶均匀环绕设置在工作腔室顶部的倾斜壁面上，倾斜壁面具有与磁控靶相同的倾斜角度，磁控靶的靶头朝向工作腔室内部的不同方向，每个磁控靶可以设置不同的靶材，实现一次性多种材料镀膜或使用不同材料镀多层膜，同时使得所述样品架上的样品能够接受多方向的靶材溅射镀膜，还能够实现共溅射或依次溅射镀膜，具有广泛的应用前景。所述磁控靶通过法兰固定在所述倾斜壁面上，所述工作腔室外设置多个高压连接器，每个高压连接器与对应的磁控靶连接，所述高压连接器通过电路与电源及控制系统连接。本专利技术中在所述工作腔室的不同方位设置多个具有倾斜角度的磁控靶，达到了以下技术效果：(1)所述磁控靶具有一定的倾斜角度，保证每个磁控靶的溅射镀膜范围覆盖所述样品罩；(2)同一个磁控靶对所述样品架上的所有样品均匀镀膜，提高所有样品的一致性；(3)满足多种材料镀膜和镀多层膜的需要；(4)对同一个样品镀多层膜而言，不同磁控靶镀膜均匀一致，提高了样品膜层的平整度；(5)满足共溅射或依次溅射镀膜的多功能要求，且充分利用空间，尽量减小工作腔室的体积。所述样品架包括样品台、样品罩、支撑杆和驱动旋转装置。所述样品台内部设有加热装置，样品罩可拆卸地设在样品台上方。所述支撑杆的顶部固定连接样品台，且底部穿过工作腔室的底板连接所述驱动旋转装置，所述驱动旋转装置设置在工作腔室的外部。所述样品台能够在驱动旋转装置的作用下旋转，调整样品台上的样品与每个磁控靶的对应关系，便于样品差异化镀膜。所述样品台为板状，且表面均匀平整，用于直接放置样品，有利于提高所有样品镀膜的一致性。所述样品台的形状选自扇形、方形、圆形、平行四边形或三角形，根据镀膜样品的数量和镀膜顺序要求，选自合适的样品台的形状。所述样品台的内部设有加热装置，所述加热装置直接加热样品台上的样品，优选的，所述加热装置为加热丝。传统的磁控溅射镀膜机的样品台一般采用间接加热的方式，即在样品台下方再设置加热装置，造成样品台温度与样品温度不一致，既浪费了热能，又造成样品温度的准确性较差的缺点。本专利技术将加热装置直接放入样品台，使得样品台即具有加热功能，直接均匀加热样品，提高了样品温度的准确性，也使得样品温度更加容易控制。优选的，所述加热装置连接热电偶，所述加热装置与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置，包括主机、真空抽气装置、电源及控制系统和机柜，其特征在于，所述主机包括工作腔室、样品架、五个磁控靶和样品挡板，五个所述磁控靶倾斜地环绕在工作腔室的顶部，能够实现共溅射或依次溅射；每个磁控靶配有一个靶挡板，所述靶挡板通过收缩开合临时遮挡对应的磁控靶；所述样品架设置在磁控靶的下方，样品架顶部设有样品罩，所述样品罩具有多个样品通孔，用于高通量制备多组份混合纳米薄膜和纳米多层功能薄膜器件，所述样品挡板设在样品罩的上方。/n

【技术特征摘要】
1.一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置，包括主机、真空抽气装置、电源及控制系统和机柜，其特征在于，所述主机包括工作腔室、样品架、五个磁控靶和样品挡板，五个所述磁控靶倾斜地环绕在工作腔室的顶部，能够实现共溅射或依次溅射；每个磁控靶配有一个靶挡板，所述靶挡板通过收缩开合临时遮挡对应的磁控靶；所述样品架设置在磁控靶的下方，样品架顶部设有样品罩，所述样品罩具有多个样品通孔，用于高通量制备多组份混合纳米薄膜和纳米多层功能薄膜器件，所述样品挡板设在样品罩的上方。


2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述磁控靶与水平面之间的夹角为30-60度，优选的，所述夹角为40-50度。


3.根据权利要求2所述的制备装置，其特征在于，五个所述磁控靶均匀环绕设置在工作腔室顶部的倾斜壁面上，倾斜壁面具有与磁控靶相同的倾斜角度，磁控靶的靶头朝向工作腔室内部的不同方向。


4.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述样品架包括样品台、样品罩、支撑杆和驱动旋转装置，所述样品台内部设有加热装置，样品罩可拆卸地设在样品台上方，所述支撑杆的顶部固定连接样品台，且底部穿过工作腔室的底板连接所述驱动旋转装置，所述驱动旋转装置设置在工作腔室的外部。


5.根据权利要求4所述的制备装置，其特征在于，所述样品台为板状，且表面均匀平整；所述样品罩的直径为100-150mm，所述样品通孔为边长1-10mm的正方形；
所述样品台底部设有托板，支撑所述样品台，所述托板与样品台之间填充有绝缘材料。


6.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，所述支撑杆包括空轴、套轴和绝缘套管，所述空轴的顶端套入绝缘套管，底端套入套轴，空轴能够在套轴内伸缩、转动，所述绝缘套管的顶端与所述托板固定连接，所述套轴穿过工作腔室的底板并与驱动旋转装置的从动齿轮相连。


7.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述样品挡板水平放置，包括第一气缸、转挡轴、支柱、至少两个转挡连片和两个挡板，所述第一气缸的活塞连接并能够带动转挡轴做伸缩运动，所述支柱的底部垂直固定在转挡轴上，支柱的顶端同时连接两个转挡连片的前端，两个转挡连片的后端分别连接两个挡板，所述支柱通过两个转挡连片分别带动两个挡板相互靠近或相互远离。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刁训刚，秦建平，刁诗如，
申请(专利权)人：纳能镀膜丹阳有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32