一种超高真空环境多功能样品台及样品原位图案化的方法技术

本发明专利技术公开了一种超高真空环境多功能样品台及样品原位图案化的方法，包括加热台、加热单元和存样台；加热台设于加热单元上方，存样台位于加热单元后端通过直流电源连接样品托板、电刷实现样品托板直流加热；通过直流电源连接加热丝实现样品托板的热辐射加热和电子束轰击加热；将材料沉积于掩膜板托板下的样品托板上。本发明专利技术结构简单、易于维护，具备多种样品加热模式，同时还具有原位的样品图案化功能，且两种功能可可独立也可同时工作。大大减少了器件加工的工序，也减小了器件加工过程中对样品本身性能的破坏。能满足实验室需求。

【技术实现步骤摘要】
一种超高真空环境多功能样品台及样品原位图案化的方法
本专利技术涉及真空
，特别是一种用于超高真空环境的多功能样品台及样品原位图案化的方法。
技术介绍
超高真空环境是指压强处于10-6-10-8Pa范围的真空环境。在超高真空环境中，残余分子密度极小，分子平均自由程远大于容器特征尺寸，这使得样品清洁表面不易受分子吸附污染，即可维持较长时间的清洁表面。真空技术在半导体工业、航空航天、表面科学研究等领域有广泛应用。特别是对微电子产业中芯片的制造与加工中，有着重要作用。因此，发展用于超高真空环境的设备显得尤为重要。在超高真空技术中，样品处理技术十分关键。在样品处理中，应用最广泛的就是给样品加热或退火。其主要作用包括：1)去除基底表面物理吸附的杂质，形成洁净表面；2)使表面原子获得动能，形成新的表面重构；3)在材料沉积过程中，控制基底温度，调控其结构和物相的形成。并且，对于不同材料种类的样品和不同温度需求，可采取的加热方式也不同。一般来说，对于低于1000℃的需求，主要采用辐射加热；对于高于1000℃的需求，采用电子束轰击加热；特别地，对于具有合适电阻率的半导体样品，可采取直接给样品通直流电流加热。另一方面，原位图案化技术是半导体器件研究中的一种重要技术。即在材料沉积过程中，在基底上以特定的微小间距放置具有特定镂空图案的掩膜板，从而使生长的薄膜自然获得模板上特定的图案。这项技术的优势在于图案可一次成型，不需要多个步骤繁琐的光刻等微加工工艺，从而避免了图案化过程中对材料的破坏与污染。例如，在研究自旋轨道耦合效应中使用的重金属/磁性金属薄膜的霍尔器件，即可通过此工艺完成，再配合原位的探针测量技术，可做到从材料制备到信号测量全部在真空条件下完成。即减小了加工难度和复杂度，又最大程度保证了数据的真实性。但是，原位图案化技术实现的基础是材料能够在适宜条件下合成，典型的条件如合适的温度区间，这就要求原位图案化技术必须结合到样品加热技术上。此外，在超高真空技术中，为追求更高的效率，往往有以下要求：1)希望尽可能减少开腔更换样品的次数；2)样品在不同的实验流程的间隔期，需要保存在超高真空环境中；3)同一个实验流程往往需要用到与样品相关的配件。例如，在原位图案化技术中，需要随时调用与样品适配的阴影掩膜板。这些都要求样品台具备存储多个样品和对应配件的功能。然而，目前在超高真空
，缺乏一种同时兼顾上述多种需求的装置。并且，在超高真空环境中，在实现多种功能的同时，要考虑多种问题，例如高压安全、短路问题、温度监测、掩膜板原位安装、结构紧凑等。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于超高真空环境中具备宽范围变温条件下的原位图案化合成及处理样品的功能的多功能样品台及其方法，其结构简单、成本低廉、易于维护。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。根据一示例性实施例，一种用于超高真空环境的多功能样品台，包括加热台、加热单元和存样台；所述加热台设于加热单元上方，存样台位于加热单元后端；所述加热台包括金属台、位于金属台上的电刷、样品托板、掩膜板托板和测温单元；所述电刷、样品托板与直流电源连接，测温单元与样品托板连接；所述加热单元包括热屏蔽板、位于屏蔽板上方的陶瓷板和加热丝；所述加热丝与直流电源连接；所述存样台包括一个用于放置样品托板的框形架，和其一侧连接一块用于放置加热台和加热单元的平板；通过直流电源连接样品托板和电刷，实现样品托板直流加热；通过直流电源连接加热丝，实现样品托板的热辐射加热；通过直流电源连接加热丝，高压电源连接样品托板实现样品托板的电子束轰击加热；将材料沉积于掩膜板托板下的样品托板上。进一步，所述样品卡槽具有双层插槽，分别独立安装载有样品的样品托板和嵌入有阴影掩膜板的掩膜板托板，或同时安装样品托板和掩膜板托板。进一步，所述电刷位于金属台上方，电刷一端连接直流电源，另一端连接样品托板的接电端。进一步，所述存样台框形架上设有若干个存样槽，存样台的平板上开有镂空槽和固定通孔。本专利技术实施例进而提供了一种所述样品台进行样品原位图案化的方法，包括：直流加热工作模式下，电流流经电刷、直流加热样品托板、半导体样品；给半导体样品加热；热辐射加热工作模式下，加热丝被通直流电流，产生的热辐射传递给金属台上的样品托板；电子束轰击加热工作模式下，在高压电源的作用下，加热丝辐射热电子加热半导体样品；在辐射加热和电子束轰击加热的基础上，样品托板和阴影掩膜板分别安装于金属台的样品卡槽中，沉积材料于阴影掩膜板下方样品托板上，得到具有阴影掩膜板图案的样品。进一步，在辐射加热和电子束轰击加热的基础上，安装样品托板，先沉积材料得到无图案化的样品，再插入阴影掩膜板，然后再沉积材料，得到具有立体结构的图案化样品。进一步，安装或更换样品托板或掩膜板托板，均通过设备具有的磁力杆在超高真空条件下完成。进一步，所述样品托板、掩膜板托板和阴影掩膜板均采用耐高温金属钼材制作。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术由于采用了具备双层插槽的一体成型的耐高温金属台及对应加热单元，以及存储阴影掩膜板的存样台，因此具备了宽范围变温条件下的原位图案化合成及处理样品的功能。本专利技术由于采用了将存样卡槽、阴影掩膜板卡槽、加热单元和存样台等结合到一起的设计，具备了在不破坏真空条件下同时合成、处理、加工多个样品的功能，这大大减少了现有技术中器件加工的工序和器件加工过程中对样品本身性能的破坏。本专利技术提供了一款体积小巧、结构简单、易于维护的多功能样品台，具备多种样品加热模式，同时还具有原位的样品图案化功能，且两种功能可可独立也可同时工作。本专利技术能满足实验室需求，也能为器件研发提供帮助。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的部件加热台和加热单元的结构示意图；图3是本专利技术与阴影掩膜板的结构示意图；图4是本专利技术的部件存样台的结构示意图。图中：101、加热台；102、加热单元；103、存样台；104、固定螺栓；105、热屏蔽罩；201、金属台；202、陶瓷垫片；203、电极螺钉；204、接地线螺栓；205、调节螺钉；206、电刷；207、样品托板；208、测温单元；209、绝缘陶瓷；211、热屏蔽板；212、加热丝；213、陶瓷板；214、样品卡槽；215、阴影掩膜板插槽；270、半导体样品；271、接电端；272、接地端；301、掩膜板托板；320、阴影掩膜板；401、存样槽；404、存样台通孔；405、固定通孔；406、镂空槽；407、导线穿孔。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。...

【技术保护点】
1.一种用于超高真空环境的多功能样品台，其特征在于，包括加热台(101)、加热单元(102)和存样台(103)；所述加热台(101)设于加热单元(102)上方，存样台(103)位于加热单元(102)后端；/n所述加热台(101)包括金属台(201)、位于金属台(201)上的电刷(206)、样品托板(207)、掩膜板托板(301)和测温单元(208)；所述电刷(206)、样品托板(207)与直流电源连接，测温单元(208)与样品托板(207)连接；/n所述加热单元(102)包括热屏蔽板(211)、位于屏蔽板(211)上方的陶瓷板(213)和加热丝(212)；所述加热丝(212)与直流电源连接；/n所述存样台(103)包括一个用于放置样品托板的框形架，和其一侧连接一块用于放置加热台(101)和加热单元(102)的平板；/n通过直流电源连接样品托板(207)和电刷(206)，实现样品托板(207)直流加热；通过直流电源连接加热丝(212)，实现样品托板(207)的热辐射加热；通过直流电源连接加热丝(212)，高压电源连接样品托板(207)实现样品托板(207)的电子束轰击加热；将材料沉积于掩膜板托板(301)下的样品托板(207)上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于超高真空环境的多功能样品台，其特征在于，包括加热台(101)、加热单元(102)和存样台(103)；所述加热台(101)设于加热单元(102)上方，存样台(103)位于加热单元(102)后端；
所述加热台(101)包括金属台(201)、位于金属台(201)上的电刷(206)、样品托板(207)、掩膜板托板(301)和测温单元(208)；所述电刷(206)、样品托板(207)与直流电源连接，测温单元(208)与样品托板(207)连接；
所述加热单元(102)包括热屏蔽板(211)、位于屏蔽板(211)上方的陶瓷板(213)和加热丝(212)；所述加热丝(212)与直流电源连接；
所述存样台(103)包括一个用于放置样品托板的框形架，和其一侧连接一块用于放置加热台(101)和加热单元(102)的平板；
通过直流电源连接样品托板(207)和电刷(206)，实现样品托板(207)直流加热；通过直流电源连接加热丝(212)，实现样品托板(207)的热辐射加热；通过直流电源连接加热丝(212)，高压电源连接样品托板(207)实现样品托板(207)的电子束轰击加热；将材料沉积于掩膜板托板(301)下的样品托板(207)上。


2.根据权利要求1所述的一种用于超高真空环境的多功能样品台，其特征在于，所述样品卡槽(214)具有双层插槽，分别独立安装载有样品的样品托板(207)和嵌入有阴影掩膜板(320)的掩膜板托板(301)，或同时安装样品托板(207)和掩膜板托板(301)。


3.根据权利要求1所述的一种用于超高真空环境的多功能样品台，其特征在于，所述电刷(206)位于金属台(201)上方，电刷(206)一端连接直流电源，另一端连接样品托板(207)的接...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘毅，吴迪，袁玺惠，闵泰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61