一种改进的载气团簇源发生方法与装置制造方法及图纸

一种载气团簇源装置，用于向目标提供团簇，包括：用于产生簇束的束源装置，所述束源装置包括用于发射原子束的蒸发源装置和气体混合室，其中载气与原子束混合以形成具有与原子团混合的原子簇的簇束；载气流量调节装置，用于在形成簇之后调节簇束，使得基本上所有簇都处于液态；和发射装置，其在撞击目标之前以几乎所有的集群处于液态的方式将调节后的集群束的集群发射到目标。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的载气团簇源发生方法与装置
本专利技术涉及薄膜的沉积，更具体地说，涉及成簇束的源。
技术介绍
在基板上沉积薄膜是许多领域中重要的制造和研究工具。例如，通过将连续的膜层沉积到基底上以获得复合材料的特定电子性能来制备微电子器件。通过将光敏材料的薄膜沉积到基板上来制造光敏设备(如vidicon和太阳能电池)。通过在其表面上沉积薄膜可以改善镜片的光学性能。当然，这些例子仅说明了薄膜沉积技术的数千种应用。在需要高质量薄膜的应用中，典型的高度受控的薄膜沉积方法是通过连续沉积薄膜的单层来形成薄膜，每一层为一个原子厚。沉积过程的力学最好用原子的术语来考虑。通常，在这样的过程中，必须小心地清洁衬底的表面，因为较小的污染物质量甚至污染物原子会显着阻碍所需的高度完美的膜的沉积。然后通过为各种应用而开发的许多技术之一来沉积膜的材料，例如，气相沉积，电子束蒸发，溅射或化学气相沉积，仅举几例。在另一种沉积薄膜的技术中，原子的电离簇在簇沉积设备中形成。这些簇通常每个具有大约1000-2000个原子。簇被电离，然后通过电势向衬底目标加速，该电势将等于加速电压乘以簇的电离能级的能量赋予簇。到达基材表面后，这些团簇在撞击下会分解成自由在表面上移动的原子。分解后剩余的每个原子碎片的能量等于团簇的总能量除以团簇中的原子数。因此，在分解之前的团簇具有相对较高的质量和能量，而在分解之后剩余的每个原子具有相对较低的质量和能量。沉积在表面上的原子的能量使其在表面上具有流动性，因此它可以移动到表面上可能存在的纽结或孔洞。沉积的原子停留在缺陷中，从而消除缺陷并增加了薄膜的完美度和密度。已经开发了使用簇的其他方法，并且使用簇束的薄膜沉积是有前途的商业膜制造技术。产生簇的簇源是簇束沉积设备的关键部件。团簇源应产生高质量的选定尺寸范围的团簇，并表现出很高的团簇形成效率。也就是说，簇束应具有束的质量的大部分而不是原子，否则会丢失使用簇的有益效果。群集源还应提供一个群集束，其中群集处于适当的能量状态。一种类型的团簇源是载气团簇源，其中要被冷凝成团簇的原子流从坩埚发射到气体混合室中。在气体混合室中，载气与原子流混合，使原子淬灭至过饱和并形成团簇。从源头出来的团簇进入真空，被电离并朝目标加速。载气团簇源比表面增长团簇源(另一类最重要的源)具有两个重要优势。载气团簇源具有更高的团簇形成效率，导致团簇束的质量中有很大一部分是团簇而不是原子。其次，载气团簇源可用于形成熔点极高的材料(例如难熔金属)的团簇束，这是表面生长团簇源无法实现的。然而，已经通过实验观察到，使用常规载气团簇源沉积的膜倾向于颗粒状和粗糙。结果，该膜不适用于许多类型的要求苛刻的应用，例如微电子器件。期望改善从载气团簇源获得的沉积膜的质量，同时保留这些源目前享有的效率和通用性方面的优势。本专利技术满足了这一需求，并且进一步提供了相关的优点。
技术实现思路
本专利技术目的是，提供了一种改进的载气团簇源，其产生了经调节以在基板上沉积高质量的膜的团簇。该源保留了高的簇形成效率，因为形成过程没有实质性改变。该源还能够产生高温材料簇。改进后的构造与现有的团簇沉积系统完全兼容，并且可以经济地构造。根据本专利技术，用于向目标提供簇的载气簇源包括用于产生簇束的束源装置，该束源装置包括发射原子束的蒸发源和气体混合体积，其中载气与原子束混合形成簇束，该束的原子簇与载气流混合。调节装置，用于调节簇束，使得基本上所有簇都处于液态。发射装置，用于在将全部已调整的束处于液态之前，在撞击目标之前，将调节后的束的束发射到目标。在一个优选的实施方案中，载气团簇源包括束源，该束源包括气体混合室和坩埚，该坩埚将团簇材料的原子流发射到混合室中，其中原子流和载气混合从而形成与载气混合的簇状材料的簇状束。漂移管，簇状束和载气在离开束源后通过。用于加热漂移管的加热器；先前的载气簇源产生的簇束以及当此类簇束撞击目标时产生的薄膜的研究表明，至少有一个束中的簇的一部分处于固态。在固态中，如在此使用的那个术语，物质被浓缩成团簇，并且另外表现出块状固体材料的结晶度特性。显然，当此类固体团簇撞击靶标时，该团簇不会崩解而不会以所需方式将原子散布在表面周围。结果，丙烯酸类簇在薄膜上留下颗粒状的表面结构。随着更多簇的沉积，颗粒性得以保留，从而导致薄膜质量下降。当流动的气流淬灭从蒸气源发出的蒸汽时，在载气簇源中形成簇，从而使蒸汽在气流中变得过饱和并形成簇。淬火必须在低气体温度下迅速进行，否则团簇只会长到不希望的小尺寸。在较低温度下用气体淬火的另一个结果是，团簇表现出固体的结晶性。在本专利技术中，团簇在形成后被调理成液态。如本文所用，“液态”是一种术语，是指类似于大块液态物质的其中基本上没有结晶度的物质的冷凝态。调节团簇的一种方法是提高其温度，在团簇中，温度反映在团簇中原子的随机动能上，而不是随着团簇向目标移动时所产生的有向动能。这种增加的能量克服了簇在低温下变成结晶的趋势。在优选的实施方案中，使团簇通过保持在足够高的温度下的扩散管，以将团簇加热至结晶度消失并且团簇处于液态的温度。加热是通过有效的传导过程完成的，该过程借助于与扩散管内的簇相互混合的载气的存在。实际上，所有团簇都处于这种液态，但是一些最大的团簇可能没有充分加热以除去结晶度。如果要达到目标，那么大的簇将导致不希望的颗粒感。然而，实际上，通过质量分离器将最大的团簇从团簇束中去除，并且不会对膜的质量造成问题。在将簇调整为适当的非晶态后，必须将其保存在此状态下，直到影响目标为止。用于实现这种保存的传输装置从束中分离并去除了大部分载气。除去载气后，团簇在接近真空的情况下移动。在这样的真空下，几乎消除了簇的传导和对流热损失。真空中微小簇的辐射热损失也很小。结果是，当簇在真空中通过随后的电离，质量分离器，加速器和聚焦组件(如果有)时，保持在调节装置中的簇的温度状态得以保持。到达目标的簇保持温度和在调节装置中建立的非晶态，松散结合状态。换句话说，本专利技术体现在一种提供高质量的聚束以撞击目标的方法中，该方法包括通过将载气与原子流混合而形成聚束的步骤。调节簇束中的簇，使得基本上所有簇都处于液态；并将调节后的簇束发射到目标，并且基本上所有的簇在撞击目标之前都处于液态。现在将认识到，本专利技术的簇源在载气簇源的领域中提供了重要的进展。保留了现有载气团簇源的高团簇形成效率和多功能性，但此外，将团簇调解为非晶态液态，从而使沉积的膜光滑且无颗粒状和沉积的其他缺陷。因此，本专利技术允许载气簇源与其他簇源竞争地使用。通过以下结合附图的更详细的描述，本专利技术的其他特征和优点将变得显而易见，所述附图以示例的方式示出了本专利技术的原理。附图说明图1是载气簇束沉积装置的示意图。图2是根据本专利技术的载气簇源的侧视截面图。具体实施方式图1中示出了典型的簇束沉积设备10。现在参考图1，以说明本专利技术在其中找到应用的系统类型。沉积设备10包括产生簇束14的簇源12。簇束14由各种尺寸的簇以及一些未聚簇的原子组成。簇束14的簇和原子在电离器16中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种载气团簇源装置，用于向目标提供团簇，其特征是，包括：用于产生簇束的束源装置，所述束源装置包括用于发射原子束的蒸发源装置和气体混合室，其中载气与原子束混合以形成具有与原子团混合的原子簇的簇束；载气流量调节装置，用于在形成簇之后调节簇束，使得基本上所有簇都处于液态；发射装置，其在撞击目标之前以几乎所有的集群处于液态的方式将调节后的集群束的集群发射到目标。/n

【技术特征摘要】
1.一种载气团簇源装置，用于向目标提供团簇，其特征是，包括：用于产生簇束的束源装置，所述束源装置包括用于发射原子束的蒸发源装置和气体混合室，其中载气与原子束混合以形成具有与原子团混合的原子簇的簇束；载气流量调节装置，用于在形成簇之后调节簇束，使得基本上所有簇都处于液态；发射装置，其在撞击目标之前以几乎所有的集群处于液态的方式将调节后的集群束的集群发射到目标。


2.根据权利要求1所述的簇源装置，其特征是，所述调节装置包括用于调节所述簇的温度的装置。


3.根据权利要求1所述的簇源装置，其特征是，所述调节装置是簇束通过的漂移管；所述调节装置还包括用于所述漂移管的加热器。


4.根据权利要求1所述的团簇源，其特征是，所述蒸发源是坩埚，并且其中具有用于发射原子束的孔；具有用于其的加热器。


5.根据权利要求1所述的簇源装置，其特征是，所述传输装置包括用于从簇束中去除至少一部分载气的装置；用于从簇束中去除一部分载气。


6.根据权利要求1所述的簇源装置，其特征是，所述传输装置包括膨胀喷嘴。


7.根据权利要求1所述的簇源装置，其特征是，所述传输装...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹路，宋凤麒，刘翊，张同庆，
申请(专利权)人：江苏集创原子团簇科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32