本发明专利技术涉及气相沉淀技术领域，具体涉及一种气相沉积薄膜的装置及其使用方法。首先将源材料放置于束源坩埚中，再把基片放置在样品台上，关闭样品台活动档板，开启镀膜室腔体冷却水套和束源冷却装置，然后抽真空，通过束源加热线圈对束源进行加热，使用束源测温热电偶测量束源温度，并通过样品台冷却系统和样品台冷却介质或样品台加热线圈控制基片温度，当磁场强度达到要求后，开启束源活动档板，开始生长薄膜，当薄膜生长到厚度为35～120nm后，关闭样品台活动档板和束源活动档板，然后关闭基片的冷却或加热系统，最后将磁场降为零后，降低束源温度至室温，关闭抽真空系统，取出样品。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气相沉淀
，具体涉及。
技术介绍
纳米量级颗粒构成的薄膜，由于尺度处于原子团簇和宏观物体的交接区域，具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，可以产生如巨电导、巨磁电阻效应、巨霍尔效应等性能。薄膜的性能强烈依赖于纳米颗粒的尺寸、分布、晶体结构与取向和薄膜的厚度、 表面粗糙度等。通过对纳米颗粒复合过程的控制可以使薄膜具有满足应用要求的电、磁、光和催化等性能，这些性能在信息存储、半导体集成电路、微电子、超导和催化等领域具有重要的应用价值。由于纳米颗粒的原子价带因配位数减少而窄化从而使其磁矩增加，甚至出现非磁性向磁性的转变。纳米颗粒的这种磁性增强效应会受到强磁场的强烈作用，即使在高温时物质从铁磁性变成顺磁性，强磁场的作用仍然会存在。因此，在薄膜生长过程中施加强磁场，可以通过强磁场对薄膜生长时纳米颗粒结构演化的调控来制备具有不同结构和性能的薄膜。相关研究不但可以丰富强磁场材料科学的理论，还可以为纳米材料的可控制备提供理论依据和实验指导，具有重要理论价值和现实意义。近年来，随着薄膜技术的发展，强磁场开始被尝试作为薄膜材料的控制手段，施加到薄膜的制备过程和后处理过程中。目前，人们尝试了将强磁场引入到各种薄膜制备方法中，包括电镀、化学镀、化学气相沉积、溅射和真空蒸发。发现强磁场可以通过对薄膜生长时颗粒的形核和生长的作用，来控制薄膜晶粒的尺度、形状、取向以及析出物的量与分布、降低薄膜的缺陷，进而影响薄膜结构和性能。在i^ePt薄膜强磁场热处理研究中发现，强磁场对铁磁性的有序颗粒和顺磁性的无序颗粒不同作用会诱导LlO-FePt的有序相变。强磁场热处理还可以使纳米颗粒间的耦合作用发生改变从而提高铁磁性转变温度。因此，强磁场可以对薄膜中的颗粒产生作用，进而影响薄膜结构和性能。但是，如果薄膜制备时涉及到强磁场与化学反应、等离子体放电等镀膜手段的结合，不但会增加薄膜控制过程的复杂性，而且磁场是通过影响等离子放电、化学反应和在镀液中产生磁致电流等间接方式作用于薄膜生长过程，不利于精细观察强磁场对纳米颗粒的沉积、扩散迁移、凝结成核、晶核扩散和合并生长过程的影响，也很难使薄膜工艺的控制精度达到纳米级水平，无法揭示强磁场对纳米颗粒的作用机制。真空蒸发的方法由于是在真空条件下生长薄膜，没有化学反应和等离子体放电的影响，适于强磁场下薄膜生长的研究。但是真空蒸发源发射出的颗粒多是尺寸较大的微米量级、方向随机且无法控制，并且无法生长精确配比的合金薄膜和实现层层生长等，这限制了其在纳米薄膜研究领域的应用。而且，由于强磁场会对加热电阻的电流产生影响，使真空蒸发仅限于研究低熔点金属(如Zn、Te)的生长。另外，在上述的研究中，强磁场或者间接作用于颗粒生长成连续膜的过程，或者由于颗粒尺寸较大磁矩变小，强磁场磁化能的作用减弱。不利于深入研究强磁场对薄膜生长时纳米颗粒结构演化的作用规律，以及强磁场对薄膜生长过程和结构的影响。由于分子束源可以在原子级水平控制和选择各种元素团簇的尺寸，并且可以实现慢速生长，严格控制组元成分和杂质浓度，特别适于薄膜生长机理、表面结构、杂质掺入等基础性研究。因此，开展强磁场下气相沉积薄膜的研究对于实现薄膜的可控生长至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供。一种气相沉积薄膜的装置，由超导强磁体、真空镀膜室、样品台控制系统及蒸发束源系统构成，超导强磁体设置于真空镀膜室外侧，样品台控制系统及蒸发束源系统设置于真空镀膜室中，样品台控制系统通过上密封法兰与真空镀膜室连接，蒸发束源系统通过下密封法兰与真空镀膜室连接，超导强磁体通过固定架与真空镀膜室连接，真空镀膜室外壁设有镀膜室腔体冷却水套，真空镀膜室下端设有个蒸发束源安装空腔，真空镀膜室侧壁设有抽真空接口和化学气相沉积接口；所述的样品台控制系统由样品台测温热电偶、样品台加热导线、样品台冷却系统、样品台控制系统密封法兰、样品台控制系统保护罩、样品台旋转轴、样品台基座、样品台加热线圈、样品台活动档板、样品台和样品台活动档板杆组成，安装于样品台基座正下方的样品台与样品台测温热电偶连接，样品台旋转轴设置于样品台基座上壁，样品台基座与样品台冷却系统连接，样品台冷却系统内部设有样品台冷却介质，样品台加热导线与样品台加热线圈连接，样品台加热线圈设置在样品台基座的侧壁外侧，样品台正前方设置有样品台活动档板，样品台活动档板通过样品台活动档板杆连接在样品台控制系统密封法兰上，样品台控制系统外侧设置有样品台保护罩，样品台基座的竖直方向周围安装样品台加热线圈，样品台加热线圈与样品台加热导线连接；所述的蒸发束源系统由束源活动档板、束源坩埚、束源冷却装置、束源加热线圈、源材料、蒸发束源系统保护罩、束源密封法兰、束源测温热电偶、束源加热导线和束源活动档板杆组成，其中在束源坩埚正前方安装的束源活动档板通过束源活动档板杆与束源密封法兰连接，束源坩埚开口中心距样品台中心20mm，束源坩埚对称分布于样品台两侧，束源坩埚中心与样品台中心的连线与竖直线成15度夹角，在束源坩埚内部放置源材料，在束源坩埚周围安装有束源加热线圈，束源加热线圈与束源加热导线连接，在束源加热线圈周围安装有束源冷却装置，束源冷却装置内部装有束源冷却介质，在束源坩埚下方安装有束源测温热电偶，整套系统置于蒸发束源系统保护罩内部，通过下密封法兰和束源密封法兰安装于真空镀膜室下方的蒸发束源安装空腔中；本专利技术装置的所有部件均选用非磁性材料制成，其中样品台由铜构成，其余设备均由无磁不锈钢304制成；所述的超导强磁体可用磁场空间为Φ IOcm lm、磁场感应强度为0 12T ； 所述的样品台控制系统放置的基片，材质选用石英或铝或硅，厚度范围是0. Imm 5mm,尺寸为 20 X 20mm、10 X IOmm 或 3 X 3mm ；所述的蒸发束源系统采用电阻加热方式，由束源加热线圈和束源加热导线实现升温过程，使束源坩埚温度为25 1450°C，控温精度为士 1 °C。本专利技术一种气相沉积薄膜的装置的使用方法，首先将源材料放置于束源坩埚中，再把基片放置在样品台上，关闭样品台活动档板，开启镀膜室腔体冷却水套和束源冷却装置，然后抽真空，使镀膜室真空度达到KT6Pa以下，通过束源加热线圈对束源进行加热，使用束源测温热电偶测量束源温度，其温度范围为25 1450°C，并通过样品台冷却系统和样品台冷却介质或样品台加热线圈控制基片温度范围为-150°C 700°C，在源温度和基片温度达到设定值后，开启超导强磁体，当磁场强度达到要求后，开启束源活动档板，待束流稳定后开启样品台活动档板，开始生长薄膜，当薄膜生长到厚度为35 120nm后，关闭样品台活动档板和束源活动档板，然后关闭基片的冷却或加热系统，最后将磁场降为零后，降低束源温度至室温，关闭抽真空系统，取出样品； 所述的薄膜源材料为狗、Co、Ni或P ；本方法适用于物理或化学气相沉积方法生长薄膜，当生长含有P非金属的化合物薄膜时实现了物理气相沉积和化学气相沉积的混合生长。与现用技术相比，本专利技术的特点及其有益效果是1.本专利技术中强磁场的磁化能是以非接触的方式施加在薄膜材料生长过程中，因而制备过程简单且不会对材料造成污染和损伤；2.本专利技术的蒸发束源系统通过加热线圈平行磁场方向环绕和保护本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王强，李国建，曹永泽，王晓光，赫冀成，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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