[發(fā)明專利]大面積原子級精度激光分子束外延薄膜制備系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN110144553A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 朱銀燕;葉碧瑩;郁揚;黃海明;王文彬;高春雷;吳施偉;殷立峰;沈健
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C23C14/28
• 分類號: C23C14/28;C23C14/50;C23C14/54;C30B23/02;C30B23/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;王潔平

1.一種大面積原子級精度激光分子束外延薄膜制備系統(tǒng)，其包括快速進樣室、準分子激光器、主腔、樣品架、靶臺、樣品加熱組件、透鏡組件、反射式高能電子衍射儀、熒光屏、氣體傳輸組件和機械泵；其特征在于，快速進樣室、樣品架和反射式高能電子衍射儀分別通過法蘭口連接在主腔四周，靶臺位于主腔底部，并在主腔中軸線上，樣品架最前端位于靶臺正上方；樣品架的前端設有樣品槽，樣品槽中心為通孔，樣品槽中插入樣品托；樣品加熱組件位于主腔的正上方，樣品加熱組件包括紅外激光光纖、第二聚焦透鏡和支架，紅外激光光纖和第二聚焦透鏡固定在支架上，紅外激光光纖位于第二聚焦透鏡的上方，且位于第二聚焦透鏡的焦點處；透鏡組件包括第一聚焦透鏡、全反射鏡、兩個步進電機以及固定支架；固定支架上安裝滑軌，第一聚焦透鏡和全反射鏡安置在滑軌上，可以沿著固定支架上下移動；全反射鏡分別與第一步進電機、第二步進電機相連，使得全反射鏡可分別沿著第一旋轉軸和第二旋轉軸旋轉轉動，第一旋轉軸和第二旋轉軸相互正交；透鏡組件通過固定支架固定在樣品加熱組件后方；準分子激光器發(fā)出的激光通過透鏡組件引入主腔；氣體傳輸組件中包括波紋管和卡套管；反射式高能電子衍射儀通過兩根波紋管分別與快速進樣室和機械泵相連，氧氣通過卡套管連入主腔內，卡套管有2根，其中一根指向樣品托中心，另外一根呈環(huán)形，靠近靶臺表面。

2.根據(jù)權利要求1所述的薄膜制備系統(tǒng)，其特征在于，樣品架中還包括面內角旋轉軸、齒條和齒輪；面內角旋轉軸的轉動由樣品架前端的齒條帶動齒輪實現(xiàn)。

3.根據(jù)權利要求1所述的薄膜制備系統(tǒng)，其特征在于，樣品架和樣品托采用耐高溫耐高氧的鎳基合金。

4.根據(jù)權利要求1所述的薄膜制備系統(tǒng)，其特征在于，樣品槽和樣品架之間設有陶瓷墊片；樣品架前端部分為鏤空結構。

5.根據(jù)權利要求1所述的薄膜制備系統(tǒng)，其特征在于，第一步進電機控制全反射鏡沿著第一旋轉軸在-10°~10°角度內旋轉，第二步進電機控制全反射鏡沿著第二旋轉軸進行0°~360°旋轉。

6.一種基于權利要求1所述的系統(tǒng)的薄膜制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）清洗襯底并安裝在樣品托上，樣品托經(jīng)快速進樣室傳樣至樣品架，通過卡套管向主腔中通入氧氣，通過樣品加熱組件的紅外激光光纖加熱樣品至合適溫度；

（2）打開反射式高能電子衍射儀的控制器，在熒光屏上觀察衍射斑并將衍射斑調至最優(yōu)；

（3）打開儀器控制程序，設定激光參數(shù)，將靶位轉至需要生長的位置，打開靶材自轉按鈕；打開激光掃靶程序，打開掃靶方案，控制全反射鏡開始轉動；準備就緒后，選擇手動生長或自動生長，即開始生長樣品；此時，脈沖激光根據(jù)設定的程序打在靶面上不同位置，在整個掃靶周期內，脈沖位置遍歷靶面；重復樣品生長操作，根據(jù)樣品生長計劃層狀生長樣品；

（4）生長完畢后，關閉反射式高能電子衍射儀，關閉紅外激光加熱，樣品托被傳送至快速進樣室中，取出樣品。

7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，采用行列掃描的掃靶方式。