專利名稱：制備材料芯片的k分分形掩膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種制備材料芯片的掩膜方法，尤其涉及一種制備材料芯片的k分分形的掩膜方法，屬于材料芯片領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1995年以來發(fā)展了并行集成的材料合成技術(shù)，稱之為材料芯片。材料芯片的提出被Science雜志推舉為1998年世界十大科技進展之一。所謂材料芯片實質(zhì)上是一種高密度的材料庫陣列，運用并行組合掩膜技術(shù)和薄膜材料合成技術(shù)，可以快速地將成千上萬種具有不同化學組分的材料并行集成到一塊基片上，即為合成材料芯片。項曉東等人最早采用二分法組合掩膜方法與濺射沉積相結(jié)合制造出世界上第一個材料芯片。根據(jù)現(xiàn)有的文獻報道，掩膜方法大體上可分為兩類一類是最終所得的材料成份是分立的，如二分掩膜方法和四分掩膜方法，參見Peter G Schultz，Xiao-DongXiang.Combinatorial approaches to materials science.Current Opinion inSolid State & Materials Science.1998，3153-158.(材料科學中的組合方法，固態(tài)及材料科學新見)；另一類是最終所得的材料成份是連續(xù)的，如三角形平移掩膜方法，參見Young K.Yoo and Frank Tsui.Continuous Phase Diagramming ofEpitaxial Films.MRS BULLETIN，APR 2002，27(4)316-323(晶體薄膜的連續(xù)相圖，材料研究學會通報)。
由于材料體系當中特定元素或者組分的變化對于材料性能具有重要的影響，因此制備材料芯片要考慮兩方面的因素，一個是元素或者組分的種類，另一個就是其在體系當中的含量變化。這些工作均須在掩膜策略的設(shè)計當中得到體現(xiàn)。
對于第一類方法來說，到目前為止，用其制備的材料芯片所包含元素的水平(這里的水平是指材料的含量變化)最多為4，因此它不能很好的體現(xiàn)材料性能隨成分的變化趨勢；而用第二類掩膜方法制成的芯片，雖然可以彌補第一類掩膜方法的缺陷，卻受到元素類別數(shù)的制約，比如三角形平移掩膜技術(shù)制成的材料芯片只包含三種元素所構(gòu)成的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述的不足和缺陷，提供一種新的掩膜方法，即制備材料芯片的k分分形掩膜方法，該掩摸方法不受材料內(nèi)元素種類的多少和每種元素水平數(shù)的限制，從而解決克服現(xiàn)有的掩膜方法中存在的不足。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明方法如下以所需制成的材料芯片中元素的最大水平數(shù)k為依據(jù)，首先將基本掩膜分成具有與其相似結(jié)構(gòu)的k個中心對稱的區(qū)域，即k分分形，其中之一被設(shè)為通透狀態(tài)；將所得掩膜依次向同一方向旋轉(zhuǎn)360°/k，每旋轉(zhuǎn)一次即濺射第一種元素的一個水平，旋轉(zhuǎn)第一個周期后，芯片上有k個材料單元，每一個單元都代表不同的水平；以后每加入一種元素采用一張新掩膜，將當前芯片上材料單元區(qū)對應(yīng)的掩膜區(qū)域按照基本掩膜的分形方式進行分形就得到下一張新的掩膜，即每張掩膜都有與基本掩膜相似的結(jié)構(gòu)；經(jīng)過n次分形疊加以k次旋轉(zhuǎn)操作就可以得到最大水平數(shù)為k的任意n種元素組合而成的材料芯片。
K分分形具體分為兩種情況(1)當k≤6時采用正多邊形分形法，即確定一個正k邊形，然后將其分割為面積盡可能大的中心對稱的k個同等大小而且互相相接的正k邊形，將k個正k邊形中的一個設(shè)為通透狀態(tài)；(2)當k≥7時采用內(nèi)切圓分形法，即首先確定一個圓，然后作該圓的k個內(nèi)切圓，并且這k個內(nèi)切圓分別沿大圓的圓周依次排列，相鄰兩個內(nèi)切圓相互外切，將k個內(nèi)切圓之一設(shè)為通透狀態(tài)。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，本發(fā)明對于制備包含任意n個元素的材料芯片具有普遍的適用性，它不受元素的水平數(shù)限制，比現(xiàn)有的掩膜技術(shù)具有更高的實用性。用該掩膜技術(shù)制得的材料芯片構(gòu)造規(guī)則，為測量和研究提供了很大的便利。


圖1本發(fā)明k＝3時的掩膜和芯片結(jié)構(gòu)1-a基本掩膜示意1-b濺射a元素的三個水平之后的材料芯片示意1-c第二張膜結(jié)構(gòu)示意1-d濺射第二種元素b后材料芯片示意1-e第三張膜結(jié)構(gòu)示意1-f加入第三種元素后的材料芯片示意2本發(fā)明k＝5時的掩膜和芯片結(jié)構(gòu)2-a五水平式膜-1示意2-b五水平式膜-2示意2-c五水平二元素材料芯片的成分分布圖3本發(fā)明k＝6時的芯片的成分分布4本發(fā)明k＝7時的掩膜結(jié)構(gòu)圖具體實施方式
如圖所示，以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細描述實施例1 k＝3時的本發(fā)明掩膜方法如圖(1)所示，首先構(gòu)造基本掩膜，即將一個正三角形分割成四個大小相等的正三角形，將除中心外的三個小三角形中的任意一個設(shè)為通透狀態(tài)(圖1-a)，當濺射第一種元素的第一種水平后將該掩膜向左旋轉(zhuǎn)120°濺射第二種水平的該元素，同樣再將其向左旋轉(zhuǎn)120°濺射第三種水平，最后向左旋轉(zhuǎn)120°回到起始位置(圖1-b)。在加入第二種元素時只要將前面所得材料芯片上單元體所對應(yīng)的掩膜按照基本掩膜的構(gòu)造技術(shù)進行一次細分(也就是sierpinski分割，如圖1-c)，同樣將該掩膜依次向左轉(zhuǎn)120°，每到一個新的位置，濺射不同水平的第二種元素，最后得到三個水平的前兩種元素所組成的材料芯片(圖1-d)。按同樣的技術(shù)構(gòu)造第三種掩膜從而制備三元素的材料芯片(圖1-e，圖1-f)。用這種方法通過9(3×3)次實驗就可以構(gòu)造出包含了27(33)種材料單元的三元素三水平的材料芯片，而且元素每增加一個只要將掩膜細分一次；因此用這種掩膜方法可以構(gòu)造出含任意n個元素構(gòu)成的三水平的材料芯片。相對于傳統(tǒng)的研究方法它把實驗次數(shù)由3n次減少到3n次，而且不受n大小的限制。
實施例2 k＝5時的本發(fā)明掩膜方法如圖(2)所示，圖2-a，圖2-b就是k＝5時采用的第一、二張掩膜，此時正多邊形為正五邊形，每次旋轉(zhuǎn)的角度為360°/5。圖2-c就是用這兩張掩膜制備的水平數(shù)為5的二元素構(gòu)成的材料芯片。以后每增加一種新元素只要將材料芯片上單元對應(yīng)的掩膜區(qū)域細分成第一張掩膜的結(jié)構(gòu)，用這種掩膜方法就可以制備出含任意n元素的五水平的材料芯片，與傳統(tǒng)方法相比它把實驗次數(shù)由5n次減少到5n次，而且不受n大小的限制。
實施例3 k＝6時的本發(fā)明掩膜方法如圖3所示，當k＝6時分形為7個正六邊形，這里是采用k＝6時的第一和第二張掩膜，濺射了a，b兩種元素所制成的材料芯片結(jié)構(gòu)圖。同樣的用這種方法可以制備出含任意n元素的六水平的材料芯片，相對于傳統(tǒng)的研究方式它把實驗次數(shù)由6n次減少到6n次，而且不受n大小的影響。
實施例4 k＝7時的本發(fā)明掩膜方法如圖4所示，在以上實例中可以發(fā)現(xiàn)每一張膜的中心部分的正多邊形，其每一個頂點為三個相同大小的正多邊形所共有，為了避免相鄰正多邊形互相重疊必須滿足[(k-2)×180/k]×3≤360，即k≤6；因此當k≥7時把正多邊形變成相切圓的形式，如圖4，這是針對k＝7的情況，其中虛線和數(shù)字表示將膜依次向左旋轉(zhuǎn)360°/7度，每旋轉(zhuǎn)到一個新的位置濺射第一種元素a的新的水平，當旋轉(zhuǎn)7次之后就會得到圖中所示的情況。如果要加入第二種元素，只要將圖2中所示的材料單元體對應(yīng)的掩膜仿照基本掩膜的方式進行細分，當水平數(shù)繼續(xù)增加時只要相應(yīng)增加相切圓的個數(shù)，利用這樣的掩膜技術(shù)就可以制備出由水平數(shù)為k的n種元素構(gòu)成的材料芯片，且這里的k，n均為任意的自然數(shù)，即這種方法不受k，n的限制，彌補了現(xiàn)有掩膜技術(shù)的缺陷。
權(quán)利要求
1.一種制備材料芯片的k分分形掩膜方法，其特征在于，以所需制成的材料芯片中元素的最大水平數(shù)k為依據(jù)，首先將基本掩膜分成具有與其相似結(jié)構(gòu)的k個中心對稱的區(qū)域，即k分分形，其中之一被設(shè)為通透狀態(tài)，將所得掩膜依次向同一方向旋轉(zhuǎn)360°/k，每旋轉(zhuǎn)一次即濺射第一種元素的一個水平，旋轉(zhuǎn)第一個周期后，芯片上有k個材料單元，以后每加入一種元素采用一張新掩膜，將當前芯片上材料單元區(qū)對應(yīng)的掩膜區(qū)域按照基本掩膜的分形方式進行分形就得到下一張新的掩膜，即每張掩膜都有與基本掩膜相似的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過n次分形疊加以k次旋轉(zhuǎn)操作就得到最大水平數(shù)為k的任意n種元素組合而成的材料芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備材料芯片的k分分形掩膜方法，其特征是，所述的K分分形當k≤6時，采用正多邊形分形法，即確定一個正k邊形，然后將其分割為面積盡可能大的中心對稱的k個同等大小而且互相相接的正k邊形，將k個正k邊形中的一個設(shè)為通透狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備材料芯片的k分分形掩膜方法，其特征是，所述的K分分形當k≥7時，采用內(nèi)切圓分形法，即首先確定一個圓，然后作該圓的k個內(nèi)切圓，并且這k個內(nèi)切圓分別沿大圓的圓周依次排列，相鄰兩個內(nèi)切圓相互外切，將k個內(nèi)切圓之一設(shè)為通透狀態(tài)。
全文摘要
一種制備材料芯片的k分分形掩膜方法，屬于材料芯片領(lǐng)域。本發(fā)明以所需制成的材料芯片中元素的最大水平數(shù)k為依據(jù)，首先將基本掩膜分成k個中心對稱的區(qū)域，即k分分形，其中之一被設(shè)為通透狀態(tài)，將所得掩膜依次向同一方向旋轉(zhuǎn)360°/k，每旋轉(zhuǎn)一次即濺射第一種元素的一個水平，旋轉(zhuǎn)第一個周期后，芯片上有k個材料單元，以后每加入一種元素采用一張新掩膜，將當前芯片上材料單元區(qū)對應(yīng)的掩膜區(qū)域按照基本掩膜的分形方式進行分形就得到下一張新的掩膜，即每張掩膜都有與基本掩膜相似的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過n次分形疊加以k次旋轉(zhuǎn)操作就得到最大水平數(shù)為k的任意n種元素組合而成的材料芯片。本發(fā)明方法不受元素的水平數(shù)限制，具有較強的實用性和普遍的適用性。
文檔編號G03F1/68GK1523443SQ0315090
公開日2004年8月25日 申請日期2003年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月11日
發(fā)明者馮蘭, 顧明, 蔡英文, 何丹農(nóng), 余震, 蘭 馮 申請人:上海交通大學