專利名稱：脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于脈沖激光沉積薄膜技術(shù)，具體涉及一種脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置。
高溫超導(dǎo)因其高的臨界轉(zhuǎn)變溫度、高的臨界電流密度、低的微波表面電阻、靈敏的紅外響應(yīng)和易制成Josephson結(jié)等特性，使得它在微電子學(xué)領(lǐng)域和電力系統(tǒng)等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。因此制備出高質(zhì)量的超導(dǎo)薄膜一直是國內(nèi)外研究人員的重要攻關(guān)課題。
自從貝爾實(shí)驗(yàn)室于1987年率先嘗試用準(zhǔn)分子激光沉積高溫超導(dǎo)薄膜以來，激光沉積技術(shù)顯示出保成分性、沉積速率大、粒子活性高等優(yōu)點(diǎn)，成為制備高溫超導(dǎo)薄膜的最主要制備工藝之一。但由于激光剝離的粒子束集中在靶面上激光作用點(diǎn)處法線附近的狹小區(qū)域內(nèi)，如果不采取適應(yīng)的措施，所沉積出的超導(dǎo)薄膜均勻區(qū)域均小于1cm2。因此如何用脈沖激光沉積技術(shù)制備出大面積均勻的高質(zhì)量超導(dǎo)薄膜一直是該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。
90年代初，國內(nèi)外研究人員相繼提出了基片掃描法、基片旋轉(zhuǎn)法、靶體傾斜旋轉(zhuǎn)法和激光圓形掃描沉積法。它們均使得激光沉積的超導(dǎo)薄膜均勻面積得到了一定程度的提高。但是前三種方法使得真空系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，特別是在制備大面積薄膜時(shí)，由于機(jī)械裝置的大范圍運(yùn)動(dòng)，將影響或破壞真空室內(nèi)氣體的動(dòng)態(tài)平衡，使得沉積條件發(fā)生變化，降低超導(dǎo)薄膜的質(zhì)量。激光圓形掃描沉積法是本申請人1992年2月18日申請的“激光沉積大面積超導(dǎo)薄膜的方法及其裝置”(專利號為92100640．3)中所提出的，其基本思想是在真空室外通過一個(gè)光學(xué)變換傳輸系統(tǒng)，使得激光束沿圓形軌跡運(yùn)動(dòng)，對靶材進(jìn)行掃描剝離。由于激光剝離點(diǎn)相對于基片位置在不斷改變，因此所形成的粒子束也相對于基片位置不斷變化。兩者的迭加效應(yīng)就可在基片上沉積出大面積薄膜。實(shí)驗(yàn)表明，與激光束不動(dòng)時(shí)的沉積結(jié)果相比，本方法所制備出的薄膜均勻區(qū)域面積增加10倍以上，在直徑為35mm的區(qū)域內(nèi)厚度均勻度大于90％。但這種激光掃描方式由于掃描軌跡簡單(圓形)，雖然均勻面積和均勻度改善較光束靜止方法來說均有較大程度的提高，但改善幅度仍然有限，離產(chǎn)業(yè)化要求還有一定距離。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，該裝置能進(jìn)一步增大均勻面積和提高均勻度，并能制備各種材料的大面積均勻薄膜。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型裝置包括電機(jī)、主轉(zhuǎn)動(dòng)塊、軸承、吊桿、透鏡、激光束、靶材和基片組成，其特征在于電機(jī)軸楔入主轉(zhuǎn)動(dòng)塊上的孔內(nèi)，電機(jī)軸帶動(dòng)主轉(zhuǎn)動(dòng)塊旋轉(zhuǎn)，該裝置還有一個(gè)輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊，輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊隨主轉(zhuǎn)動(dòng)塊旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行自轉(zhuǎn)，在輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊上開有偏心孔，該孔中安裝有軸承，吊桿的吊桿軸夾持在軸承中，透鏡掛在吊桿的底部，電機(jī)通過主轉(zhuǎn)動(dòng)塊和輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊帶動(dòng)透鏡在一個(gè)平面內(nèi)作類似于月亮繞太陽運(yùn)行軌跡的運(yùn)行，激光束通過透鏡和真空室的入光窗口聚焦在預(yù)置于真空鍍膜室內(nèi)的靶材上，位于真空鍍膜室內(nèi)的基片與靶材平行放置。
上述裝置可采用皮帶傳送與齒輪傳送二種方式實(shí)現(xiàn)。
利用本實(shí)用新型裝置制備薄膜，在真空鍍膜室入光窗口直徑為60mm時(shí)，薄膜直徑可達(dá)到50mm以上，膜的厚度均勻度可大于98％。在加大入光窗口直徑時(shí)，薄膜直徑可更大。該裝置簡單實(shí)用，價(jià)格低廉，可制備出大面積范圍內(nèi)厚度均勻的各類薄膜。且整套技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1為皮帶傳動(dòng)方式的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置；圖2為
圖1所示的裝置中的二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)塊在某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；圖3為齒輪傳動(dòng)方式的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置。
圖1是采用皮帶傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施例。如圖中所示，主轉(zhuǎn)動(dòng)塊2上開有一孔，孔的中心為O，在距O點(diǎn)距離為R1的位置P點(diǎn)(OP=R1)處開有另一個(gè)孔，該孔內(nèi)安裝有軸承6，輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊7在P處開有一孔，該孔內(nèi)安裝有輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊軸8，并用插銷9加以固定，在輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊上距P點(diǎn)距離為R2的位置S點(diǎn)(PS=R2)處還開有一個(gè)孔，該孔內(nèi)安裝有軸承11。電機(jī)1上固定有一個(gè)固定盤，位于電機(jī)軸3的同側(cè)，且與電機(jī)軸3同心。電機(jī)軸3楔入主轉(zhuǎn)動(dòng)塊2的以O(shè)為中心的上述孔內(nèi)，并用插銷4加以固定。輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊軸8穿過軸承6，輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊7，通過傳送帶5與固定盤23聯(lián)接在一起，吊桿12安裝在吊桿軸10上，吊桿軸10夾持在軸承11內(nèi)，吊桿12的底端掛有聚焦透鏡13。電機(jī)1通過電機(jī)軸3和插銷4帶動(dòng)主轉(zhuǎn)動(dòng)塊2繞O旋轉(zhuǎn)，其有效旋轉(zhuǎn)半徑為R1。主轉(zhuǎn)動(dòng)塊2又通過傳動(dòng)帶5帶動(dòng)輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊7繞P旋轉(zhuǎn)，其有效旋轉(zhuǎn)半徑為R2。二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)塊在某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示。聚焦透鏡13的光軸運(yùn)行軌跡和S點(diǎn)的運(yùn)行軌跡相同，即類似于月亮繞太陽的運(yùn)行軌跡。激光束經(jīng)過聚焦透鏡13射入真空鍍膜室內(nèi)，經(jīng)透鏡聚焦后的焦點(diǎn)15會(huì)聚于預(yù)置在真空鍍膜室18內(nèi)的靶材16表面進(jìn)行掃描剝離，掃描剝離所形成的等離子體蒸氣羽沉積在與靶材平行放置的基片17上。由于焦點(diǎn)15的運(yùn)行軌跡類似于月亮繞太陽的運(yùn)行軌跡，比圓形軌跡復(fù)雜，等離子體蒸氣羽就能在大面積范圍內(nèi)交叉重迭，在基片17上就能生長出面積大、厚度均勻的薄膜?？赏ㄟ^改變R1、R2及主、輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊的轉(zhuǎn)速，以得到更好的沉積效果。只要能旋轉(zhuǎn)形成有效旋轉(zhuǎn)半徑R1和R2，作類似于月亮繞太陽的運(yùn)行軌跡的運(yùn)行，主轉(zhuǎn)動(dòng)塊2和輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊7可為任意形狀，如盤狀、長方體和扇形等形狀。
圖3為采用齒輪傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例。在圖3中，主轉(zhuǎn)動(dòng)塊為轉(zhuǎn)盤，電機(jī)1用二固定螺栓20固定在基座21上，底盤19也用二固定螺栓20固定在基座21一側(cè)，主轉(zhuǎn)動(dòng)盤2為齒輪，并有一中心孔，電機(jī)軸3穿過底盤19的中心孔楔入主轉(zhuǎn)動(dòng)盤2的中心孔內(nèi)，并用插銷4加以固定。在底盤上安裝有一個(gè)檔板環(huán)22，輔轉(zhuǎn)動(dòng)盤7的形狀為兩個(gè)齒輪疊加，構(gòu)成“T”型，輔轉(zhuǎn)動(dòng)盤(7)內(nèi)、外齒輪分別與主轉(zhuǎn)動(dòng)盤(2)和底盤(19)構(gòu)成如圖3中24、25二處所示的齒輪咬合連接。其余部分與
圖1所示的裝置相同。
權(quán)利要求1.一種脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，由電機(jī)(1)、主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)、軸承(11)、吊桿(12)、透鏡(13)、激光束(14)、靶材(16)和基片(17)組成，其特征在于電機(jī)軸(3)楔入主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)上的孔內(nèi)，電機(jī)軸(3)帶動(dòng)主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)旋轉(zhuǎn)，該裝置還有一個(gè)輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)，輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)隨主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行自轉(zhuǎn)，在輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)上開有偏心孔，該孔中安裝有軸承(11)，吊桿(12)的吊桿軸(10)夾持在軸承(11)中，透鏡(13)掛在吊桿(12)的底部，電機(jī)通過主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)和輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)帶動(dòng)透鏡在一個(gè)平面內(nèi)作類似于月亮繞太陽運(yùn)行軌跡的運(yùn)行，激光束通過透鏡(13)和真空鍍膜室(18)的入光窗口射入真空鍍膜室(18)室內(nèi)，并聚焦在預(yù)置于真空鍍膜室(18)內(nèi)的靶材(16)上，位于真空鍍膜室(18)內(nèi)的基片(17)與靶材(16)平行放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，其特征在于在距主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)的上述孔與與塊的邊緣之間的位置上開有另一孔，該孔中安裝有軸承(6)，固定于輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)上的輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊軸(8)穿過軸承(6)，電機(jī)(1)上有一固定盤(23)固定于電機(jī)軸(3)的同側(cè)，且與電機(jī)軸(3)同心，輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊軸(8)通過傳送帶(5)與固定盤(23)聯(lián)接起來。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，其特征在于所述主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)為盤狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，其特征在于所述輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)為盤狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，其特征在于所述主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)為長方體。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，其特征在于所述輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)為長方體。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，其特征在于所述主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)為扇形。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或7所述的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，其特征在于所述輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)為扇形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置，其特征在于所述主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)為齒輪狀，該裝置有一個(gè)開有中心孔的底盤(19)，電機(jī)軸(3)穿過底盤(19)的中心孔楔入主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)的中心孔，在底盤上安裝有一個(gè)檔板環(huán)(22)，輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)的形狀為兩個(gè)齒輪疊加，構(gòu)成“T”型，輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊(7)內(nèi)、外齒輪分別與主轉(zhuǎn)動(dòng)塊(2)和底盤(19)構(gòu)成齒輪咬合連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種脈沖激光沉積大面積薄膜的裝置。電機(jī)軸楔入主轉(zhuǎn)動(dòng)塊的孔內(nèi),電機(jī)軸帶動(dòng)主轉(zhuǎn)動(dòng)塊旋轉(zhuǎn),輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊隨主轉(zhuǎn)動(dòng)塊旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行自轉(zhuǎn),輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊上安裝有偏心軸承,吊桿軸夾持在該軸承中,透鏡掛在吊桿的底部,電機(jī)通過主轉(zhuǎn)動(dòng)塊和輔轉(zhuǎn)動(dòng)塊帶動(dòng)透鏡在一個(gè)平面內(nèi)作類似于月亮繞太陽運(yùn)行軌跡的運(yùn)行,激光束通過透鏡和鍍膜室入光窗口射入鍍膜室,聚焦在靶材上進(jìn)行掃描剝離,等離子體沉積在基片上形成均勻的大面積薄膜。
文檔編號C23C16/48GK2415041SQ0022920
公開日2001年1月17日 申請日期2000年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月1日
發(fā)明者王又青 申請人:華中理工大學(xué)