一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源及真空沉積設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，它包括真空法蘭、支撐于所述真空法蘭任一側(cè)面上的熱屏蔽組件、嵌設(shè)于所述熱屏蔽組件遠(yuǎn)離真空法蘭一端的加熱組件、內(nèi)置于所述加熱組件內(nèi)的材料容器、安裝于所述材料容器附近用于測量其溫度的溫度測量組件、分別與所述加熱組件和溫度測量組件相電連接且安裝于真空法蘭上的真空電連接器、與所述真空電連接器相連接的控制電源，所述的蒸發(fā)源還包括安裝于熱屏蔽組件內(nèi)的顯微鏡，所述的真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對的觀察窗口。通過在熱屏蔽組件內(nèi)設(shè)置顯微鏡并且真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對的觀察窗口，能夠在沉積蒸發(fā)材料的同時實(shí)時監(jiān)控沉積材料在襯底表面形貌和光學(xué)性能。
【專利說明】一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源及真空沉積設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，同時還涉及一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控的真空沉積設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜材料在各個領(lǐng)域有著及其廣泛的應(yīng)用，如抗腐蝕、增透、光學(xué)透鏡、微電子器件和光電子等等。就目前而言，人們發(fā)展了多種方法來制備薄膜材料，如真空熱蒸發(fā)沉積、真空濺射、旋涂、提拉、噴射等等。對大多數(shù)光學(xué)和電子器件而言，其對所制作的薄膜要求極高，如均勻性、厚度控制、雜質(zhì)濃度等。在所發(fā)展的技術(shù)中，真空沉積技術(shù)是一種常規(guī)的薄膜制作方法。其優(yōu)點(diǎn)在于所制作的薄膜質(zhì)量高、重現(xiàn)率高、可控性好、以及設(shè)備簡單等。
[0003]就目前而言，真空蒸發(fā)沉積技術(shù)在半導(dǎo)體薄膜器件中的應(yīng)用尤為廣泛，比如說，分子束外延，有機(jī)小分子半導(dǎo)體真空沉積，以及常用的金屬薄膜熱蒸發(fā)及濺射等等。一般來講，薄膜材料以及薄膜器件的性能跟生長過程關(guān)聯(lián)密切。
[0004]目前商業(yè)化的蒸發(fā)源一般只有蒸發(fā)的功能，其所制備的材料只有通過后期的測量，比如說原子力顯微鏡、X-射線衍射儀、光學(xué)以及電學(xué)測量進(jìn)行推演。由于沉積過程極其復(fù)雜，在很多情況下薄膜具有多層結(jié)構(gòu)，所以事后測量并推演的方法非常困難，往往導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。因此，原位觀察在材料沉積中顯得非常重要。
[0005]電子衍射技術(shù)是一個常用的用于原位觀察晶體生長過程的技術(shù)，其基于單一能量的電子在晶體表面產(chǎn)生 衍射來推導(dǎo)晶體表面結(jié)構(gòu)的技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于分子束外延以及有機(jī)分子在單晶表面自組織；其缺點(diǎn)在于所用的襯底必須導(dǎo)電，或者電子由于荷電作用無法到達(dá)樣品表面。另外，所用的高能電子對材料可能由破壞，特別是有機(jī)材料，從而導(dǎo)致材料的性能劣化，甚至失效。這個技術(shù)只能得到表面結(jié)構(gòu)信息，其他重要信息如形貌、光學(xué)性能無法得到；更重要一點(diǎn)是這個技術(shù)只能應(yīng)用于晶體材料。進(jìn)一步發(fā)展的電子衍射顯微鏡技術(shù)部分解決了電子衍射技術(shù)的不足，其可以進(jìn)行形貌觀察，并且得到不同非晶材料的襯度；但是所要求的導(dǎo)電襯底以及對材料的破壞性仍然限制其進(jìn)一步推廣到所有材料。因此，現(xiàn)有的真空沉積設(shè)備仍缺少對所沉積材料的表面進(jìn)行直接觀察的組件，不能實(shí)現(xiàn)晶體生長過程中原位形貌和光學(xué)性能的監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能夠?qū)Τ练e材料進(jìn)行原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，它包括真空法蘭、支撐于所述真空法蘭任一側(cè)面上的熱屏蔽組件、嵌設(shè)于所述熱屏蔽組件遠(yuǎn)離真空法蘭一端的加熱組件、內(nèi)置于所述加熱組件內(nèi)的材料容器、安裝于所述材料容器附近用于測量其溫度的溫度測量組件、分別與所述加熱組件和溫度測量組件相電連接且安裝于真空法蘭上的真空電連接器、與所述真空電連接器相連接的控制電源，所述的蒸發(fā)源還包括安裝于熱屏蔽組件內(nèi)的顯微鏡，所述的真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對的觀
察窗口。
[0008]優(yōu)化地，所述的蒸發(fā)源還包括設(shè)于光學(xué)組件，所述的光學(xué)組件靠近觀察窗口且與熱屏蔽組件位于真空法蘭的不同側(cè)。
[0009]優(yōu)化地，所述的蒸發(fā)源還包括與光學(xué)組件相連接的成像組件。
[0010]進(jìn)一步地，所述的蒸發(fā)源還包括與光學(xué)組件相連接的光譜儀、與光譜儀相連接的的探測器。
[0011]進(jìn)一步地，所述的蒸發(fā)源還包括分別與光學(xué)組件相連接的光譜儀和成像組件、與光譜儀相連接的的探測器、分別與成像組件及探測器相連接的用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0012]優(yōu)化地，所述觀察窗口的材料為玻璃、石英或藍(lán)寶石。
[0013]優(yōu)化地，所述加熱組件的數(shù)量為一個或多個，所述容器、溫度測量組件、真空電連接器和控制電源的數(shù)量分別與加熱組件的數(shù)量一致。
[0014]本發(fā)明還提供一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控真空沉積設(shè)備，含有上述的蒸發(fā)源。
[0015]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，通過在熱屏蔽組件內(nèi)設(shè)置顯微鏡并且真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對的觀察窗口，能夠在沉積蒸發(fā)材料的同時實(shí)時監(jiān)控沉積材料在襯底表面形貌和光學(xué)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖1為本發(fā)明原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為附圖1的側(cè)視圖；
附圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例2原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖5為本發(fā)明實(shí)施例3原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1、真空法蘭；2、熱屏蔽組件；3、加熱組件；4、材料容器；5、溫度測量組件；6、真空電連接器；7、控制電源；8、顯微鏡；9、觀察窗口，10、光學(xué)組件；11、成像組件；12、光譜儀；13、探測器；14、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]如圖1和圖2所示的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，主要包括真空法蘭1、熱屏蔽組件2、加熱組件3、材料容器4和顯微鏡8。
[0019]其中，熱屏蔽組件2支撐于真空法蘭I任一側(cè)面上；加熱組件3可以加工成各種形狀，嵌設(shè)于熱屏蔽組件2遠(yuǎn)離真空法蘭I的一端；材料容器4內(nèi)置于加熱組件3中，它的內(nèi)部盛放有蒸發(fā)材料，由加熱組件3加熱到一定溫度，產(chǎn)生所需要的原子、分子或者團(tuán)簇束流；溫度測量組件5位于材料容器4附近用于測量其溫度；真空電連接器6安裝在真空法蘭I上，分別與加熱組件3及溫度測量組件5相電連接；控制電源7與真空電連接器6相連接，一方面能夠接收真空電連接器6反饋的溫度測量組件5測得溫度，另一方面能夠進(jìn)一步控制加熱組件3對材料容器4繼續(xù)加熱或者停止加熱；當(dāng)蒸發(fā)材料以原子、分子或者團(tuán)簇束流方式從材料容器4中噴射出來沉積在襯底上時，安裝于熱屏蔽組件2內(nèi)顯微鏡8能夠用于對其進(jìn)行顯微觀察，而且真空法蘭I上設(shè)有與顯微鏡8位置相對的觀察窗口 9，用于形貌觀測和光學(xué)性能測量。加熱組件3可以采用電阻加熱、電子束加熱、熱傳導(dǎo)、微波加熱等方式進(jìn)行加熱，它的數(shù)量可以根據(jù)需要配置一個或多個，相應(yīng)的材料容器4、溫度測量組件5、真空電連接器6和控制電源7的數(shù)量與其一致，從而可以對一種或者多種蒸發(fā)材料同時進(jìn)行蒸發(fā)，提聞其效率。
[0020]熱屏蔽組件2為圓筒狀，用保溫絕熱材料制成，可以阻斷熱量的散發(fā)，提高加熱組件3的熱使用效率，同時熱屏蔽組件2阻止加熱組件3產(chǎn)生的熱量向內(nèi)置顯微鏡傳遞以保護(hù)內(nèi)置顯微鏡鏡頭的安全。顯微鏡8設(shè)于熱屏蔽組件2的中間，它可以為各種電子顯微鏡或者光學(xué)顯微鏡；為了簡單和不阻擋蒸發(fā)源所產(chǎn)生的束流，顯微鏡8采用長工作距離顯微鏡為佳，其照明方式可以采用內(nèi)置式或者外置式。
[0021]實(shí)施例1
如圖3所示的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，除上述的部件外，還包括相連接的光學(xué)組件10和成像組件11。該光學(xué)組件10與熱屏蔽組件2位于真空法蘭I的不同側(cè)，并且靠近觀察窗口 9，用于將顯微鏡8顯示的實(shí)時監(jiān)控進(jìn)行光學(xué)處理從而在成像組件11顯示出來，使得操作人員能夠以舒適的角度進(jìn)行監(jiān)控。光學(xué)組件10可以由玻璃、石英、藍(lán)寶石、光子晶體等材料制成。
[0022]實(shí)施例2
如圖4所示的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，與實(shí)施例1中蒸發(fā)源的基本構(gòu)造一致，不同點(diǎn)在于不含有 成像組件11，而是將光譜儀12分別與光學(xué)組件10、探測器13相連接，從而能夠更加精確地記錄沉積蒸發(fā)材料時的光學(xué)性能。光譜儀12可以是光譜儀加強(qiáng)度探測器或者電荷耦合元件(CCD)等，用來實(shí)時記錄薄膜生長過程中各種光學(xué)信息如光熒光和拉曼信息的變化，它一般包括光源、準(zhǔn)直鏡、分光鏡或者光柵、信號收集探測器。
[0023]實(shí)施例3
如圖5所示的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，與實(shí)施例1中蒸發(fā)源的基本構(gòu)造一致，不同點(diǎn)在于:光學(xué)組件10還與光譜儀12連接，而光譜儀12還與探測器13相連接，以及還包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14，分別與成像組件及探測器相連接，用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。同時配置成像組件11、光譜儀12和探測器13，能夠?qū)崿F(xiàn)形貌和光學(xué)性能相關(guān)聯(lián)的演變，并可以對薄膜表面進(jìn)行微區(qū)分析；連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14后，能夠?qū)λ鶞y量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，并通過同一計(jì)算機(jī)對所有的操作進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等等。
[0024]將實(shí)施例1至3中任一原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源安裝在現(xiàn)有的真空腔體上(例如機(jī)械泵、分子泵、離子泵、擴(kuò)散泵、冷凝泵或者其他真空部件)即可構(gòu)成一個簡單的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控的真空沉積設(shè)備。
[0025]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:它包括真空法蘭、支撐于所述真空法蘭任一側(cè)面上的熱屏蔽組件、嵌設(shè)于所述熱屏蔽組件遠(yuǎn)離真空法蘭一端的加熱組件、內(nèi)置于所述加熱組件內(nèi)的材料容器、安裝于所述材料容器附近用于測量其溫度的溫度測量組件、分別與所述加熱組件和溫度測量組件相電連接且安裝于真空法蘭上的真空電連接器、與所述真空電連接器相連接的控制電源，所述的蒸發(fā)源還包括安裝于熱屏蔽組件內(nèi)的顯微鏡，所述的真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對的觀察窗口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述的蒸發(fā)源還包括設(shè)于光學(xué)組件，所述的光學(xué)組件靠近觀察窗口且與熱屏蔽組件位于真空法蘭的不同側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述的蒸發(fā)源還包括與光學(xué)組件相連接的成像組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述的蒸發(fā)源還包括與光學(xué)組件相連接的光譜儀、與光譜儀相連接的的探測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述的蒸發(fā)源還包括分別與光學(xué)組件相連接的光譜儀和成像組件、與光譜儀相連接的的探測器、分別與成像組件及探測器相連接的用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述觀察窗口的材料為玻璃、石英或藍(lán)寶石。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述加熱組件的數(shù)量為一個或多個，所述容器、溫度測量組件、真空電連接器和控制電源的數(shù)量分別與加熱組件的數(shù)量一致。
8.—種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控真空沉積設(shè)備，其特征在于:包括如權(quán)利要求1至7中任一所述的蒸發(fā)源。
【文檔編號】C23C14/52GK103805956SQ201410070043
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】遲力峰, 王文沖 申請人:蘇州大學(xué)