激光沉積薄膜制備裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及激光加工，尤其設及一種激光沉積薄膜制備裝置。
【背景技術】
[0002] 脈沖激光沉積（PLD)由于激光的能量密度高W及良好的可控性，是制備高質量薄 膜的方法之一，但其最大的缺點是激光轟擊祀材時，斑點處射出的羽輝不僅含有離子和原 子，還有導致薄膜質量劣化的液滴、碎片等大顆粒，從而容易在薄膜制備的過程中嵌設有該 些大顆粒，大大降低制備后薄膜的質量。
[0003] 為改善上述薄膜質量，目前具有W下幾種解決方案；(a)采用超短脈沖激光，其 屬于冷加工范疇，可減少羽輝中的大顆粒，但該種激光器的價格非常昂貴，薄膜制備成本 較高；化）使用高密度的祀材，每個脈沖轟擊下祀材飛瓣出的祀材物質少，可W比較充分電 離，但該個方案對祀材的制作工藝要求很高，有些材料難W制成高密度的祀材；(C)通過改 變環境氣壓改善薄膜的質量，可W增大離子原子的碰撞幾率，增強擴散作用，但羽輝中的大 顆粒由于質量大，速度快，難W通過碰撞而改變方向，仍然會撞擊薄膜或嵌入在薄膜中形成 了薄膜的組成部分。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種激光沉積薄膜制備裝置，旨在用于解決現有的激光薄 膜制備裝置中薄膜內容易嵌設有大顆粒碎片，造成薄膜質量不高的問題。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明的技術方案是；提供一種激光沉積薄膜制備裝置，包 括用于發射脈沖激光束的激光發射器W及可充入氣體W維持壓強恒定的腔室，于所述腔室 內設置有供所述激光發射器發出的激光束轟擊的祀材W及用于接收所述祀材激光轟擊后 產生的等離子體羽輝W沉積形成薄膜的基底，于所述祀材與所述基底之間沿所述祀材至所 述基底的方向依次間隔設置有用于阻擋所述羽輝內的大顆粒的至少兩層柵欄結構，每一所 述柵欄結構均包括用于阻擋所述羽輝大顆粒的擋板W及開設于所述擋板上且間隔設置用 于供所述羽輝中離子W及原子通過的若干柵欄口，且相鄰兩所述柵欄結構的各所述柵欄口 均錯開設置。
[0006] 進一步地，所述激光發射器與所述祀材之間設置有用于將所述激光束整形為長條 形激光斑的整形器，每一所述柵欄結構的各所述柵欄口均呈長條形且其長度延伸方向與所 述祀材上的所述長條形激光斑的長度延伸方向相同。
[0007] 具體地，每一所述柵欄結構的所述擋板均為圓板狀，且每一所述柵欄結構的各所 述柵欄口均為繞同一圓屯、環繞的圓環。
[000引進一步地，各所述擋板均連接有用于加熱每一所述柵欄的加熱機構。
[0009] 具體地，各所述擋板的加熱溫度為25-500°C。
[0010] 具體地，各所述擋板均為加熱電阻材料，所述加熱機構包括與各所述擋板電連接 W加熱各所述擋板的可控電源。
[0011] 進一步地，相鄰兩所述柵欄結構之間的距離大于所述羽輝中等離子體之間相鄰兩
【主權項】
1. 一種激光沉積薄膜制備裝置，包括用于發射脈沖激光束的激光發射器以及可充入氣 體以維持壓強恒定的腔室，于所述腔室內設置有供所述激光發射器發出的激光束轟擊的靶 材以及用于接收所述靶材激光轟擊后產生的等離子體羽輝以沉積形成薄膜的基底，其特征 在于：于所述靶材與所述基底之間沿所述靶材至所述基底的方向依次間隔設置有用于阻擋 所述羽輝內的大顆粒的至少兩層柵欄結構，每一所述柵欄結構均包括用于阻擋所述羽輝大 顆粒的擋板以及開設于所述擋板上且間隔設置用于供所述羽輝中離子以及原子通過的若 干柵欄口，且相鄰兩所述柵欄結構的各所述柵欄口均錯開設置。
2. 如權利要求1所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：所述激光發射器與所述 靶材之間設置有用于將所述激光束整形為長條形激光斑的整形器，每一所述柵欄結構的各 所述柵欄口均呈長條形且其長度延伸方向與所述靶材上的所述長條形激光斑的長度延伸 方向相同。
3. 如權利要求1所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：每一所述柵欄結構的所 述擋板均為圓板狀，且每一所述柵欄結構的各所述柵欄口均為繞同一圓心環繞的圓環。
4. 如權利要求1所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：各所述擋板均連接有用 于加熱每一所述柵欄的加熱機構。
5. 如權利要求4所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：各所述擋板的加熱溫度 為 25-500 °C。
6. 如權利要求4所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：各所述擋板均為加熱電 阻材料，所述加熱機構包括與各所述擋板電連接以加熱各所述擋板的可控電源。
7. 如權利要求1所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：相鄰兩所述柵欄結構之 間的距離大于所述羽輝中等離子體之間相鄰兩次碰撞的平均自由程λ，
.其中 d為分子的直徑，P為腔室內的氣體壓強，kB= 1.38 X KT (-23) J/K，為波爾茲曼常數，T為 絕對溫度。
8. 如權利要求1所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：所述基底正對所述靶材 方向的投影全部位于所述柵欄結構上。
9. 如權利要求1-8任一項所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：所述柵欄結構 為兩層，兩所述柵欄相互平行，且沿所述靶材至所述基底的方向前一所述柵欄結構的所述 擋板正對后一所述柵欄結構上的各所述柵欄口，后一所述柵欄結構的所述擋板正對前一所 述柵欄結構的各所述柵欄口。
10. 如權利要求1所述的激光沉積薄膜制備裝置，其特征在于：所述腔室內填充氣體為 惰性氣體或反應氣體。
【專利摘要】本發明涉及激光加工，提供一種激光沉積薄膜制備裝置，包括激光發射器以及腔室，于腔室內設置有靶材以及沉積形成薄膜的基底，于靶材與基底之間沿靶材至基底的方向依次間隔設置有用于阻擋羽輝內的大顆粒的至少兩層柵欄結構，每一柵欄結構均包括用于阻擋羽輝大顆粒的擋板以及開設于擋板上且間隔設置的若干柵欄口，且相鄰兩柵欄結構的各柵欄口均錯開設置。本發明的薄膜制備裝置中，柵欄結構可以起到過濾羽輝中直線移動大顆粒的作用，同時羽輝中的離子以及原子在一定氣壓下可以通過擴散的方式依次穿過各柵欄結構后沉積于基底上并形成所需薄膜，避免了所制備的薄膜被顆粒轟擊而破壞,以及消除顆粒嵌設于薄膜中，所制備薄膜表面光滑，粗糙度低。
【IPC分類】C23C14-28
【公開號】CN104532194
【申請號】CN201410841449
【發明人】胡居廣, 李啟文, 王劉楊, 王斌, 陳濤, 向皓明
【申請人】深圳大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月29日