一種高通量組合材料芯片制備設備及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及組合材料忍片技術領域，特別設及一種高通量組合材料忍片制備設 備，還設及一種高通量組合材料忍片的制備方法。
【背景技術】
[0002] 材料是現代工業的基礎，隨著科學技術的發展，近年來新材料的研發速度逐漸不 能滿足當代工業發展對新材料的迫切需求。自上世紀90年代W來，美國勞倫斯伯克利國家 實驗室的項曉東等人受生物基因忍片和大規模集成電路發展的啟發，發展了高通量組合材 料忍片技術。高通量組合材料忍片技術的實質是在一炔基片上集成生長和表征多達IO8個 不同組分的材料樣品，該技術改變了傳統材料試驗"試錯"的方法，極大的加快新材料的研 發進程。項曉東等人開發的第一代高通量組合材料忍片制備設備由制備腔和過渡腔組成， 采用離子束或激光作為材料沉積源，可W在真空中完成材料沉積和原位熱處理過程，結合 分立掩模板可W在1英寸基片上最多沉積2"個不同組分的樣品。該設備極大的提高了材 料樣品制備的通量，項曉東等人使用該設備進行了超導材料、相變材料等材料體系的新材 料快速篩選，并篩選出一系列具有優良性能的新材料。 陽00引在授權公告號為CN104404468A(申請號為201410734080. 3)的中國發明專利申請 《一種高通量組合材料制備裝置及制備方法》中，公開了一種高通量組合材料制備裝置，該 裝置包括制備腔、儲祀腔、換祀腔、原位熱處理腔、樣品過渡腔，可實現真空下從祀材更換、 材料沉積到樣品熱處理全過程的組合材料忍片制備，避免了樣品暴露于大氣環境下造成樣 品的污染。該裝置采用離子束瓣射方法完成組合材料忍片前驅體沉積，離子源雖然操作較 為簡單、所制備的樣品重復性較好、適合用于高品質薄膜的制備，但設備本身維護較為復 雜，價格昂貴，市場接受程度較低。例如，離子束瓣射鍛膜只能同時完成一種祀材的瓣射，故 對于多層膜樣品制備，完成每層材料的沉積都需要更換新的祀材，操作復雜，實驗消耗時間 長，使用效率低。同時，離子束瓣射鍛膜的實現完全依賴于離子源的穩定工作，通常設備工 作每10-20小時即需要對離子源進行維護、清洗或更換離子源及其部件，限制了設備的使 用領域和接受范圍。另外，該高通量組合材料制備裝置進行組合材料忍片制備過程中，材料 擴散是采取多層膜低溫擴散的方法，考慮到設備實際使用情況，對于氮化物等熱力學窗口 較小的材料，該過程較難進行，限制了該設備的適用材料類型。
[0004] 相比離子束瓣射技術，磁控瓣射鍛膜設備維護更為簡單、發展更為成熟，雖然經過 長時間使用，所制備薄膜的均勻性會受到祀材刻蝕區影響，但可W通過調節磁場分布、增加 均厚板、改變沉積方式等方法進行緩解。早在上世紀70年代，磁控瓣射技術就被用于高通 量樣品的制備，但過去都是采取多祀磁控共瓣射的方式，該方法并不能準確控制每種原料 在基片上的分布規律，故無法直接完成不同組分材料的線性梯度分布，還需要額外的成分 表征來確定不同組分材料的分布規律，在降低了高通量實驗效率的同時，并不能實現完整 多元材料空間的覆蓋。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述現有技術提供一種結構簡單，應用 范圍廣，并且不需要進行額外的祀材更換操作，就能實現多種原料按照不同組分分布規律 進行制備的高通量組合材料忍片制備設備。
[0006] 本發明所要解決的第二個技術問題是針對上述現有技術提供一種不需要進行額 外的祀材更換操作即能實現不同組分材料多種規律分布的沉積，同時能夠實現多種原料均 勻混合的高通量組合材料忍片制備方法。
[0007] 本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種高通量組合材料忍片 制備設備，包括：
[0008] 制備腔，W供制備組合材料忍片前驅體；
[0009] 熱處理腔，W供實現對組合材料忍片前驅體進行熱處理；
[0010] 取樣腔，W供放入基片和取出樣品；
[0011] 過渡腔，與所述制備腔、熱處理腔、取樣腔分別能夠進行連通，所述過渡腔內設置 有傳遞裝置W帶動基片在所述制備腔、熱處理腔、取樣腔之間進行傳遞；
[0012] 其特征在于：
[0013] 所述制備腔內設置有能夠放置多個祀材的組合材料忍片前驅體沉積裝置，從而使 得基片移動經過各個祀材下方，并按照不同組分所需要的分布方式，通過控制磁控瓣射的 鍛膜參數，完成基片上不同組分材料的規律分布，W完成組合材料忍片前驅體的制備。
[0014] 優選地，所述組合材料忍片前驅體沉積裝置包括能夠安裝多個祀材的祀材架、設 置在祀材架內的多個永磁體、安裝在所述祀材架正面上的至少一個所述祀材、與所述祀材 相對設置的基片、能覆蓋在所述基片上的掩模、用于放置基片的放置臺、用于驅動所述放置 臺轉動和移動的驅動裝置，所述祀材架上具有多個用于安裝所述祀材的安裝位，多個所述 永磁體對應于所述安裝位設置于所述祀材的背面，W調整祀材上的刻蝕區長度和刻蝕區形 狀。
[0015] 優選地，多個所述安裝位呈陣列分布。
[0016] 為了調節祀材的瓣射效果并避免不同祀材的相互污染，所述組合材料忍片前驅體 沉積裝置還包括用于隔離祀材的隔離板和用于調節材料沉積速度的調節機構；所述隔離板 連接在所述祀材架上并設置在兩個相鄰的安裝位之間。
[0017] 可選擇地，所述調節機構包括能夠調節料沉積速率的出射狹縫裝置和/或能夠調 節材料沉積范圍的遮板；
[0018] 所述出射狹縫裝置設置在所述祀材的正面上，所述出射狹縫裝置上具有一寬度可 調的狹縫；
[0019] 所述遮板設置在所述祀材正面的一側。
[0020] 為了方便更換不同的掩模，所述組合材料忍片前驅體沉積裝置還包括用于更換掩 模的掩模更換裝置。
[0021] 為了方便實現基片自轉和移動，所述驅動裝置包括用于驅動所述放置臺旋轉的旋 轉機構W及用于帶動放置臺和旋轉機構進行二維平面移動的傳動機構；
[0022] 所述旋轉機構設置在所述放置臺下方，所述傳動機構設置所述旋轉機構下方。
[0023] 所述熱處理腔內設置有非加熱區和供組合材料忍片前驅體熱處理的加熱區。
[0024]本發明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為：一種高通量組合材料忍片 制備方法，其特征在于包括W下步驟：
[00巧]步驟一、將組合材料忍片前驅體沉積裝置安裝后并置入制備腔內，將制備腔、熱處 理腔、過渡腔和取樣腔均抽真空至需要的背底真空度；
[00%] 步驟二、在取樣腔內放入基片，通過過渡腔內的傳遞裝置將基片自取樣腔經過過 渡腔傳送入制備腔內，然后按照要求將基片放置在放置臺上；
[0027] 步驟S、將制備腔內抽真空至所需背底真空度并持續進行抽真空，同時向制備腔 內持續通入Ar氣，從而使得制備腔內保持在設定背底氣壓；
[0028] 步驟四、打開祀材的瓣射電源，將祀材調節至正常啟輝狀態；
[0029] 步驟五、根據安裝祀材的個數，按照所需不同組分材料的分布規律，基片依次移動 經過各個祀材的下方，利用磁控瓣射的制備工藝并配合基片運動、掩模的運動和/或更換 完成基片上不同組分材料的分布；
[0030] 步驟六、循環操作步驟五直至基片上材料的沉積薄膜厚度達到設定要求，從而完 成組合材料忍片前驅體的制備；
[0031] 步驟屯、通過過渡腔內的傳遞裝置將組合材料忍片前驅體自制備腔內取出并傳送 至熱處理腔內，在熱處理腔內按照所需的溫度變化曲線，對組合材料忍片前驅體進行熱處 理，從而完成高通量組合材料忍片的制備；
[0032] 步驟八，通過過渡腔內的傳遞裝置將高通量組合材料忍片自熱處理腔中取出并傳 送至取樣腔內，從而自取樣腔內取出該高通量組合材料忍片。
[0033] 與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明中高通量組合材料忍片制備設備，通 過在組合材料忍片前驅體沉積裝置內設置多個祀材，從而利用磁控瓣射鍛膜技術即能實現 不同組分材料的梯度沉積、順序沉積等不同的沉積方式，進而簡化了高通量組合材料忍片 制備設備的結構，同時對組合材料忍片前驅體沉積裝置的維修更加方便。
[0034] 本發明中的高通量組合材料忍片制備方法，利用多個祀材循環進行磁控瓣射鍛膜 過程制備組合材料忍片前驅體，使得整個制備過程所需的功耗小，對祀材的消耗量也大大 減小，提高了工藝的可重復性。同時能夠控制單層材料沉積厚度在原子尺度下，方便實現多 種材料原子尺度下均勻混合，可W完成組合材料忍片制備過程中的非晶態混合物的實現， 避免了傳統組合材料忍片制備方法中熱力學窗口對擴散熱處理過程的限制，拓寬了組合材 料忍片的使用范圍。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明實施例中高通量組合材料忍片制備設備的示意圖。
【具體實施方式】
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