專利名稱：桿狀探針式直流低壓氣體激活裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于高真空技術領域，具體涉及一種對半導體器件表面與界面、特別是氧化物電極表面在高真空環境中進行激活氣體表面改性處理的方法和設備。
背景技術：
利用各種不同氣體對功能材料表面進行處理，可以引起表面結構和電子態發生變化，獲得不同于材料本體性質的表面特性。各種不同氣體對材料表面的處理在工業生產和實驗室研究中均有大量應用。特別是近年來，隨著對薄膜材料和納米材料研究的日趨深化，材料表面改性的重要性顯得越來越突出。例如，在有機光電器件中，陽極和陰極材料的功函數、注入勢壘等重要的材料和器件特性都可以通過適當的表面改性處理來改變。這些處理都是影響材料表面很薄的原子和分子層，使得表面顯現與本體完全不同的性質。這在表面分析和應用領域已成為一個研究熱點。這類處理往往要求工作氣體被高度激活。以有機光電器件為例，對廣泛采用的導電玻璃ITO電極的氧等離子體處理或紫外臭氧處理來說，所用的氧都是被高度激活的。因此，高效的氣體激活裝置對于成功實現對材料表面的氣體改性處理具有很重要的意義。現在商售的氣體激活裝置，一般采用直流高壓或射頻電子回旋共振方式使工作氣體電離活化，裝置復雜且價格昂貴。
發明內容
本發明的目的是在于提供一種結構簡單、價格便宜的氣體激活裝置和方法。
本發明提供的氣體激活裝置，是在高真空系統中接入一個可移動并精確定位的桿狀金屬探針結構。該裝置由可外接電極的標準真空接口、桿狀金屬探針和兩端都為標準真空接口的移動支架組成，其結構和使用見
圖1所示。其中，移動支架4的兩端標準真空接口中間設有可伸縮的波紋管4a，桿狀金屬探針1的一端焊接在有外接電極3的標準真空接口2中面向真空腔體的一端，使其與該標準真空接口外部的電極3導通；該標準真空接口2與可移動支架4的一端真空接口4b連接；桿狀金屬探針1的另一端穿過波紋管4a和可移動支架另一端的真空接口4c進入真空系統；可移動支架4另一端的真空接口4c與真空系統的真空腔連接。桿狀金屬探針1的長度可根據真空設備的尺寸大小具體選擇。由上可見，可以在不對主真空系統作任何改裝的條件下迅速拆裝和使用本發明裝置。
使用時，先調節可移動支架4的位置，以此來調節桿狀金屬探針1與真空系統中樣品的位置，然后進行氣體電離激活；根據激活位置和區域，一般需要保持桿狀金屬探針1與金屬基座或模板之間的距離d為0＜d＜1mm；隨后向真空腔體中充入需要電離激活的氣體(一般多為高純的氧氣、氫氣或惰性氣體)，真空度維持在2.0×10-4Pa-5.0×10-4Pa，根據不同的激活氣體選擇樣品與桿狀金屬探針1的極性。一般除了氫氣激活時桿狀金屬探針1為負極，樣品為正極以外，氧氣和其他惰性氣體激活中桿狀金屬探針1都為正極，樣品都為負極。然后在探針電極和樣品上施加激活電壓，其中激活所用的直流電壓一般為10-100伏，激活電流為3-10μA。在此過程中，可通過調節激活氣體的壓強、放電電壓、探針尖端與樣品的距離來選擇較好的氣體激活效果。處理時間可以根據表面處理程度的需要來選擇，一般在1-10分鐘之間。處理結束后的恢復操作也很簡單關閉直流電源和進氣氣路，調節支架來退出探針，利用超高真空系統本身的真空泵抽氣；真空度一般會很快恢復到正常狀態。在處理過程中，樣品可以同時被加熱或降溫。
本發明以極其簡單的方式有效地解決了如何在高真空和超高真空系統中充分電離激活工作氣體，從而對樣品進行表面處理的技術問題，并具有高效、實用、安全和廉價的特點。本發明裝置能精確調控其頂端與樣品間距，適用于在高真空和超高真空系統中電離激活O2、H2等氣體分子，實現對各種半導體、金屬和氧化物電極材料的激活氣體原位表面改性處理。該裝置能在幾伏到幾十伏的直流低電壓下實現局域高電場，從而導致周圍氣體離化，對真空系統中的其他工作部件不產生干擾和影響。
具體實施實式本發明在ADES400型電子能譜儀、合肥國家同步輻射實驗室以及意大利Elettra第三代同步輻射裝置的超高真空系統上，安裝和測試了本發明的裝置。半小時內都能安裝完畢，后兩套設備的本底真空都保持在＜1.0×10-8Pa。
我們分別在2.0×10-4Pa的氧氣氛中，探針接正極，樣品接負極并接地，保持大約0.5mm的放電距離，在不超過100伏的直流電壓下進行了2分鐘的電離激活處理。在2.0×10-4Pa的氫氣氛中，位置一樣，探針接負極并接地，樣品接正極，100伏的直流電壓下同樣進行了2分鐘的電離激活處理。所用的樣品分別為鐵磁性薄膜LSMO和常用的透明電極ITO玻璃。表一給出的就是兩種處理后的樣品表面功函數的變化(增加為正，減小為負)，與文獻報道的用商售高壓等離子體裝置處理后的結果相同。表明本發明具有很好技術效果，具有實用價值。
表一經激活氫和激活氧處理后LSMO和ITO樣品的功函數變化
權利要求
1.一種桿狀探針式直流低壓氣體激活裝置，其特征在于該裝置由可外接電極的標準真空接口、桿狀金屬探針和兩端都為標準真空接口的移動支架組成，其中，移動支架(4)的兩端標準真空接口中間設有可伸縮的波紋管(4a)，桿狀金屬探針(1)的一端焊接在有外接電極(3)的標準真空接口(2)中面向真空腔體的一端，使其與該標準真空接口外部的電極(3)導通；該標準真空接口(2)與可移動支架(4)的一端真空接口(4b)連接；桿狀金屬探針(1)的另一端穿過波紋管(4a)和可移動支架另一端的真空接口(4c)進入真空系統；可移動支架(4)另一端的真空接口(4c)與真空系統的真空腔連接。
2.一種權利要求1所述桿狀探針式直流低壓氣體激活裝置的使用方法，其特征在于具體步驟如下先調節可移動支架(4)的位置，以此來調節桿狀金屬探針(1)與真空系統中樣品的位置，然后進行氣體電離激活；根據激活位置和區域，保持桿狀金屬探針(1)與金屬基座或模板之間的距離d為0＜d＜1mm；隨后向真空腔體中充入需要電離激活的氣體，真空度維持在2.0×10-4Pa-5.0×10-4Pa，根據不同的激活氣體選擇樣品與桿狀金屬探針(1)的極性。然后在探針電極和樣品上施加激活電壓，其中激活所用的直流電壓為10-100伏，激活電流為3-10μA。
3.根據權利要求2所述桿狀探針式直流低壓氣體激活裝置的使用方法，其特征在于對于氫氣激活，選擇桿狀金屬探針(1)為負極，樣品為正極；對于氧氣或其他惰性氣體激活，選擇桿狀金屬探針(1)為正極，樣品為負極。
4.根據權利要求2所述桿狀探針式直流低壓氣體激活裝置的使用方法，其特征在于電離激活時間為1-10分鐘。
全文摘要
本發明屬于高真空技術領域，具體為一種桿狀探針式直流低壓氣體激活裝置。該裝置由桿狀金屬探針、可外接電極的標準真空接口和兩端都為標準真空接口的移動支架組成。金屬探針焊接固定于移動支架一端的真空接口，另一端進入真空腔，移動支架另一端的標準接口與真空系統連接。本發明裝置能精確調控其頂端與樣品間距，適用于在高真空和超高真空系統中電離激活O
文檔編號H01L21/00GK101093777SQ20071004346
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月5日 優先權日2007年7月5日
發明者丁訓民, 王希祖, 高歆棟, 侯曉遠 申請人:復旦大學