CN113186497A - 脉冲激光沉积方法及其装置 - Google Patents

脉冲激光沉积方法及其装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113186497A
CN113186497A CN202110314427.9A CN202110314427A CN113186497A CN 113186497 A CN113186497 A CN 113186497A CN 202110314427 A CN202110314427 A CN 202110314427A CN 113186497 A CN113186497 A CN 113186497A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
target
deposition apparatus
pulsed laser
reaction cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110314427.9A
Other languages
English (en)
Inventor
冯中沛
金魁
袁洁
许波
赵忠贤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Songshan Lake Materials Laboratory
Original Assignee
Songshan Lake Materials Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Songshan Lake Materials Laboratory filed Critical Songshan Lake Materials Laboratory
Priority to CN202110314427.9A priority Critical patent/CN113186497A/zh
Publication of CN113186497A publication Critical patent/CN113186497A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/28Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本申请公开了脉冲激光沉积方法及装置。该脉冲激光沉积装置包括:反应腔,在所述反应腔的腔壁上设置有多个第一窗口,在所述反应腔的内部设置有用于支撑靶材的固定台和用于支撑基片的加热台;多个激光装置,位于所述反应腔的外部,所述多个激光装置分别产生激光束,经由所述多个第一窗口入射到所述反应腔内的靶材表面上,其中,所述多个激光装置的激光束沿直线到达所述靶材表面。该脉冲激光沉积装置采用多束激光束直线入射,通过整体移动激光器实现扫描,不仅降低激光束的能量损耗,提高了激光束的稳定性和薄膜沉积的速率,而且还提高了薄膜的均匀度和平整度。

Description

脉冲激光沉积方法及其装置
技术领域
本发明涉及薄膜沉积技术领域,特别涉及一种脉冲激光沉积方法及其装置。
背景技术
超导薄膜制成的天线、谐振器、滤波器、延迟线等微波通讯器件具有常规材料(如金、银等)无法比拟的高灵敏度,从而受到各国军方的重视,成为未来电子对抗战中的关键技术,也是新一代通信技术的“未来”。在大型粒子加速器中,超导薄膜也表现出了巨大的市场前景。
脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,PLD)技术作为制备超导薄膜的重要技术,通过激光与靶材料的相互作用,在靶材料的法线方向产生等离子体,等离子体在基片的表面成核,长大形成薄膜。
可以看到,实用化超导薄膜具有不可替代的战略和经济需求,但是当前我国与国际先进水平仍有差距,如制备高质量大面积YBCO双面薄膜等需要攻克一系列应用基础和关键技术难题。若采用从国外购置的相应器材以及超导薄膜,一方面价格较高,无法大量购置,另一方面不能购置到国际先进水平的设备。采用国内生产的设备,则存在薄膜的平整度、均匀度、结晶度等存在一定差距,进而导致采用该薄膜的器件的性能不能进一步提高。且在已了解的激光脉冲沉积装置中,包括国内外的设备,均采用反射镜作为扫描装置,该扫描装置会导致激光能量的大量损耗,进而导致靶材表面的烧蚀程度不同,进而使得薄膜的平整度、均匀度存在一定差距。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的在于提供一种脉冲激光沉积方法及其装置,通过对脉冲激光沉积装置进行改进,从而提高脉冲激光沉积薄膜的效率和薄膜的均匀度。
根据本发明的一方面,提供一种脉冲激光沉积装置,包括:反应腔,在所述反应腔的腔壁上设置有多个第一窗口,在所述反应腔的内部设置有用于支撑靶材的固定台和用于支撑基片的加热台;多个激光装置,位于所述反应腔的外部,所述多个激光装置分别产生激光束,经由所述多个第一窗口入射到所述反应腔内的靶材表面上,其中,所述多个激光装置的激光束沿直线到达所述靶材表面。
可选地,所述多个激光装置倾斜放置,以使所述激光束倾斜入射至所述靶材的水平表面上。
可选地,所述激光装置包括:激光器,用于产生激光束;第一支架,所述激光器倾斜固定在所述支架上;驱动装置,与所述第一支架连接,并且驱动所述第一支架和所述激光器往复运动。
可选地,所述多个激光装置的激光束在所述靶材表面上的光斑相对于共同的中心沿径向运动。
可选地,所述驱动装置控制所述支架的运动速度,使得所述激光束在所述靶材表面上的光斑相对于共同的中心沿中心向边缘径向运动的运动速度逐渐变慢。
可选地,所述多个激光装置沿着所述反应腔的周边等间距分布,分别经由所述反应腔的相应窗口入射激光束。
可选地,所述固定台用于支撑多个靶材,所述多个激光装置的激光束分别入到所述多个靶材中相应一个的表面上。
可选地,所述多个靶材的材料相同或不同。
可选地,所述固定台用于支撑单个靶材,所述多个激光装置的激光束分别入到所述单个靶材的表面上。
可选地,所述固定台和所述加热台的表面彼此相对,并且在沉积薄膜时分别处于旋转状态。
可选地,所述激光器为固态激光器。
可选地,所述激光装置还包括:第二支架,位于所述驱动装置下方,用于固定所述驱动装置;水平仪,与所述驱动装置连接,用于监测所述驱动装置沿水平方向移动。
可选地,还包括:第三支架,位于所述反应腔的外部下方,与所述反应腔连接,用于固定所述反应腔;第一电机,位于所述反应腔的外部上方,与所述加热台连接,用于控制所述加热台和所述基片旋转;第二电极,位于所述反应腔的外部下方,与所述固定台连接,用于控制所述固定台和所述靶材旋转;真空结构,位于所述反应腔的外部侧面,与所述反应腔连接,用于维持所述反应腔内的真空环境。
根据本发明的另一方面,提供一种脉冲激光沉积方法,包括:在反应腔内固定好靶材和基片,将所述基片加热到预定温度,并控制所述靶材和所述基片旋转;将多个激光装置产生的多个激光束沿直线到达所述靶材的表面,使所述靶材的源材料溅射并均匀的沉积在所述基片的表面上。
可选地,沿水平方向平移所述激光装置,使所述激光束在所述靶材表面上的光斑相对于共同的中心沿径向作往复运动。
可选地,通过控制所述激光装置的运动速度,使得所述激光束在所述靶材表面上的光斑相对于共同的中心沿中心向边缘径向运动的运动速度逐渐变慢。
本发明提供的脉冲激光沉积方法,采用多束激光束直线入射到靶材表面,通过平移激光装置改变激光束在靶材表面的位置,不仅降低了激光束的能量损耗,提高了激光束的稳定性,也提高了薄膜沉积的速率和薄膜的均匀性、稳定性。
本发明提供的脉冲激光沉积装置,多个激光器采用倾斜固定方式,使得激光束直线照射靶材,减少了激光束经由反射镜反射后的能量损耗,使得薄膜的沉积速度加快;采用多束激光束照射靶材,形成多个等离子体,同时配合基片与靶材沿中心旋转,使多个等离子体均匀分布在靶材与基片之间,从而提高了沉积薄膜的均匀性,同时进一步提高了薄膜沉积的速率。
本发明提供的脉冲激光沉积装置,采用驱动装置驱动激光器和第一支架的整体移动的方法实现激光扫描。与现有技术中通过移动反射镜实现激光束的扫描,因不同反射点导致的激光束能量损耗不同而导致对靶材的烧蚀点的不一致和不均匀相比,本申请的整***移扫描方法使得在整个扫描过程中,激光束从光源到达靶材表面的距离一致,保证了每个激光溅射点的激光烧蚀的一致性,从而进一步降低了因每个溅射点的烧蚀性不一致而导致的薄膜均匀性差的问题。
本发明提供的脉冲激光沉积方法及其装置,在驱动装置驱动激光器使得多束激光束在靶材表面形成的光斑相对于共同的中心沿径向作往复运动时,光斑沿中心到边缘的运动速度逐渐变慢,使得靶材边缘部分的源材料也能够被充分使用,不仅提高了靶材的利用率,而且提高了薄膜的均匀性和平整度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述,本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:
图1示出了根据现有技术的脉冲激光沉积装置的***结构;
图2a示出了根据现有技术的脉冲激光沉积装置的薄膜沉积的局部放大图;
图2b示出了根据现有技术的脉冲激光沉积装置的激光扫描方向图;
图3示出了根据本发明实施例的脉冲激光沉积装置的立体图;
图4示出了根据本发明实施例的脉冲激光沉积装置的***结构;
图5a示出了根据本发明实施例的脉冲激光沉积装置的薄膜沉积的局部放大图;
图5b示出了根据本发明实施例的脉冲激光沉积装置的激光扫描方向图;
图6示出了根据本发明实施例的YBCO的XDR谱图;
图7示出了根据本发明实施例的YBCO的温度电阻曲线图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中,相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,可能未示出某些公知的部分。为了简明起见,可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解,在描述器件的结构时,当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时,可以指直接位于另一层、另一个区域上面,或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且,如果将器件翻转,该一层、一个区域将位于另一层、另一区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一区域上面的情形,本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。
图1示出了根据现有技术的脉冲激光沉积装置的***结构;图2a示出了根据现有技术的脉冲激光沉积装置的薄膜沉积的局部放大图;图2b示出了根据现有技术的脉冲激光沉积装置的激光扫描方向图。
参考图1至图2b,脉冲激光沉积装置100包括:反应腔110,激光装置120以及电机130。其中,反应腔110上具有第一窗口111,第二窗口112以及第三窗口113,第一窗口111例如为激光束入射窗口,第二窗口112例如为基片114更换窗口,第三窗口113例如为真空泵窗口。在反应腔110的内部,还包括基片114,固定台115以及靶材116,靶材116固定于固定台115的一侧表面上,基片114与靶材116相对设置且具有一定距离,在固定台115的另一侧,与电机130连接,电机130带动固定台115沿中心旋转,使得固定在固定台115上的靶材116也沿中心旋转。
激光装置120包括激光器121,聚焦镜122以及反射镜123,激光器121发射的激光束经由聚焦镜122进行汇聚,然后经由反射镜123发生反射,反射后的激光束穿过反应腔110的第一窗口111,到达靶材116的表面,激光束与靶材116的材料发生反应,在靶材116的法线方向产生等离子体117,等离子体117在基片114的表面形成薄膜。
其中,反射镜123作为扫描装置,通过改变反射镜123的位置或反射角度,使得激光束在靶材116的表面沿一定轨迹运动,参考图2b,激光束在靶材116表面的运动轨迹例如为虚线所示,或者沿径向方向运动。由于激光束在靶材116表面沿一定轨迹运动,避免该轨迹下的靶材116被激光束烧蚀形成裂缝,也为了提高靶材116的使用率,采用电机130带动靶材116发生旋转,从而使得激光束能够照射在靶材116表面的任意位置。
但在该实施例中,由于采用反射镜123作为扫描装置,在激光束经由反射镜123达到靶材116的表面的过程中,经由反射镜123不同位置进行反射的激光束,能量损耗存在差异,另外,从光源到达靶材116表面不同位置时激光束的路径长短不同,这会导致激光束对靶材116的烧蚀程度不同,从而导致最终形成的薄膜均匀度不佳。再一方面,图1仅示出了采用一个反射镜123的实施例,但在实际使用中,反射镜123可能具有多个,这种情况下,激光束的能量损耗会更大,甚至达到50%以上,因此必须采用大功率的激光器。
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图3示出了根据本发明实施例的脉冲激光沉积装置的立体图;图4示出了根据本发明实施例的脉冲激光沉积装置的***结构;图5a示出了根据本发明实施例的脉冲激光沉积装置的薄膜沉积的局部放大图;图5b示出了根据本发明实施例的脉冲激光沉积装置的激光扫描方向图。
参考图3,本发明实施例的脉冲激光沉积装置200包括:沉积装置和多个激光装置,图3示出了具有三个激光装置的实施例。
其中,每个激光装置分别包括:激光器221,第一支架222,驱动装置223,水平仪224以及第二支架225,驱动装置223的底部与第二支架225的上表面固定连接,第一支架222的底部与驱动装置223连接,且在驱动装置223的带动下作水平位移运动,激光器221倾斜固定于第一支架222的上部,激光束沿直线入射进沉积装置中的靶材表面,且在激光器221的激光束出射面,还集成有聚焦镜(图中未示出)。激光器221在驱动装置223的带动下作水平位移运动,从而改变激光束在靶材表面的烧蚀点。
参考图3,驱动装置223至少包括电机以及控制第一支架222和激光器221移动方向的轨道。为改变激光束在靶材表面的烧蚀点,本申请中的扫描驱动装置至少包括驱动装置223,第一支架222和激光器221,即本申请采用整***移扫描方式。
沉积装置包括:反应腔210,位于反应腔210侧壁上的多个第一窗口211,第二窗口212,用于支撑反应腔210的第三支架215,分别位于反应腔210外部上方的第一电机213和位于反应腔210外部下方的第二电机216,以及真空结构214。其中,第一窗口211为激光束入射窗口,第二窗口212例如为观察窗口,第一电机213用于带动反应腔210内部的加热台和基片旋转,第二电机216用于带动反应腔210内部的固定台和靶材旋转,真空结构214用于对反应腔210内部进行抽真空,以维持反应腔210内部的真空气压。
在该实施例中,由于激光器221产生的激光束经过聚焦镜后直接入射进入反应腔210,而没有使用反射镜,因此,避免了激光束在经由反射镜反射过程中的能量损耗,与已有的脉冲激光沉积装置相比,在保持入射到靶材表面的激光束能量相同的情况下,本申请可以采用功率更低的激光器221实现相同的目的。而采用功率更低的激光器221,可以降低设备的成本,如现有技术的脉冲激光沉积装置中,一般采用高性能的工业级别准分子激光器,售价在250万以上,而本申请中的激光器,可以采用售价约25万,四种波长模式(1064nm,532nm,355nm,266nm)可切换,重约25公斤的小型固态激光器,不仅降低了成本,而且降低了设备的体积,可以很容易实现移动激光器的整***移扫描方法。此外,由于现有技术中采用的高性能工业级别准分子激光器的体积较大,重量较重,只能采用水平放置,然后反射镜扫描的方法,而本申请中采用的小型固态激光器,由于体积小,重量轻,因此可以随意角度的倾斜安装,从而可以采用激光器的激光束直接入射靶材的方法。
此外,由于现有技术中采用的高性能工业级别准分子激光器体积大和重量重,因此在扫描过程中通过移动反射镜改变激光束在靶材表面的烧蚀点,这种方法导致在反射镜对激光束进行反射时,反射点会发生改变,而不同的反射点对激光束的能量损耗不同,从而导致激光束对靶材表面的烧蚀点不均匀和不一致。而本申请中采用支架和激光器整***移扫描的方法,保证了激光束从光源到靶材表面的光路路径的长短一致,能量损耗一致,使得激光束对靶材表面的烧蚀程度的一致性,进而提高了薄膜的均匀性和一致性。此外,激光束直接入射到靶材表面,避免了反射镜在对激光束进行反射过程中因不同反射位置导致的反射功率不同,进一步提高了薄膜的均匀性和一致性。
在本发明实施例的脉冲激光沉积装置200中,还包括其他图中未标记或未示出的结构,例如:基片更换窗口,靶材更换窗口等。
参考图4,在反应腔210内,包括基片231,靶材232以及固定和放置靶材232的固定台233和固定基片231的加热台(图中未示出)。其中,第一电机213带动加热台和基片231沿中心顺时针或逆时针旋转,第二电机216带动固定台233沿中心逆时针或顺时针旋转,同时带动固定于固定台233上的靶材232也发生旋转。多个倾斜固定的激光器221(图中仅示出两个)出射的激光束经由聚焦镜和反应腔210上的第一窗口211进入反应腔210,并照射在靶材232上,在足够高的能量密度下和短的脉冲时间内,靶材232吸收激光束能量并使光斑处的温度迅速升高至靶材232的蒸发温度以上而产生高温及烧蚀,靶材232汽化溅射,有原子、分子、电子、离子和分子团簇及微米尺度的液滴、固体颗粒等从靶材232的表面逸出,形成区域化的高温高密度的等离子体234,等离子体234在靶材232法线方向形成大的温度和压力梯度,并沿该方向膨胀,形成了一个沿靶材232法线方向的等离子体羽辉234,等离子体羽辉234中的高能离子轰击基片231表面,使其产生原子溅射,从而在基片231的表面形成薄膜。在该实施例中,在基片231的加热台中,还具有加热器(图中未示出),用于将基片231加热到反应温度。
在该实施例中,激光束在靶材232表面上沿中心到边缘的径向方向作往复运动,由于靶材232本身在发生旋转,因此,激光束在靶材232表面运动过程中,靶材的整个表面都会被激光束扫描到,为了使靶材232表面被激光束均匀的扫描到,可以控制激光束沿靶材232中心向边缘的运动速度逐渐变慢,进一步地,配合基片231的旋转,可以在基片231的表面均匀的形成薄膜。
在该实施例中,反应腔210中还具有多个传感器(图中未示出),用于监测反应腔内的真空压力,薄膜沉积厚度,基片加热温度等,从而更好的控制反应进行条件和反应进行的程度。
在图4所示的实施例中,固定台233为一个大固定盘,靶材232为一个整体的大靶材。在其他实施例中,固定台233还可以由多个小固定台组成,用于固定多个小靶材,每个激光器221用于烧蚀一个靶材,多个靶材的源材料可以相同也可以不同。或者,固定台233包括一个大固定台和多个小固定台,可以根据需要沉积的薄膜的源材料选择使用大固定台或多个小固定台。
参考图5a和图5b,在基片231的表面形成薄膜的过程中,需要改变激光束在靶材232表面的烧蚀点,不仅提高靶材232的利用率,同时使得在基片231表面形成的薄膜均匀度和平整度达到一定标准。如图5a所示,改变激光束在靶材232表面的烧蚀点,通过移动激光器221实现。参考图3,激光器221通过第一支架222与驱动装置223连接,即通过驱动装置223使得激光器221沿水平方向移动,最终在靶材232的表面形成沿中心到边缘的径向移动轨迹,在沉积薄膜时,激光束在靶材表面作沿中心到边缘的往复运动。
进一步地,激光束与靶材232表面的入射角度例如为30°-60°,但根据实验证明,当激光束与靶材232表面的入射角度为45°时,激光束对靶材232的溅射效果最佳,图5a中激光束与靶材232表面的入射角度例如为45°。参考图5a,当激光束与靶材232表面的入射角度为45°时,为了保证激光束在扫描过程中不被基片231所遮挡,靶材232表面与基片231表面之间的靶基距L不小于基片231直径的一半。
在该实施例中,采用多个激光器221同时对靶材232进行烧蚀,烧蚀过程中,多个激光器221可以同步对靶材232进行烧蚀,也可以不同步。该同步不仅指激光的光斑位于靶材232的表面的位置,也表示光斑位于靶材232表面的时间。同时,为了保持激光对靶材232表面烧蚀程度的一致性,需要激光束在靶材232表面运动时的运动速度沿靶材232中心到边缘逐渐变慢。
采用本申请的脉冲激光沉积装置200,可以制备复杂体系的铜氧化物高温超导薄膜(YBCO),传统金属与合金超导体薄膜(Ta、BiPd、Nb3Sn、Nb3Ge),铁基高温超导体薄膜(FeSe、FeSeTe),尖晶石氧化物超导体薄膜(Mg2TiO4),氮化物超导体薄膜(ZrN),砷化物半金属薄膜(TaAs)等多种薄膜,且沉积的薄膜性能有所提高,实现了***性能优于进口设备的目标。
图6和图7示出了采用本申请的脉冲激光沉积装置形成的铜氧化物高温超导薄膜(YBCO)的XDR图和温阻图。参考图6和图7,可以明显的看出YBCO的性能有所提高。
本申请还提供了一种脉冲激光沉积方法,具体步骤包括:在反应腔210内的相应位置固定好靶材232和基片231;采用真空结构214使反应腔210内的真空气压低于10-8Torr,通过加热台将基片231加热到800℃以上,并通过第一电机213和第二电机216使基片231和靶材232均按一定的转速沿中心旋转;倾斜固定的激光器221产生的激光束直线入射到反应腔210内的靶材232的表面,使靶材232的源材料溅射并沿靶材232法线方向形成等离子体234,溅射的源材料均匀的沉积在基片231的表面上;通过驱动装置223控制激光器221沿水平方向移动,使得激光束照射在靶材232表面的光斑沿靶材232中心到边缘的径向方向作往复运动,在移动激光器221的过程中,控制激光束照射在靶材232表面的光斑的运动速度沿靶材232中心到边缘的方向逐渐变慢。
本发明提供的脉冲激光沉积方法,采用多束激光束直线入射到靶材表面,通过平移激光器改变激光束在靶材表面的位置,不仅降低了激光束的能量损耗,提高了激光束的稳定性,也提高了薄膜沉积的速率和薄膜的均匀性、稳定性。
本发明提供的脉冲激光沉积装置,激光器采用倾斜固定方式,使得激光直接照射靶材,减少了激光束经由反射镜反射后的能量损耗,使得薄膜的沉积速度加快;采用多束激光照射靶材,同时形成多个羽辉体,多个羽辉体均匀分布在靶材与基片之间,从而提高了沉积薄膜的均匀性,同时进一步提高了薄膜沉积的速率。
本发明提供的脉冲激光沉积装置,采用激光器的支架整体移动的方法实现激光扫描。与现有技术中通过移动反射镜实现激光束的扫描,因不同反射点导致的激光束能量损耗不同而导致对靶材的烧蚀点的不一致和不均匀相比,本申请的整***移扫描方法,使得在整个扫描过程中,激光从光源到达靶材表面的距离一致,保证了每个激光烧蚀点的激光烧蚀的一致性,从而降低了因每个烧蚀点的烧蚀性不一致而导致的薄膜均匀性差的问题。同时,相比与反射镜扫描方法,整***移扫描的方法在控制时非常好操作,能够实现机械自动化控制。
本发明提供的脉冲激光沉积方法及其装置,在驱动装置驱动激光器使得多束激光束在靶材表面形成的光斑相对于共同的中心沿径向作往复运动时,光斑沿中心到边缘的运动速度逐渐变慢,使得靶材边缘部分的源材料也能够被充分使用,不仅提高了靶材的利用率,而且提高了薄膜的均匀性和平整度。
依照本发明的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (16)

1.一种脉冲激光沉积装置,包括:
反应腔,在所述反应腔的腔壁上设置有多个第一窗口,在所述反应腔的内部设置有用于支撑靶材的固定台和用于支撑基片的加热台;
多个激光装置,位于所述反应腔的外部,所述多个激光装置分别产生激光束,经由所述多个第一窗口入射到所述反应腔内的靶材表面上,
其中,所述多个激光装置的激光束沿直线到达所述靶材表面。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述多个激光装置倾斜放置,以使所述激光束倾斜入射至所述靶材的水平表面上。
3.根据权利要求2所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述激光装置包括:
激光器,用于产生激光束;
第一支架,所述激光器倾斜固定在所述支架上;
驱动装置,与所述第一支架连接,并且驱动所述第一支架和所述激光器往复运动。
4.根据权利要求3所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述多个激光装置的激光束在所述靶材表面上的光斑相对于共同的中心沿径向运动。
5.根据权利要求4所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述驱动装置控制所述支架的运动速度,使得所述激光束在所述靶材表面上的光斑相对于共同的中心沿中心向边缘径向运动的运动速度逐渐变慢。
6.根据权利要求1所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述多个激光装置沿着所述反应腔的周边等间距分布,分别经由所述反应腔的相应窗口入射激光束。
7.根据权利要求1所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述固定台用于支撑多个靶材,所述多个激光装置的激光束分别入到所述多个靶材中相应一个的表面上。
8.根据权利要求7所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述多个靶材的材料相同或不同。
9.根据权利要求1所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述固定台用于支撑单个靶材,所述多个激光装置的激光束分别入到所述单个靶材的表面上。
10.根据权利要求1所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述固定台和所述加热台的表面彼此相对,并且在沉积薄膜时分别处于旋转状态。
11.根据权利要求3所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述激光器为固态激光器。
12.根据权利要求3所述的脉冲激光沉积装置,其中,所述激光装置还包括:
第二支架,位于所述驱动装置下方,用于固定所述驱动装置;
水平仪,与所述驱动装置连接,用于监测所述驱动装置沿水平方向移动。
13.根据权利要求1所述的脉冲激光沉积装置,还包括:
第三支架,位于所述反应腔的外部下方,与所述反应腔连接,用于固定所述反应腔;
第一电机,位于所述反应腔的外部上方,与所述加热台连接,用于控制所述加热台和所述基片旋转;
第二电极,位于所述反应腔的外部下方,与所述固定台连接,用于控制所述固定台和所述靶材旋转;
真空结构,位于所述反应腔的外部侧面,与所述反应腔连接,用于维持所述反应腔内的真空环境。
14.一种脉冲激光沉积方法,其中,包括:
在反应腔内固定好靶材和基片,将所述基片加热到预定温度,并控制所述靶材和所述基片旋转;
将多个激光装置产生的多个激光束沿直线到达所述靶材的表面,使所述靶材的源材料溅射并均匀的沉积在所述基片的表面上。
15.根据权利要求14所述的脉冲激光沉积方法,其中,沿水平方向平移所述激光装置,使所述激光束在所述靶材表面上的光斑相对于共同的中心沿径向作往复运动。
16.根据权利要求15所述的脉冲激光沉积方法,其中,通过控制所述激光装置的运动速度,使得所述激光束在所述靶材表面上的光斑相对于共同的中心沿中心向边缘径向运动的运动速度逐渐变慢。
CN202110314427.9A 2021-03-24 2021-03-24 脉冲激光沉积方法及其装置 Pending CN113186497A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110314427.9A CN113186497A (zh) 2021-03-24 2021-03-24 脉冲激光沉积方法及其装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110314427.9A CN113186497A (zh) 2021-03-24 2021-03-24 脉冲激光沉积方法及其装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113186497A true CN113186497A (zh) 2021-07-30

Family

ID=76973749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110314427.9A Pending CN113186497A (zh) 2021-03-24 2021-03-24 脉冲激光沉积方法及其装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113186497A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114481017A (zh) * 2022-02-11 2022-05-13 松山湖材料实验室 一种镀膜装置及清洗工艺
CN115233165A (zh) * 2022-02-21 2022-10-25 松山湖材料实验室 组合薄膜制备方法及装置
CN115341180A (zh) * 2022-07-29 2022-11-15 松山湖材料实验室 激光扫描溅射部件
CN115369364A (zh) * 2022-07-29 2022-11-22 松山湖材料实验室 曲面薄膜沉积方法及其装置
WO2023155613A1 (zh) * 2022-02-21 2023-08-24 松山湖材料实验室 脉冲激光沉积装置及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050276931A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-15 Imra America, Inc. Method of fabricating an electrochemical device using ultrafast pulsed laser deposition
CN210711715U (zh) * 2019-09-12 2020-06-09 东莞市鑫钛极真空科技有限公司 一种脉冲激光沉积镀膜装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050276931A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-15 Imra America, Inc. Method of fabricating an electrochemical device using ultrafast pulsed laser deposition
CN210711715U (zh) * 2019-09-12 2020-06-09 东莞市鑫钛极真空科技有限公司 一种脉冲激光沉积镀膜装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114481017A (zh) * 2022-02-11 2022-05-13 松山湖材料实验室 一种镀膜装置及清洗工艺
CN114481017B (zh) * 2022-02-11 2023-10-27 松山湖材料实验室 一种镀膜装置及清洗工艺
CN115233165A (zh) * 2022-02-21 2022-10-25 松山湖材料实验室 组合薄膜制备方法及装置
WO2023155613A1 (zh) * 2022-02-21 2023-08-24 松山湖材料实验室 脉冲激光沉积装置及方法
CN115233165B (zh) * 2022-02-21 2023-11-28 松山湖材料实验室 组合薄膜制备方法及装置
CN115341180A (zh) * 2022-07-29 2022-11-15 松山湖材料实验室 激光扫描溅射部件
CN115369364A (zh) * 2022-07-29 2022-11-22 松山湖材料实验室 曲面薄膜沉积方法及其装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113186497A (zh) 脉冲激光沉积方法及其装置
CN113445007A (zh) 脉冲激光沉积装置及方法
US6090207A (en) Translational target assembly for thin film deposition system
JPH0870144A (ja) 超電導部品の作製方法
CN115233165B (zh) 组合薄膜制备方法及装置
KR100276963B1 (ko) 축외레이저융삭법에 의한 기판표면으로의 초전도층의 퇴적방법 및 장치
US20170306474A1 (en) Integration of laser processing with deposition of electrochemical device layers
CN112760600A (zh) 聚焦扫描式脉冲激光薄膜沉积装置以及沉积方法
JPH05804A (ja) 大面積複合酸化物超電導薄膜の成膜装置
JP5452141B2 (ja) 成膜方法および成膜装置
JP4441687B2 (ja) 基板上への成膜方法
CN211445880U (zh) 一种脉冲激光沉积和磁控溅射复合***
KR102660385B1 (ko) 성막 방법 및 성막 장치
JP3877903B2 (ja) 薄膜の形成方法
KR20230149721A (ko) 에칭 장치
CN113463045B (zh) 一种激光脉冲沉积***及加工方法
CN115369364A (zh) 曲面薄膜沉积方法及其装置
JPH03174306A (ja) 酸化物超電導体の製造方法
CN112195443A (zh) 一种薄膜沉积***及镀膜方法
WO2023155613A1 (zh) 脉冲激光沉积装置及方法
KR100393184B1 (ko) 펄스파레이저증착법을이용한고온초전도박막제조장치및그방법
JPH11246965A (ja) レーザ蒸着法による薄膜の形成方法、およびその方法に使用するレーザ蒸着装置
CN116988015A (zh) 一种基于脉冲激光沉积制备超导薄膜的装置及方法
JP3874965B2 (ja) 薄膜の形成方法
CN117626192A (zh) 一种薄膜沉积装置和薄膜沉积方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination