CN205420534U - 提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置，包括：真空腔体、样品台、用于对样品台进行加热的加热机构、靶材和激光器，所述样品台、加热机构、靶材位于真空腔体内，一带俯仰分光镜和所述激光器位于真空腔体外，所述真空腔体安装有一聚焦镜，所述激光器、带俯仰分光镜和聚焦镜形成一光路；第一马达连接到带俯仰分光镜的背部，所述带俯仰分光镜在第一马达驱动下带动带俯仰分光镜连续转动，第二马达连接到靶材，所述带俯仰分光镜在第一马达驱动下带动带俯仰分光镜旋转。本实用新型其镜面法向和入射光的角度在不断变化，从而反射光范围在一个扩大的区域内变化，在进入聚光透镜之前对光强做平均分布，从而能提高沉积薄膜的均匀性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种薄膜沉积装置，尤其涉及一种提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置。
背景技术
脉冲激光沉积技术是一种利用激光对物体进行轰击，将轰击出来的物质沉淀在衬底上而获得薄膜的一种方法。脉冲激光沉积技术的物理原理涉及高能量脉冲辐射冲击固体靶时，激光与物质之间的相互作用，包括等离子羽辉的形成、已熔化的物质通过等离子羽辉到达基片表面的转移、以及薄膜的生成过程。脉冲激光沉积通常可以分为四个阶段：（1）激光辐射与物质的相互作用；（2）熔化物质；（3）熔化物质在基片的沉积；（4）薄膜在基片表面的成核与生成。脉冲激光沉积技术具有如下优点：（1）获得期望化学计量比的多组分薄膜；（2）沉积速率高；（3）工艺参数任意调节，对靶材的种类没有限制。然而，脉冲激光沉积技术在沉积薄膜时有不足之处，主要问题是制备较大面积薄膜时的均匀性问题，通常制备薄膜面积大于20×20mm2时，薄膜不均匀性较为突出，可清晰看到薄膜表面不均匀性呈现的花纹带。因此，提高脉冲激光沉积薄膜均匀性无论对科学研究还是薄膜产业化都具有十分重要的意义。
发明内容
本实用新型提供一种提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置，此沉积装置中激光经分光镜反射时，分光镜镜面法向和入射光间的角度在不断变化，从而反射光范围在一个扩大的区域内变化，在进入聚光透镜之前对光强做平均分布，从而能提高沉积薄膜的均匀性。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置，包括：真空腔体、样品台、用于对样品台进行加热的加热机构、靶材和激光器，所述样品台、加热机构、靶材位于真空腔体内，一带俯仰分光镜和所述激光器位于真空腔体外，所述真空腔体安装有一聚焦镜，所述激光器、带俯仰分光镜和聚焦镜形成一光路；第一马达连接到带俯仰分光镜的背部，所述带俯仰分光镜在第一马达驱动下带动带俯仰分光镜连续转动，第二马达连接到靶材，所述带俯仰分光镜在第一马达驱动下带动带俯仰分光镜旋转。
上述技术方案中进一步的改进技术方案如下：
上述方案中，所述真空腔体上设置有一观察窗。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
本实用新型提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置，其采用带俯仰分光镜和马达组成的驱动俯仰分光镜装置能驱使分光镜在旋转过程中其镜面法向和入射光的角度在不断变化，从而反射光范围在一个扩大的区域内变化，在进入聚光透镜之前对光强做平均分布，经聚光镜汇聚后轰击靶材，因为靶材上光斑强度的均匀性对蒸发物质产生的辉光有着重要作用，从而能提高沉积薄膜的均匀性。
附图说明
附图1为本实用新型提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置结构示意图；
附图2为现有技术沉积装置制备的薄膜表面照片图；
附图3为本实用新型沉积装置制备的薄膜表面照片图。
以上附图中：1、真空腔体；2、样品台；3、加热机构；4、靶材；5、激光器；6、带俯仰分光镜；7、聚焦镜；8、第一马达；9、第二马达；10、观察窗。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例：一种提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置，包括：真空腔体1、样品台2、用于对样品台2进行加热的加热机构3、靶材4和激光器5，所述样品台2、加热机构3、靶材4位于真空腔体1内，一带俯仰分光镜6和所述激光器5位于真空腔体1外，所述真空腔体1安装有一聚焦镜7，所述激光器5、带俯仰分光镜6和聚焦镜7形成一光路；第一马达8连接到带俯仰分光镜6的背部，所述带俯仰分光镜6在第一马达8驱动下带动带俯仰分光镜6连续转动，第二马达9连接到靶材4，所述带俯仰分光镜在第一马达8驱动下带动带俯仰分光镜6旋转。
上述真空腔体1上设置有一观察窗10。
本发明进一步阐述如下。
本发明涉及的提高脉冲激光薄膜均匀性的沉积装置主要包括如附图1所示部件，真空腔体、观察窗、激光光源、带俯仰分光镜、驱动分光镜转动的马达、聚光镜、靶材、驱动靶材转动的马达、样品台、供样品台加热的装置。本专利中增加带俯仰分光镜和对驱动分光镜转动的马达部件，实现薄膜均匀性的提高。
前述的带俯仰分光镜是可以调节入射光进真空腔角度的装置。
前述的驱动分光镜转动的马达是驱动带俯仰分光镜连续转动的装置。
分光镜安置于可调节镜面角度的俯仰台上面，入射光角度θ如果改变Δθ，反射光角度则改变2Δθ，分光镜和聚光镜间距L=0.5m，那么当调节Δθ=1o时，激光光斑在聚光镜表面上的偏移量为Δx=L×2Δθ=8.7mm。光斑大小一般是15×20mm2，聚光镜直径通常为50mm，那么光斑在聚光镜上偏移量完全在聚光镜范围内，脉冲激光全部被聚焦在靶材上。因此，经过改进后不均匀光强的激光光斑随着分光镜的旋转在达到聚光镜之前被重新分布，经聚光镜聚焦后均匀轰击到靶材上。
驱动分光镜转动的马达转速有一定的要求，以免分光镜转动一周和脉冲激光重复频率合拍。转速根据脉冲激光出射重复频率调整，脉冲激光重复频率正常在1~10Hz，对应周期T=1~0.1秒，分光镜转动角度不为2π整数倍即可，
这主要是防止激光光斑不要重复出现在分光镜同一位置上。例如，当用户使用脉冲激光重复频率为5Hz时，周期T=0.2秒，那么马达转速只要即可。
附图2和附图3所示分别是本发明中采用相同制膜工艺条件，在未旋转分光镜和旋转分光镜情况下制备薄膜的表面照片，照片面积100×100μm2。可以明显看到，当旋转分光镜后薄膜均匀程度得到显著提高，没出现明暗条纹。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置，其特征在于：包括：真空腔体（1）、样品台（2）、用于对样品台（2）进行加热的加热机构（3）、靶材（4）和激光器（5），所述样品台（2）、加热机构（3）、靶材（4）位于真空腔体（1）内，一带俯仰分光镜（6）和所述激光器（5）位于真空腔体（1）外，所述真空腔体（1）安装有一聚焦镜（7），所述激光器（5）、带俯仰分光镜（6）和聚焦镜（7）形成一光路；第一马达（8）连接到带俯仰分光镜（6）的背部，所述带俯仰分光镜（6）在第一马达（8）驱动下带动带俯仰分光镜（6）连续转动，第二马达（9）连接到靶材（4），所述带俯仰分光镜在第一马达（8）驱动下带动带俯仰分光镜（6）旋转。
2.根据权利要求1所述的提高脉冲激光沉积薄膜均匀性的装置，其特征在于：所述真空腔体（1）上设置有一观察窗（10）。
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