CN206872934U - 一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置，装置包括石英管、电炉、真空泵、激光脉冲发生器、第一反射镜、第二反射镜以及透镜；其中，石英管的一端连接真空泵，石英管的另一端设置有气体入口，石英管中设置有靶材架，靶材架上设置有至少两个靶材卡扣，电炉为管式炉，管式炉围绕着石英管的中部，透镜安装在可转动的支架上，第一反射镜、第二反射镜设置在透镜和激光脉冲发生器之间。采用本实用新型公开的脉冲激光沉积装置，可以得到不均匀的掺杂原子浓度梯度，这种特殊的结构，改变了薄膜的电学性能和光学性能，并且可以控制制备参数得到不同的掺杂浓度薄膜，适宜多种不同电学器件的应用。

Description

一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置

技术领域

本实用新型涉及一种脉冲激光沉积装置，特别是涉及一种用于制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置。

背景技术

材料的形貌有多种多样，同种材料的不同形貌，所具有的性质也有很大不同。如纳米级材料和对应的块体状材料，在很多物理化学性能方面都有很大的差别。

当固体或液体的一维线性尺度远远小于其他二维时，称之为膜。通常，膜可分为两类，一类是厚度大于1微米的膜，称为厚膜；另一类则是厚度小于1微米的膜，称为薄膜。

半导体功能器件和光学镀膜是薄膜技术的主要应用领域。

常用的薄膜的制备方法有磁控溅射法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、脉冲激光沉积法等。

其中，脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposition，PLD)，也被称为脉冲激光烧蚀法，是一种利用激光对靶材进行轰击，然后将轰击出来的物质沉淀在不同的基板上，得到薄膜的一种手段。因其具有无污染、易控制，可以精确控制化学计量工艺简单、灵活性大，适于制备多种膜材料等优点，得到飞速的发展。

脉冲激光沉积法原理是比较复杂的物理现象，它涉及高能量脉冲辐射冲击固体靶材时，激光与物质之间的所有物理相互作用，包括等离子羽状物的形成，其后已熔化的物质通过等离子羽状物到达已加热的基板表面的转移，和最后的膜生成过程。一般可以分为以下四个阶段：a激光辐射与靶的相互作用，b熔化物质的动态，c熔化物质在基板上的沉积，d薄膜在基片表面的成核与生成。

脉冲激光沉积制备薄膜时，主要的影响因素有激光能量密度、沉积气压以及基板材质等。

现有技术制备掺杂薄膜时，通常是预先将基体材料与掺杂材料制备成掺杂靶材，然后再进行脉冲激光沉积。而这样的方法，局限了掺杂材料与基体材料的混合程度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置。

本申请的目的通过如下技术方案实现。

一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置，所述装置包括石英管、电炉、真空泵、激光脉冲发生器、第一反射镜、第二反射镜以及透镜；其中，所述石英管的一端连接所述真空泵，所述石英管的另一端设置有气体入口，所述石英管中设置有靶材架，所述靶材架上设置有至少两个靶材卡扣，所述电炉为管式炉，所述管式炉围绕着所述石英管的中部，所述透镜安装在可转动的支架上，所述第一反射镜、所述第二反射镜设置在所述透镜和所述激光脉冲发生器之间。

进一步地，所述透镜既可以上下旋转也可以左右旋转。透镜的自由旋转程度越大，越能满足不同靶材的使用要求。如对于不同大小的靶材，通过透镜的旋转，即可控制激光脉冲束的焦点在落在靶材上。

进一步地，所述靶材卡扣为两个。根据需要，两个卡扣分别夹持由薄膜基体材料构成的靶材1和由掺杂材料构成的靶材2。

使用本实用新型公开的制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置时，在靶材架上安装两个靶材，分别为由薄膜基体材料构成的靶材1和由掺杂材料构成的靶材2，激光脉冲束分别交替轰击靶材1和靶材2，形成多层状的薄膜，该多层状的薄膜是由基体材料层和掺杂材料层交替叠加而成的。并且，由于石英管中温度较高，扩散作用强烈，掺杂材料原子较为迅速地向基体材料层中扩散，扩散后形成一个不均匀的掺杂原子浓度梯度，这种特殊的结构，改变了薄膜的电学性能和光学性能。

另外，通过调整激光脉冲束对靶材1和靶材2的轰击时间，可以得到不同成分和性能的薄膜，适宜多种不同电学器件的应用。

附图说明

图1是实施例1中的一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置的示意图；

附图标记的名称为：1石英管、2电炉、3真空泵、4气体入口、5激光脉冲发生器、6第一反射镜、7第二反射镜、8透镜、9支架、10靶材架、11第一靶材卡扣、12第二靶材卡扣、13基板、14激光脉冲束。

具体实施方式

以下为本实用新型的较佳的具体实施方式，用以对本实用新型进行解释和说明。

实施例1

如图1所示，一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置，装置包括石英管1、电炉2、真空泵3、激光脉冲发生器5、第一反射镜6、第二反射镜7以及透镜8；其中，石英管1的一端连接真空泵3，石英管1的另一端设置有气体入口4，石英管1中设置有靶材架10，靶材架10上设置有第一靶材卡扣11和第二靶材卡扣12，电炉2为管式炉，管式炉围绕着石英管1的中部，透镜8安装在可转动的支架9上，第一反射镜6、第二反射镜7设置在透镜8和激光脉冲发生器5之间。其中，透镜8既可以上下旋转也可以左右旋转。

实施例2

用实施例1中的一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置制备Al元素掺杂的氧化锌薄膜，在第一靶材卡扣11上安装Al₂O₃靶材，在第二靶材卡扣12上安装ZnO靶材，根据所选用的激光脉冲发生器5所发射的激光脉冲束14，确定基板13的合适位置。

对石英管进行Ar气清洗、开启电炉2升温到预定温度并维持恒温，开启激光脉冲发生器5，调节透镜8位置，控制激光脉冲束14分别交替轰击ZnO靶材和Al₂O₃靶材预定的时间，然后随炉冷却到室温，得到Al元素掺杂的氧化锌薄膜。

Claims (3)

1.一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置，其特征在于，所述装置包括石英管、电炉、真空泵、激光脉冲发生器、第一反射镜、第二反射镜以及透镜；其中，所述石英管的一端连接所述真空泵，所述石英管的另一端设置有气体入口，所述石英管中设置有靶材架，所述靶材架上设置有至少两个靶材卡扣，所述电炉为管式炉，所述管式炉围绕着所述石英管的中部，所述透镜安装在可转动的支架上，所述第一反射镜、所述第二反射镜设置在所述透镜和所述激光脉冲发生器之间。

2.根据权利要求1所述的一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置，其特征在于，所述透镜既可以上下旋转也可以左右旋转。

3.根据权利要求1所述的一种制备掺杂薄膜的脉冲激光沉积装置，其特征在于，所述靶材卡扣为两个。