CN104694885B - 用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置 - Google Patents

用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，包括真空室、溅射源、底盘和样品托盘，所述溅射源、所述底盘和所述样品托盘均安装在所述真空室内，所述样品托盘安装在所述底盘上，所述样品托盘设置在所述溅射源的溅射范围内。本发明的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置使用方便，使用时沉积条件相同，一致性好，能够快速辨识多元薄膜体系的结构和性能变化，给多元薄膜体系的研究提供准确参考。

Description

用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置
技术领域
本发明涉及实验领域，尤其涉及一种用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置。
背景技术
目前，对多元体系薄膜结构和性能的研究很多，一般是通过改变不同成分元素的沉积速率从而达到改变薄膜成分的目的。这种方法需要多次沉积，不仅繁杂，费时费力，而且还可能因为沉积条件的不同而影响结果的一致性，给多元体系薄膜的研究造成误差。
因此设计一种能够准确、快速的研究多元薄膜结构的实验装置是非常迫切的需求。
发明内容
为了克服上述的不足，本发明的目的是提供一种用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置。
本发明的技术方案如下：
一种用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，包括真空室、溅射源、底盘和样品托盘，所述溅射源、所述底盘和所述样品托盘均安装在所述真空室内，所述样品托盘安装在所述底盘上，所述样品托盘设置在所述溅射源的溅射范围内。
在其中一个实施例中，所述用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置还包括调节结构，所述溅射源通过调节结构安装在所述真空室内，且所述调节结构能够调节所述溅射源的靶头来调节溅射源的溅射方向与水平面之间的角度。
在其中一个实施例中，所述溅射源为磁控溅射靶、蒸发源或离子束源。
在其中一个实施例中，所述溅射源安装在所述真空室的顶部，或者所述溅射源安装在所述真空室的中部，或者所述溅射源安装在所述真空室的底部。
在其中一个实施例中，所述溅射源安装在对放置在所述样品托盘上的样品形成水平溅射的位置。
在其中一个实施例中，所述溅射源的溅射方向与水平面之间的角度为45度至90度。
在其中一个实施例中，所述溅射源为两个，两个所述溅射源对称设置，所述样品托盘设置在两个所述溅射源之间。
在其中一个实施例中，所述溅射源为三个，三个所述溅射源均匀设置，所述样品托盘设置在三个所述溅射源之间。
在其中一个实施例中，所述溅射源安装不同的溅射靶材，所述溅射靶材为金属或化合物。
在其中一个实施例中，所述调节结构为调节螺钉。
本发明的有益效果是：本发明的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置使用方便，使用时沉积条件相同，一致性好，能够快速辨识多元薄膜体系的结构和性能变化，给多元薄膜体系的研究提供准确参考。
附图说明
图1为本发明的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置的一个实施例的整体示意图；
图2为样品托盘上的样品排列的俯视示意图。
具体实施方式
为了使本发明的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供一种用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，包括真空室、溅射源、底盘和样品托盘，所述溅射源、所述底盘和所述样品托盘均安装在所述真空室内，所述样品托盘安装在所述底盘上，所述样品托盘设置在所述溅射源的溅射范围内。本实施例中的溅射源的靶头可以转动，通过改变溅射源的靶头方向可以改变溅射源的溅射方向与水平面之间的夹角，使用时通过调整靶头的角度和各溅射源的沉积速率，可以在放置在样品托盘上的样品上沉积出一系列具有不同薄膜厚度和/或不同薄膜成分的样品，这样制备得到的沉积样品沉积条件相同的，得到的实验结果具有一致性，为多元体系薄膜的结构和性能研究提供了可靠依据。
较佳的，作为一种可实施方式，所述用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置还包括调节结构，所述溅射源通过调节结构安装在所述真空室内，且所述调节结构能够调节所述溅射源的靶头来调节溅射源的溅射方向与水平面之间的角度。本实施例中的调节结构是用来调节靶头的，即调节溅射源的溅射方向，对放置在样品托盘上的样品能够性能不同厚度和成分的薄膜。较优的，本实施例中的调节结构为调节螺钉，且所述溅射源的溅射方向与水平面之间的角度为45度至90度。
较佳的，作为一种可实施方式，本实施例中的溅射源可以是磁控溅射靶，也可以是蒸发源或离子束源。这样本发明的实验装置适用于各种体系的薄膜。
较佳的，作为一种可实施方式，所述溅射源安装在所述真空室的顶部，或者所述溅射源安装在所述真空室的中部，或者所述溅射源安装在所述真空室的底部。当所述溅射源安装在真空室的顶部时，溅射靶由上向下溅射；当所述溅射靶安装在所述真空室的底部时，所述溅射靶由下向上溅射，当所述溅射靶安装在与所述样品托盘平行的位置时，所述溅射靶水平溅射。
较优的，本实施例中所述溅射源安装在对放置在所述样品托盘上的样品形成水平溅射的位置。
较佳的，作为一种可实施方式，所述溅射源为两个，两个所述溅射源对称设置，所述样品托盘设置在两个所述溅射源之间，或者所述溅射源为三个，三个所述溅射源均匀设置，所述样品托盘设置在三个所述溅射源之间。可以根据实际需要设置多个溅射靶，通过调整靶头和各溅射靶的沉积速率能够一次性沉积出成分和厚度连续变化的不同多元薄膜。
较佳的，作为一种可实施方式，两个或三个所述溅射源可以安装不同的溅射靶材，所述溅射靶材为金属或化合物。
较佳的，作为一种可实施方式，所述调节结构为调节螺钉。
使用时，样品托盘上可以连续排列放置多个样品，也可以放置单块大尺寸样品，通过调节靶头角度和各溅射靶的沉积速率，可以在样品上沉积出成分和厚度可调的各种多元薄膜，这些薄膜的成分和厚度呈梯度分布，这样方便研究多元薄膜体系的结构和性能。
以下以一个具体实施例为例说明本发明的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置的具体实施方式。
参见图1，该用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置包括真空室1、磁控溅射靶2、调节螺母3、底盘10和样品托盘6，其中磁控溅射靶2安装在真空室1的顶部，调节螺母3用来调节磁控溅射靶2的靶头4的方向，样品托盘6安装在底盘10上。
操作步骤如下：
（1）首先调整调节螺母3使得磁控溅射靶的溅射方向和水平面的夹角为75度，左靶装纯Ti靶，右靶装纯Al靶，参见图2，在两靶之间的样品托盘上连续排列18块大小一致的玻璃片5，玻璃片横跨两靶之间。参见图1，其中区域7为左靶辉光区，区域8为辉光混合区，区域9为右靶辉光区。
（2）对真空室抽真空至1.0×10-3Pa，进Ar气，Ar气的流量为40sccm，工作气压保持在0.1Pa；设置Ti的溅射功率为200W，Al的溅射功率为140W，同时溅射2小时，参见图2，即可得到一系列厚度在2.5至3μm之间且成分从富Ti到富Al连续变化的一系列Ti-Al合金薄膜。
（3）采用XRD对以上样品进行结构表征，通过比较发现当Ti的原子比在32～68%时合金薄膜为非晶结构，当Ti的原子比小于32%或大于68%时，所沉积的合金薄膜为固溶体晶体结构。
（4）用纳米压痕仪测定薄膜硬度，结论为非晶薄膜的硬度稍高于固溶体硬度。
通过以上实施例可以得到，本发明的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置使用方便，各样品的沉积条件相同，对实验结果的影响小，能够同时批量制备出一系列不同成分和厚度的样品，方便实验室使用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，其特征在于，包括真空室、溅射源、底盘和样品托盘，所述溅射源、所述底盘和所述样品托盘均安装在所述真空室内，所述样品托盘安装在所述底盘上，所述样品托盘设置在所述溅射源的溅射范围内；
所述溅射源安装在所述真空室的中部，所述溅射源安装在对放置在所述样品托盘上的样品形成水平溅射的位置。
2.根据权利要求1所述的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，其特征在于，还包括调节结构，所述溅射源通过调节结构安装在所述真空室内，且所述调节结构能够调节所述溅射源的靶头来调节溅射源的溅射方向与水平面之间的角度。
3.根据权利要求2所述的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，其特征在于，所述溅射源为磁控溅射靶、蒸发源或离子束源。
4.根据权利要求2所述的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，其特征在于，所述溅射源为两个，两个所述溅射源对称设置，所述样品托盘设置在两个所述溅射源之间。
5.根据权利要求2所述的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，其特征在于，所述溅射源为三个，三个所述溅射源均匀设置，所述样品托盘设置在三个所述溅射源之间。
6.根据权利要求4或5所述的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，其特征在于，所述溅射源安装不同的溅射靶材，所述溅射靶材为金属或化合物。
7.根据权利要求2所述的用于研究多元薄膜结构和性能的实验装置，其特征在于，所述调节结构为调节螺钉。
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