CN105154842A - 一种高通量组合材料芯片制备设备及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高通量组合材料芯片制备设备，包括制备腔、热处理腔、取样腔和能与制备腔、热处理腔、取样腔进行连通的过渡腔。制备腔内具有能够放置多个靶材的组合材料芯片前驱体沉积装置。该高通量组合材料芯片制备设备结构简单，应用范围广。本发明还涉及一种高通量组合材料芯片制备方法，将基片移动经过各个靶材下方，并按照所需不同组分材料的分布规律，分别通过磁控溅射的制备工艺完成基片上不同组分材料的分布沉积，结合所需的热处理条件最终完成组合材料芯片的制备。该高通量组合材料芯片制备方法不需要进行额外的靶材更换操作即能实现多种不同组分材料沉积，同时能够实现原子尺度下的多元材料混合。

Description

一种高通量组合材料芯片制备设备及制备方法

技术领域

本发明涉及组合材料芯片技术领域，特别涉及一种高通量组合材料芯片制备设备，还涉及一种高通量组合材料芯片的制备方法。

背景技术

材料是现代工业的基础，随着科学技术的发展，近年来新材料的研发速度逐渐不能满足当代工业发展对新材料的迫切需求。自上世纪90年代以来，美国劳伦斯伯克利国家实验室的项晓东等人受生物基因芯片和大规模集成电路发展的启发，发展了高通量组合材料芯片技术。高通量组合材料芯片技术的实质是在一块基片上集成生长和表征多达10⁸个不同组分的材料样品，该技术改变了传统材料试验“试错”的方法，极大的加快新材料的研发进程。项晓东等人开发的第一代高通量组合材料芯片制备设备由制备腔和过渡腔组成，采用离子束或激光作为材料沉积源，可以在真空中完成材料沉积和原位热处理过程，结合分立掩模板可以在1英寸基片上最多沉积2¹⁰个不同组分的样品。该设备极大的提高了材料样品制备的通量，项晓东等人使用该设备进行了超导材料、相变材料等材料体系的新材料快速筛选，并筛选出一系列具有优良性能的新材料。

在授权公告号为CN104404468A(申请号为201410734080.3)的中国发明专利申请《一种高通量组合材料制备装置及制备方法》中，公开了一种高通量组合材料制备装置，该装置包括制备腔、储靶腔、换靶腔、原位热处理腔、样品过渡腔，可实现真空下从靶材更换、材料沉积到样品热处理全过程的组合材料芯片制备，避免了样品暴露于大气环境下造成样品的污染。该装置采用离子束溅射方法完成组合材料芯片前驱体沉积，离子源虽然操作较为简单、所制备的样品重复性较好、适合用于高品质薄膜的制备，但设备本身维护较为复杂，价格昂贵，市场接受程度较低。例如，离子束溅射镀膜只能同时完成一种靶材的溅射，故对于多层膜样品制备，完成每层材料的沉积都需要更换新的靶材，操作复杂，实验消耗时间长，使用效率低。同时，离子束溅射镀膜的实现完全依赖于离子源的稳定工作，通常设备工作每10-20小时即需要对离子源进行维护、清洗或更换离子源及其部件，限制了设备的使用领域和接受范围。另外，该高通量组合材料制备装置进行组合材料芯片制备过程中，材料扩散是采取多层膜低温扩散的方法，考虑到设备实际使用情况，对于氮化物等热力学窗口较小的材料，该过程较难进行，限制了该设备的适用材料类型。

相比离子束溅射技术，磁控溅射镀膜设备维护更为简单、发展更为成熟，虽然经过长时间使用，所制备薄膜的均匀性会受到靶材刻蚀区影响，但可以通过调节磁场分布、增加均厚板、改变沉积方式等方法进行缓解。早在上世纪70年代，磁控溅射技术就被用于高通量样品的制备，但过去都是采取多靶磁控共溅射的方式，该方法并不能准确控制每种原料在基片上的分布规律，故无法直接完成不同组分材料的线性梯度分布，还需要额外的成分表征来确定不同组分材料的分布规律，在降低了高通量实验效率的同时，并不能实现完整多元材料空间的覆盖。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种结构简单，应用范围广，并且不需要进行额外的靶材更换操作，就能实现多种原料按照不同组分分布规律进行制备的高通量组合材料芯片制备设备。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种不需要进行额外的靶材更换操作即能实现不同组分材料多种规律分布的沉积，同时能够实现多种原料均匀混合的高通量组合材料芯片制备方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高通量组合材料芯片制备设备，包括：

制备腔，以供制备组合材料芯片前驱体；

热处理腔，以供实现对组合材料芯片前驱体进行热处理；

取样腔，以供放入基片和取出样品；

过渡腔，与所述制备腔、热处理腔、取样腔分别能够进行连通，所述过渡腔内设置有传递装置以带动基片在所述制备腔、热处理腔、取样腔之间进行传递；

其特征在于：

所述制备腔内设置有能够放置多个靶材的组合材料芯片前驱体沉积装置，从而使得基片移动经过各个靶材下方，并按照不同组分所需要的分布方式，通过控制磁控溅射的镀膜参数，完成基片上不同组分材料的规律分布，以完成组合材料芯片前驱体的制备。

优选地，所述组合材料芯片前驱体沉积装置包括能够安装多个靶材的靶材架、设置在靶材架内的多个永磁体、安装在所述靶材架正面上的至少一个所述靶材、与所述靶材相对设置的基片、能覆盖在所述基片上的掩模、用于放置基片的放置台、用于驱动所述放置台转动和移动的驱动装置，所述靶材架上具有多个用于安装所述靶材的安装位，多个所述永磁体对应于所述安装位设置于所述靶材的背面，以调整靶材上的刻蚀区长度和刻蚀区形状。

优选地，多个所述安装位呈阵列分布。

为了调节靶材的溅射效果并避免不同靶材的相互污染，所述组合材料芯片前驱体沉积装置还包括用于隔离靶材的隔离板和用于调节材料沉积速度的调节机构；所述隔离板连接在所述靶材架上并设置在两个相邻的安装位之间。

可选择地，所述调节机构包括能够调节料沉积速率的出射狭缝装置和/或能够调节材料沉积范围的遮板；

所述出射狭缝装置设置在所述靶材的正面上，所述出射狭缝装置上具有一宽度可调的狭缝；

所述遮板设置在所述靶材正面的一侧。

为了方便更换不同的掩模，所述组合材料芯片前驱体沉积装置还包括用于更换掩模的掩模更换装置。

为了方便实现基片自转和移动，所述驱动装置包括用于驱动所述放置台旋转的旋转机构以及用于带动放置台和旋转机构进行二维平面移动的传动机构；

所述旋转机构设置在所述放置台下方，所述传动机构设置所述旋转机构下方。

所述热处理腔内设置有非加热区和供组合材料芯片前驱体热处理的加热区。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种高通量组合材料芯片制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将组合材料芯片前驱体沉积装置安装后并置入制备腔内，将制备腔、热处理腔、过渡腔和取样腔均抽真空至需要的背底真空度；

步骤二、在取样腔内放入基片，通过过渡腔内的传递装置将基片自取样腔经过过渡腔传送入制备腔内，然后按照要求将基片放置在放置台上；

步骤三、将制备腔内抽真空至所需背底真空度并持续进行抽真空，同时向制备腔内持续通入Ar气，从而使得制备腔内保持在设定背底气压；

步骤四、打开靶材的溅射电源，将靶材调节至正常启辉状态；

步骤五、根据安装靶材的个数，按照所需不同组分材料的分布规律，基片依次移动经过各个靶材的下方，利用磁控溅射的制备工艺并配合基片运动、掩模的运动和/或更换完成基片上不同组分材料的分布；

步骤六、循环操作步骤五直至基片上材料的沉积薄膜厚度达到设定要求，从而完成组合材料芯片前驱体的制备；

步骤七、通过过渡腔内的传递装置将组合材料芯片前驱体自制备腔内取出并传送至热处理腔内，在热处理腔内按照所需的温度变化曲线，对组合材料芯片前驱体进行热处理，从而完成高通量组合材料芯片的制备；

步骤八，通过过渡腔内的传递装置将高通量组合材料芯片自热处理腔中取出并传送至取样腔内，从而自取样腔内取出该高通量组合材料芯片。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中高通量组合材料芯片制备设备，通过在组合材料芯片前驱体沉积装置内设置多个靶材，从而利用磁控溅射镀膜技术即能实现不同组分材料的梯度沉积、顺序沉积等不同的沉积方式，进而简化了高通量组合材料芯片制备设备的结构，同时对组合材料芯片前驱体沉积装置的维修更加方便。

本发明中的高通量组合材料芯片制备方法，利用多个靶材循环进行磁控溅射镀膜过程制备组合材料芯片前驱体，使得整个制备过程所需的功耗小，对靶材的消耗量也大大减小，提高了工艺的可重复性。同时能够控制单层材料沉积厚度在原子尺度下，方便实现多种材料原子尺度下均匀混合，可以完成组合材料芯片制备过程中的非晶态混合物的实现，避免了传统组合材料芯片制备方法中热力学窗口对扩散热处理过程的限制，拓宽了组合材料芯片的使用范围。

附图说明

图1为本发明实施例中高通量组合材料芯片制备设备的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的高通量组合材料芯片制备设备，包括用于制备组合材料芯片前驱体的制备腔1、用于组合材料芯片前驱体热处理的热处理腔2、用于放入基片和取出样品的取样腔3、过渡腔4。

其中过渡腔4与制备腔1、热处理腔2、取样腔3分别能够进行连通，制备腔1、热处理腔2、取样腔3分别与过渡腔4之间设置有阀门，通过阀门的开启和关闭实现过渡腔4与制备腔1、热处理腔2、取样腔3之间的连通和隔离。如此在隔离状态下，制备腔1、热处理腔2、取样腔3、过渡腔4则分别可以进行独立工作。由于热处理时间较长，通常热处理腔2可以设置多个以供多个组合材料芯片前驱体芯片同时进行加热处理。

该过渡腔4内设置有一个传递装置，从而利用传递装置实现基片在制备腔1、热处理腔2、取样腔3之间的过渡传递。传递装置可以在现有的传递装置中进行选取，如可以使用机械手抓持物品进行移动传递。

热处理腔2内具有非加热区和专门用于对组合材料芯片前驱体进行热处理的加热区。

制备腔1内设置有一组合材料芯片前驱体沉积装置，该组合材料芯片前驱体沉积装置包括能够安装多个靶材11的靶材架19、安装在靶材架19正面上的至少一个靶材11、与靶材11相对设置的基片12、能覆盖在基片12上的掩模13、用于放置基片12的放置台18、用于驱动放置台18转动和移动的驱动装置、用于隔离靶材11的隔离板15和用于调节材料沉积速度的调节机构。

靶材架19上具有呈阵列分布的多个安装位，根据需要将设定数量的靶材11可以安装在靶材架19的特定的安装位上。与现有通用的磁控溅射装置类似，靶材架19内设置有多个永磁体191，该多个永磁体191对应于安装位排列设置在靶材11的背面，用于控制在靶材11上形成与基片12移动方向相垂直的方向上的均匀刻蚀区长度。刻蚀区长度根据组合材料芯片大小的不同可以通过调节永磁体191分布规律和靶材11的大小来改变。本实施例中，可以通过调节永磁体191的分布规律和靶材11的大小保证在与基片12移动方向相垂直方向上，材料沉积速率相同。

隔离板15连接在靶材架19上并设置在两个相邻的安装位之间，使用时，隔离板15可以避免相邻靶材11之间的相互影响。

根据需要，调节机构可以设置为覆盖设置在靶材11正面上的出射狭缝装置16，也可以设置为设置在靶材11正面一侧的遮板17。本实施例中的调节机构同时包括出射狭缝装置16和遮板17，遮板17设置在出射狭缝装置16的前端。其中出射狭缝装置16上具有一宽度可调的狭缝161，使用时可以通过调节靶材11电源功率以及狭缝161宽度，进而调节材料的沉积速率。而遮板17可以通过调节斜面倾角大小的不同以调节材料沉积的范围，从而起到对基片12上所沉积材料厚度的调节。通过调节机构的调节作用，可以控制基片12上沉积材料的厚度在单原子至微米量级范围内变化。

掩模13可以根据需要使用移动掩模或者分立掩模。使用分立掩模时，则可在放置台18上放置多种掩模13，从而可以根据需要进行掩模13的更换。基于多种不同掩膜13的更换要求，组合材料芯片前驱体沉积装置还包括掩模更换装置，该掩模更换装置可以设置在放置台18上或者其他位置，如可以在放置台18上安装一机械手作为掩模更换装置，通过机械手进行不同掩模13的更换，进而将掩模13根据要求覆盖在基片12的上方。

为了方便实现基片12自转和移动，驱动装置包括用于驱动放置台18旋转的旋转机构141以及用于带动放置台18和旋转机构141进行二维平面移动的传动机构142。旋转机构141设置在放置台18下方，传动机构142设置旋转机构141下方。在工作时，旋转机构141带动放置台18进行旋转，进而在放置台18的带动下，实现基片12的自转。传动机构142则能够带动放置台18在相互垂直的两个方向上的移动，进而实现基片12在二维平面上的移动。

本实施例中利用上述的高通量组合材料芯片设备，以铁钴镍三元组合材料芯片的制备过程为例对高通量组合材料芯片制备方法进行说明。

该铁钴镍三元组合材料芯片的制备包括以下步骤：

步骤一、将作为沉积原料的铁、钴、镍三种元素单质靶材11分别安装在靶材架19上设定的安装位上，靶材架19上排列分布的永磁体191能够使靶材上刻蚀区长度大于100mm，如此完成组合材料芯片前驱体沉积装置的安装；

将安装好的组合材料芯片前驱体沉积装置置于制备腔内，然后关闭制备腔1和过渡腔4之间的阀门；

对制备腔1、热处理腔2、取样腔3、过渡腔4抽真空至需要的背底真空度；

步骤二、本实施例中的基片12呈等边三角形，将外切圆尺寸为三英寸的等边三角形基片12放置入取样腔3中，然后对取样腔3抽真空至与过渡腔4真空度相当时，打开取样腔3与过渡腔4之间的阀门，通过过渡腔4内的传递装置将基片12自取样腔4传送入过渡腔4内，然后关闭取样腔3与过渡腔4之间的阀门；

对过渡腔4抽真空至与制备腔1内真空度基本相当时，打开过渡腔4与制备腔1之间的阀门，通过过渡腔4内的传递装置将基片12自过渡腔4传送至制备腔1中的放置台18上，保证等边三角形的基片12中一个顶点至该顶点对边的垂线与基片12的移动方向相平行，并且该顶点位于移动方向的前端，然后关闭过渡腔4与制备腔1之间的阀门；

步骤三、对制备腔1进行抽真空处理，使得气压降至所需要的背底真空度时，开始向制备腔1内通入Ar气，同时持续抽真空使得腔体内的气压保持在0.1-5Pa，按照如此气压要求保持Ar气的通入和抽真空工作；

步骤四、打开靶材11的溅射电源，将靶材11调节至正常启辉状态；

步骤五、本实施例中要求铁、钴、镍三种材料在基片12上依次按照顺序实现梯度线性沉积，故根据预先设计好的铁、钴、镍三种材料的分布规律和沉积顺序，基片12依次匀速移动经过各个单质靶材11的下方，利用磁控溅射的制备工艺完成基片12上铁、钴、镍三种组分材料的沉积，具体过程如下：

该步骤中，掩模13根据需要采用移动掩模，掩模更换装置工作，将掩模13移动至基片12的上方，使得掩模13覆盖部分基片12；

调整铁单质靶材下方的遮板17角度，调节铁单质靶材电源功率和铁单质靶材覆盖的出射狭缝装置16的狭缝161宽度，进而调节铁在基片12上的沉积速率为设定

磁控溅射过程中，通过传动机构142驱动放置台18，从而带动基片12相对于铁单质靶材以匀速v1(v1>0)移动经过铁单质靶材下方，在此过程中，掩模13相对于基片12保持静止，进而控制材料铁在基片12上未被掩模13遮挡的部分任意一点的沉积时间为t1，最终将材料铁的沉积厚度控制在2～3nm；

利用旋转机构141驱动放置台18转动，从而带动基片12相对于原位置顺时针自转120度，同时保持掩模13仍处于原始位置不变；

调整好钴单质靶材下方的遮板17，调节钴单质靶材电源功率和钴单质靶材覆盖的出射狭缝装置16的狭缝161宽度，进而调节钴在基片12上的沉积速率为磁控溅射过程中，通过传动机构142驱动放置台18，从而带动基片12相对于钴单质靶材以匀速v2(v2>0)移动经过钴单质靶材下方，在此过程中，掩模13相对于基片12保持静止，进而控制材料钴在基片12上未被掩模13遮挡的部分任意一点的沉积时间为t2，最终将材料钴的沉积厚度控制在2～3nm；

利用旋转机构141驱动放置台18转动，从而带动基片12相对于原位置继续沿顺时针方向自转120度，同时保持掩模13仍处于原始位置不变；

调整好镍单质靶材下方的遮板17，调节镍单质靶材电源功率和镍单质靶材覆盖的出射狭缝装置16的狭缝161宽度，进而调节镍在基片12上的沉积速率为磁控溅射过程中，通过传动机构142驱动放置台18，从而带动基片12相对于镍单质靶材以匀速v3(v3>0)移动经过钴单质靶材下方，在此过程中，掩模13相对于基片12保持静止，进而控制材料镍在基片12上未被掩模13遮挡的部分任意一点的沉积时间为t3，最终将材料钴的沉积厚度控制在2～3nm；

此时基片12则从起始位置移动到终点位置。通过传动机构142驱动放置台18至制备腔1中的初始位置，基片12在旋转机构141的驱动下继续沿顺时针方向自转120度，从而基片12回复到原始位置；

该步骤中，基片在各单质靶材下的移动速度根据实际实验所需的每层材料厚度不同或者单层材料厚度分布不同可以进行相应调整，即该基片可以静止放置在各单质靶材下进行材料沉积，也可以匀速或者变速自各单质靶材下通过；

步骤六、在需要更换掩模13的情况下，利用掩模更换装置更换新的掩模13，然后利用掩模更换装置调整掩模13位于基片上方要求的位置；

在不需要进行掩模13更换的情况下，即在本实施例的情况下，直接利用掩模更换装置驱动掩模13在基片12的上方沿基片12的前进方向移动设定的距离；

然后循环操作步骤五直至基片12上铁、钴、镍三种材料的沉积薄膜总厚度达到设定厚度，本实施例中基片12上铁、钴、镍三种材料的沉积薄膜厚度达到约100nm时，即完成组合材料芯片前驱体的制备；

该步骤中制备的组合材料芯片前驱体依次按照铁、钴、镍的顺序进行沉积并实现了三种组分材料在基片上的梯度线性沉积；在实际应用中，则可根据具体的材料分布规律针对性对材料的沉积顺序以及沉积方式进行适应性的调整；

步骤七、在制备腔1内气压和过渡腔4内气压基本一致时，打开制备腔1和过渡腔4之间的阀门；此时，通过过渡腔4内的传递装置将组合材料芯片前驱体自制备腔1内取出至过渡腔4内；

然后在热处理腔2内气压和过渡腔4内气压基本一致时，打开热处理腔2与过渡腔4之间的阀门，利用过渡腔4内的传递装置将组合材料芯片前驱体传送至热处理腔2内；向真空热处理腔2中通有Ar气，并且对真空热处理腔2进行抽真空操作，直至其达到背底真空度；

根据需要，在热处理腔2的加热区内按照一定温度变化曲线对组合材料芯片前驱体进行0.5-30小时的低温扩散热处理，由于铁、钴、镍三种材料的交叉叠加的厚度薄，叠加次数多，有利于实现铁、钴、镍三种材料原子尺度下的材料混合，混合更加充分，且对热处理温度要求低；

然后根据实际实验需要，热处理腔2的加热区内按照设置的升温降温曲线进行温度调节，当加热区内的温度达到需要的温度后保持一定时间；随后将热处理后的组合材料芯片前驱体迅速移至热处理腔2的非加热区内，在热处理腔2的非加热区内通入干燥Ar气，将热处理后的组合材料芯片在非加热区内持续冷却一段时间直至其降至室温；至此完成高通量组合材料芯片的制备，即得到高通量组合材料芯片；

步骤八、在热处理腔2内气压和过渡腔4内气压基本一致时，打开热处理腔2和过渡腔4之间的阀门，通过过渡腔4内的传递装置将高通量组合材料芯片自热处理腔2中取出至过渡腔4内，在取样腔3内气压和过渡腔4内气压基本一致时，打开取样腔3和过渡腔4之间的阀门，然后通过过渡腔4内的传递装置将高通量组合材料芯片传送至取样腔3内。然后关闭取样腔3和过渡腔4之间的阀门，打开取样腔3充气阀调节取样腔3内的气压调整为标准大气压，打开取片门，从而自取样腔3内取出该高通量组合材料芯片。

Claims (9)

1.一种高通量组合材料芯片制备设备，包括：

制备腔(1)，以供制备组合材料芯片前驱体；

热处理腔(2)，以供实现对组合材料芯片前驱体进行热处理；

取样腔(3)，以供放入基片和取出样品；

过渡腔(4)，与所述制备腔(1)、热处理腔(2)、取样腔(3)分别能够进行连通，所述过渡腔(4)内设置有传递装置以带动基片在所述制备腔(1)、热处理腔(2)、取样腔(3)之间的进行传递；

其特征在于：

所述制备腔(1)内设置有能够放置多个靶材(11)的组合材料芯片前驱体沉积装置，从而使得基片(12)移动经过各个靶材(11)下方，并按照不同组分所需要的分布方式，通过控制磁控溅射的镀膜参数，完成基片(12)上不同组分材料的规律分布，以完成组合材料芯片前驱体的制备。

2.根据权利要求1所述的高通量组合材料芯片制备设备，其特征在于：所述组合材料芯片前驱体沉积装置包括能够安装多个靶材(11)的靶材架(19)、设置在靶材架(19)内的多个永磁体(191)、安装在所述靶材架(19)上的至少一个所述靶材(11)、与所述靶材(11)相对设置的基片(12)、能覆盖在所述基片(12)上的掩模(13)、用于放置基片(12)的放置台(18)、用于驱动所述放置台(18)转动和移动的驱动装置，所述靶材架(19)上具有多个能够安装所述靶材(11)的安装位，多个所述永磁体(191)对应于所述安装位设置于所述靶材(11)的背面，以调整靶材(11)上的刻蚀区长度和刻蚀区形状。

3.根据权利要求2所述的高通量组合材料芯片制备设备，其特征在于：多个所述安装位呈阵列分布。

4.根据权利要求2所述的高通量组合材料芯片制备设备，其特征在于：所述组合材料芯片前驱体沉积装置还包括用于隔离靶材(11)的隔离板(15)和用于调节材料沉积速度的调节机构；所述隔离板(15)连接在所述靶材架(19)上并设置在两个相邻的安装位之间。

5.根据权利要求4所述的高通量组合材料芯片制备设备，其特征在于：所述调节机构包括能够调节材料沉积速率的出射狭缝装置(16)和/或能够调节材料沉积范围的遮板(17)；

所述出射狭缝装置(16)覆盖设置在所述靶材(11)的正面上，所述出射狭缝装置(16)上具有一宽度可调的狭缝(161)；

所述遮板(17)设置在所述靶材(11)正面的一侧。

6.根据权利要求2所述的高通量组合材料芯片制备设备，其特征在于：所述组合材料芯片前驱体沉积装置还包括用于更换掩模的掩模更换装置。

7.根据权利要求2所述的高通量组合材料芯片制备设备，其特征在于：所述驱动装置包括用于驱动所述放置台(18)旋转的旋转机构(141)以及用于带动放置台(18)和旋转机构(141)进行二维平面移动的传动机构(142)；

所述旋转机构(141)设置在所述放置台(18)下方，所述传动机构(142)设置所述旋转机构(141)下方。

8.根据权利要求1所述的高通量组合材料芯片制备设备，其特征在于：所述热处理腔(2)内设置有非加热区和供组合材料芯片前驱体热处理的加热区。

9.一种应用有权利要求1～8任一权利要求所述的高通量组合材料芯片制备设备的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将组合材料芯片前驱体沉积装置安装后并置入制备腔(1)内，将制备腔(1)、热处理腔(2)、过渡腔(4)和取样腔(3)均抽真空至需要的背底真空度；

步骤二、在取样腔(3)内放入基片(12)，通过过渡腔(4)内的传递装置将基片(12)自取样腔(3)经过过渡腔(4)传送入制备腔(1)内，然后按照要求将基片(12)放置在放置台(18)上；

步骤三、将制备腔(1)内抽真空至所需背底真空度并持续进行抽真空，同时向制备腔(1)内持续通入Ar气，从而使得制备腔(1)内保持在设定背底气压；

步骤四、打开靶材(11)的溅射电源，将靶材(11)调节至正常启辉状态；

步骤五、根据安装靶材(11)的个数，按照所需不同组分材料的分布规律，基片(12)依次移动经过各个靶材(11)的下方，利用磁控溅射的制备工艺并配合基片运动、掩模的运动和/或更换完成基片(12)上不同组分材料的分布沉积；

步骤六、循环操作步骤五直至基片(12)上材料的沉积薄膜厚度达到设定要求，从而完成组合材料芯片前驱体的制备；

步骤七、通过过渡腔(4)内的传递装置将组合材料芯片前驱体自制备腔(1)内取出并传送至热处理腔(2)内，在热处理腔(2)内按照所需的温度变化曲线，对组合材料芯片前驱体进行热处理，从而完成高通量组合材料芯片的制备；

步骤八，通过过渡腔(4)内的传递装置将高通量组合材料芯片自热处理腔(2)中取出并传送至取样腔(3)内，从而自取样腔(3)内取出该高通量组合材料芯片。