CN106555166A - 一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自旋电子器件制备及表征领域，它是一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统及应用方法，该集成系统主要由多组多功率磁控溅射设备、原位时间分辨磁光克尔测量仪、多角度离子辐照设备，通过超高真空互联装置将上述三组设备进行集成，依次进行超薄多层膜制备、界面表征、调控。本发明可以在不破坏真空度的情况下实现自旋电子器件的高精度超薄多层膜制备、原位精确表征及界面实时调控功能，可用于研究基于超薄多层膜的界面自旋相关效应，制备具有特定磁特性的超薄多层膜。

Description

一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统及应用方法

技术领域

本发明涉及一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统及应用方法，它将超薄磁性多层膜制备、原位性质表征及界面调控设备集成在一个超高真空系统内，实现了在真空环境的条件下对超薄磁性膜进行制备、原位表征与调控，从而获得高质量特性可控的薄膜结构，使器件具备优异性能。属于自旋电子器件制备及表征领域。

背景技术

基于微电子技术的集成电路是信息产业的基础，然而，半导体中隧穿效应产生的漏电流致使传统微电子器件功耗过大、数据稳定性较差，摩尔定律遇到了难以逾越的技术瓶颈，而自旋电子信息器件被认为是克服功耗瓶颈的关键技术之一，对于构建“后摩尔时代”超低功耗集成电路具有重要意义。区别于传统电子技术利用电子的电荷属性，自旋电子学是通过调节电子的自旋属性设计微纳电子器件。由于电子“自旋”的加入，在铁磁/氧化物、铁磁/金属和铁磁/二维材料等超薄多层膜结构中产生了一系列新奇的界面物理效应，这些自旋相关效应及其应用涉及到超薄多层膜界面诱导磁各向异性、界面自旋注入、自旋轨道相互作用及Dzyaloshinskii–Moriya Interaction(DMI)效应等研究内容。上述效应都与器件中超薄多层膜磁性材料的界面密切相关，对超薄多层膜的界面特性和质量进行设计与调控，成为当前自旋电子研究领域关注的焦点，也是未来大规模产业化所需解决的科学及技术问题。

伴随着自旋电子学的飞速发展，自旋电子器件的制备、表征及调控设备也不断涌现。例如磁控溅射设备生长超薄多层膜，时间分辨磁光克尔测量仪表征磁性超薄多层膜的自旋动力学过程，以及轻离子辐照设备调控磁性多层膜的界面状态。但是，自旋电子学器件的薄膜层数多，且在常温常压下易被氧化，单一独立的设备无法在其生长的同时进行每一界面的精确表征与调控。

因此，将超薄磁性多层膜的制备、界面表征及调控集成于一体的系统，是探索自旋电子界面自旋相关效应相关的重大科学问题的关键，也是新型自旋电子器件产业化的基础，对相关的高性能传感器及存储器等应用具有重要价值。

发明内容

1.发明目的：本发明的目的是设计一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统及应用方法，在超高真空条件下，实现多层膜制备及对其层与层之间界面属性进行原位表征及实时调控。另一方面，通过增加装载传输装置这一方式，本系统可进一步集成其他种类的薄膜制备、表征及调控设备，使该系统全面覆盖从制造到测试所需要的所有功能。

2.技术方案：本发明一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统，主要由多组多功率磁控溅射设备、原位时间分辨磁光克尔测量仪、多角度离子辐照设备三组设备组成，通过超高真空互联装置将上述三组设备进行集成，依次进行超薄多层膜制备、界面表征、调控(图1)。

其中，所述的超高真空互联装置包括多个真空腔及多段真空互联传输段，用于将其它设备集成；

其中，所述的多组多功率磁控溅射设备，具体结构为：

在单个真空腔内集成有多个溅射靶(如12个)，分为多组，每组的溅射靶404位于同一回转式转盘上，每组分别由独立的直流或射频电源驱动。根据功能不同，一组为低功率电源，对核心铁磁层、氧化物势垒层等超薄膜进行原子级精确制备；一组为中功率电源，对缓冲层、钉扎层等超薄膜进行准确、高效制备；一组为高功率电源，对覆盖层、电极等厚度要求不高的薄膜进行快速制备，以实现高精度、高效地镀膜；

在该真空腔体内设置有旋转升降台401，样品402通过旋转升降台旋转至多组溅射靶404的指定位置；同时样品可以匀速转动，以获得更好的薄膜均匀性；

所述样品位置自由移动通过旋转升降台401实现；溅射靶材与样品之间距离调控范围为50-500mm；起辉光束403与样品法线之间的角度可调，调控范围为0°-±90°；

所述的真空腔体选材采用不锈钢腔体405，按照真空规范进行清洗，并进行真空高温除气；密封接口采用金属与胶圈兼容模式；采用多级泵级联的方式获得高真空(10^-6-10^{- 7}Pa)。

其中，所述的多角度离子辐照设备，具体为三级差分抽气设计与离子束的精准聚焦设计，具体方案如下：

三级差分抽气设计：

将离子辐照设备腔室分为第一抽气单元即离子源腔室502，第二抽气单元即磁铁腔室、透镜和偏转板区域512，以及第三抽气单元即辐照样品腔室513三个抽气单元，每个抽气单元之间用不同孔径的超高真空法兰隔开，其中第一抽气单元与第二抽气单元之间用带有第一小孔505的超高真空法兰隔开，第二抽气单元与第三抽气单元之间用带有第二小孔511的超高真空法兰隔开，第一小孔505的直径范围为10-30mm、第二小孔511的直径范围为5-20mm。差分系统排气泵的选择方面，离子源腔室502选择机械泵与分子泵级联，在保证真空度的条件下实现离子源起辉，真空范围为10^-1-10^-5Pa；磁铁腔室、透镜和偏转板区域512选择机械泵与分子泵级联，在满足离子束足够能量的条件下实现高真空，真空范围为10^-2-10^-7Pa；辐照样品腔室513选择机械泵、分子泵与冷泵三级级联，实现样品辐照室超高真空，真空范围为10^-3-10^-8Pa；

所述离子源种类包括但不限于氢离子源、氦离子源、氩离子源、氖离子源、镓离子源；

离子束的精准聚焦设计：

在离子源腔室502内依次设置有离子源501、定义光阑503和中心定位板504，用于将从离子源射出的离子束进行定位、聚焦；

在磁铁腔室、透镜和偏转板区域512内依次设置有离子束偏转磁铁507、透镜509及偏转板510，其中离子束偏转磁铁507根据离子的质量进行离子选择，集中成一束所需的离子束；透镜509及偏转板510，确保适当的离子束聚焦，最终实现离子束在样品表面的精确调控，扫描范围为以离子束垂直入射点为圆心，直径为0-200mm的圆形范围，扫描精度小于0.1mm。

其中，所述的原位时间分辨磁光克尔测量仪，具体结构如下：

超快激光器601输出一路超快激光，被偏振分光棱镜605分束为泵浦光和探测光两路。考虑到出射光束必须过滤掉泵浦光，从分光棱镜分出的泵浦光需透过倍频器606进行光频翻倍；基于泵浦-探测技术原理，探测光需经过时间延迟装置，即步进电机控制直角棱镜608在位移线上移动，直角棱镜的每个位置对应泵浦光和探测光不同的光程差。两束光会合于分光棱镜615处，经反射镜604反射透入真空腔玻璃视窗。待测样品由多维样品支架611固定在密闭真空腔612内，电磁铁两级间磁场均匀部分，样品支架可进行三维平移及二维旋转，凹槽固定样品，减小激光引起的震动。与真空腔直接相连的真空泵组613由机械泵、分子泵、离子泵三级组成，交替使用可以有效降低整个系统的震动。聚焦透镜组610将两束同轴入射光聚焦，垂直入射待测样品表面。出射光线在真空腔体外经由滤光片607过滤掉样品反射泵浦光，余下探测光作为基频信号的克尔信号穿过1/2玻片614，由分光棱镜615分解成偏振相互垂直的两束光，分别被光桥接收，两路锁相放大器617分别处理的反射率和反映样品磁化强度的克尔信号。

其中，所述的超高真空互联装置，具体结构如下：

设计直径为500mm-2000mm的圆柱腔体进样室301，该进样室是样品从大气进入真空环境的过渡腔体，与多级泵相联，可实现不低于10^-6Pa的真空度；进样室可放置不少于6个样品的样品托。

设计直径为150mm-1000mm的真空互联传输段，如图7所示，连接进样室301和终端设备(磁控溅射设备304、离子辐照设备305、时间分辨磁光克尔测量仪306)。不同的真空互联传输段可分为主传输段307、308、311和分支传输段309、310，在主传输段和分支传输段相交处设置有过渡腔室312；由于不同设备的腔室内真空度要求不同(如磁控溅射设备腔体真空度为10^-7Pa，离子辐照设备腔体真空度为10^-6Pa)，本发明在不同真空互联传输段安装全金属密封的闸板阀302，通过控制闸板阀的开关可实现不同传输段的互联与隔绝。

设计自由伸缩的传样杆机械臂801，机械臂末端有样品托802，用于支撑样品。机械臂801在主传输段及连接设备的分支传输段309、310内各有一个。当样品需要从主传输段传送到分支传输段(或者从分支传输段传送到主传输段)时，主传输段的机械臂托着样品进入过渡腔室312，位于过渡腔室312的样品支架803首先将样品托起，主传输段机械臂撤回，分支传输段机械臂伸入样品托下方，待样品支架将样品放入后分支传输段机械臂的样品托后，由分支传输段机械臂将样品送入对应设备腔室，每个设备也同样配备如样品支架803，用于支撑及固定样品。

本发明一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统的应用方法，具体包括如下步骤：

步骤一：图1(a)-(b)，在超高真空磁控溅射设备中，利用电场使高能离子加速轰击靶材，在衬底上进行薄膜沉积。通过集成不同材料在单一腔室，实现超薄磁性多层膜沉积，通过调节不同溅射阴极的功率实现不同的薄膜沉积精度。

步骤二：图1(c)，通过超高真空互联装置将制备的超薄膜样品传送入磁光克尔测量仪中，基于磁光克尔效应，通过飞秒激光器产生激发及探测光表征磁性超薄多层膜的自旋动力学过程，检测超薄膜界面自旋相关属性。

步骤三：图1(d)，通过离子辐照的方法，对超薄多层膜的离子束穿透区域进行调控，从而有效改善晶格缺陷或晶格匹配，实现对磁性超薄多层膜辐照区域的界面磁特性控制。通过调节离子束入射角度及入射能量提高界面调控的精度。

具体过程见图2流程图。整个过程完全在高真空环境下进行。仪器结构如图3。

3.本发明一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统及应用方法，优点和功效：本发明创新性地提出一个系统概念，即在高真空环境下集成多组多功率磁控溅射设备、原位时间分辨磁光克尔测量仪和多角度离子辐照设备。该系统可以在不破坏真空度的情况下实现自旋电子器件的高精度磁性超薄多层膜制备、原位精确表征及界面实时调控功能，可用于研究基于磁性超薄多层膜的界面自旋相关效应，实现自旋电子器件的进一步小型化及其性能的调控。在该设计的基础上可以研发用于研究界面自旋相关效应的科学仪器，也可以用于高质量自旋电子磁性超薄膜体系的大规模产业化生产。

附图说明

图1(a)-(b)为本发明利用磁控溅射设备生长薄膜示意图。

图1(c)为本发明利用磁光克尔测量仪产生激发及探测光，表征磁性薄膜界面属性示意图。

图1(d)为本发明利用离子束辐照薄膜示意图。

图2为本发明仪器系统工作流程图。

图3为本发明仪器结构及互联示意图。

图4为本发明一种单腔室内多组多功率磁控溅射设备示意图。

图5为本发明一种多角度离子辐照设备示意图。

图6为本发明一种磁光克尔测量仪示意图。

图7为本集成系统的直线传输段示意图。

图8(a)、图8(b)为本发明机械臂及其末端样品固定装置示意图。

其中，图1至图8中的参数定义为：

101衬底；102磁性多层膜；103探测光；104离子束；

301进样室；302闸板阀；303真空互联传输段；304磁控溅射设备；305离子辐照设备；306时间分辨磁光克尔测量仪；307-311不同真空互联传输段；312过渡腔室

401旋转升降台；402样品；403起辉光束；404溅射靶；405不锈钢腔体；

501离子源；502离子源腔室；503定义光阑；504中心定位板；505小孔；506离子束；507离子束偏转磁铁；508定位狭缝；509透镜；510偏转板；511小孔；512磁铁腔室、透镜和偏转板区域，513辐照样品腔室；514挡板；515样品；

601超快激光器；602半反半透镜；603时间延迟线；604反射镜；605偏振分光棱镜；606倍频器；607滤光片；608直角棱镜；609斩波器；610聚焦透镜组；611多维样品支架；612密闭真空腔体；613真空泵组；614、1/2玻片；615分光棱镜；616光电二极管；617锁相放大器；

801机械臂；802样品托盘；803样品支架；804样品

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明如何实现实时、原子尺度的界面自旋表征及调控。附图均为示意图。其中涉及的设备各部分的尺寸非实际尺寸、薄膜层数及厚度、设备各组件的大小相对位置也非实际值。在此公开了详细的示例性的实施例，其特定的结构细节和功能细节仅是表示描述示例实施例的目的，因此，可以有多种可选择的形式来实施本发明，且本发明不应该被理解为仅仅局限于在此提出的示例实施例，而是应该覆盖落入本发明范围内的所有变化、等价物与替换物。

本发明所涉及的仪器集成系统如图3所示。自左向右分别为磁控溅射设备304、离子辐照设备305、时间分辨磁光克尔测量仪306，分别实现超薄多层薄膜的沉积、界面调控及磁特性测量。下面将分别从以上三个设备及超高真空互联装置方面阐明该系统特点的实现方法：

1.图4所示多组多功率磁控溅射设备，为实现高精度、高效均匀地镀膜，具体实施方法如下：

步骤一：在单个真空腔内集成多个溅射靶(如12个)，分为多组，每组的溅射靶404位于同一回转式转盘上，每组分别由独立的直流或射频电源驱动。根据功能不同，一组为低功率电源，对核心铁磁层、氧化物势垒层等超薄膜进行原子级精确制备；一组为中功率电源，对缓冲层、钉扎层等超薄膜进行准确、高效制备；一组为高功率电源，对覆盖层、电极等厚度要求不高的薄膜进行快速制备，以实现高精度、高效地镀膜。

步骤二：设计旋转升降台401，样品通过旋转升降台旋转至多组溅射靶的指定位置；同时样品可以匀速转动，以获得更好的薄膜均匀性。

步骤三：根据不同材料的特性，通过溅射电源功率、磁控溅射靶与样品的距离、溅射时的反应气压以及镀膜时间等的精确调控，实现原子级高精度镀膜的同时兼顾磁控溅射高效镀膜的特点。

针对磁控溅射设备与集成互联的具体实施方案如下：

腔体选材采用不锈钢，按照真空规范进行清洗，并进行真空高温除气；密封接口采用金属与胶圈兼容模式；采用多级泵级联的方式获得高真空(10^-6-10^-7Pa)。

2.图5所示多角度离子辐照设备，为实现超薄多层膜磁特性的原子级精度调控，关键技术是三级差分抽气设计与离子束的精准聚焦设计，具体实施方法如下：

三级差分抽气设计：

将离子辐照设备腔室分为三个抽气单元，第一抽气单元为离子源腔室502，第二抽气单元为磁铁腔室、透镜和偏转板区域512，第三抽气单元为辐照样品腔室513，每个抽气单元之间用不同孔径的超高真空法兰隔开，其中第一抽气单元与第二抽气单元之间用带有第一小孔505的超高真空法兰隔开，第二抽气单元与第三抽气单元之间用带有第二小孔511的超高真空法兰隔开，第一小孔505的直径范围为10-30mm、第二小孔511的直径范围为5-20mm。差分系统排气泵的选择方面，离子源腔室502选择机械泵与分子泵级联，在保证真空度的条件下实现离子源起辉，真空范围为10^-1-10^-5Pa；磁铁腔室、透镜和偏转板区域512选择机械泵与分子泵级联，在满足离子束足够能量的条件下实现高真空，真空范围为10-²-10^-7Pa；辐照样品腔室513选择机械泵、分子泵与冷泵三级级联，实现样品辐照室超高真空，真空范围为10^-3-10^-8Pa；

离子束的精准聚焦设计：

步骤一：具有一定能量的离子束506从离子源501射出后，首先通过定义光阑503和中心定位板504进行定位、聚焦，聚焦精度范围为1nm-100mm；；

步骤二：设计离子束偏转磁铁507，使其根据离子的质量进行离子选择，集中成一束所需的离子束；

步骤三：设计透镜509及偏转板510，确保适当的离子束聚焦，最终实现离子束在样品的精确调控。

所述的具有一定能量的离子束的离子能量连续可调，其连续调节精度为1-100eV，调节范围为0-300keV；

所述离子束的角度调节通过设计偏转板510及旋转样品实现，离子束偏转角度调节范围为±90°，样品515在垂直于离子束入射面旋转，旋转范围为0-180°；

3.原位时间分辨磁光克尔测量仪为实现精确探测磁性超薄多层膜的磁性特征，具体实施方法如下：

步骤一：利用可旋转磁铁将样品磁矩拉离易轴方向；

步骤二：通过飞秒脉冲泵浦光诱发样品自旋进动；

步骤三：以不同时间延迟的飞秒脉冲探测光进行极向磁光克尔测量；

针对时间分辨磁光克尔测量仪与整个集成系统互联，本发明通过解决泵浦-探测光路控制和测量系统防震设计两大问题，如图6，实现兼容于真空、振动环境的时间分辨磁光克尔测量，具体实施方案如下：

步骤一：通过反射镜604聚焦光路的设计，调整真空腔内反射镜与样品的间距，获得光波长尺度的聚焦光斑；利用多维度样品调节装置，实现真空腔内样品倾角及位置的精确调节；

步骤二：采用配置隔震台、机械锁固样品和光束斩波锁相测量的方法，抑制测量系统震动，提高测量信号信噪比，降低震动对测量的影响；

4.超高真空互联装置是实现原位时间分辨磁光克尔测量仪、角度离子辐照设备与多组多功率磁控溅射设备互联，完成对多层膜体系中每一核心磁性层的原位表征与实时调控的关键。该部分的具体实施方法如下：

步骤一：设计直径为500mm-2000mm的圆柱腔体进样室301，该进样室是样品从大气进入真空环境的过渡腔体，与多级泵级联，可实现不低于10^-6Pa的真空度；进样室可放置不少于6个样品的样品托。

步骤二：设计直径为150mm-1000mm的真空互联传输段，如图7所示，连接进样室301和终端设备(磁控溅射设备304、离子辐照设备305、时间分辨磁光克尔测量仪306)。不同真空互联传输段可分为主传输段307、308、311和分支传输段309、310，在主传输段和分支传输段相交处设置有过渡腔室312；由于不同设备的腔室内真空度要求不同(如磁控溅射设备腔体真空度为10^-7Pa，离子辐照设备腔体真空度为10^-6Pa)，本发明在不同真空互联传输段安装全金属密封的闸板阀302，通过控制闸板阀的开关可实现不同传输段的互联与隔绝。

步骤三：如图8(a)、图8(b)，设计自由伸缩的传样杆机械臂801，机械臂末端有样品托802，用于支撑样品。机械臂801在主传输段307、308、311及连接设备的分支传输段309、310内各有一个。当样品需要从主传输段传送到分支传输段(或者从分支传输段传送到主传输段)时，主传输段的机械臂托着样品进入过渡腔室312，位于过渡腔室312的样品支架803首先将样品托起，主传输段机械臂撤回，分支传输段机械臂伸入样品托下方，待样品支架将样品放入后分支传输段机械臂的样品托后，由分支传输段机械臂将样品送入对应设备腔室，每个设备也同样配备如样品支架803，用于支撑及固定样品。所述样品在传输段及终端设备内可旋转，旋转角度范围为1°-360°。

本发明一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统的应用方法，具体包括如下步骤：

步骤一：图1(a)-(b)，在超高真空磁控溅射设备中，利用电场使高能离子加速轰击靶材，在衬底上进行薄膜沉积。通过集成不同材料在单一腔室，实现超薄磁性多层膜沉积，通过调节不同溅射阴极的功率实现不同的薄膜沉积精度。

步骤二：图1(c)，通过超高真空互联装置将制备的超薄膜样品传送入磁光克尔测量仪中，基于磁光克尔效应，通过飞秒激光器产生激发及探测光表征磁性超薄多层膜的自旋动力学过程，检测超薄膜界面自旋相关属性。

步骤三：图1(d)，通过离子辐照的方法，对超薄多层膜的离子束穿透区域进行调控，从而有效改善晶格缺陷或晶格匹配，实现对磁性超薄多层膜辐照区域的界面磁特性控制。通过调节离子束入射角度及入射能量提高界面调控的精度。

具体过程见图2流程图。整个过程完全在高真空环境下进行。仪器结构如图3。

Claims (6)

1.一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统，其特征在于：该集成系统主要由多组多功率磁控溅射设备、原位时间分辨磁光克尔测量仪、多角度离子辐照设备，通过超高真空互联装置将上述三组设备进行集成，依次进行超薄多层膜制备、界面表征、调控；

其中，所述的超高真空互联装置包括多个真空腔及多段真空互联传输段，用于将其它设备集成；

其中，所述的多组多功率磁控溅射设备，具体结构为：在单个真空腔内集成有多个溅射靶，分为多组，每组的溅射靶位于同一回转式转盘上，每组分别由独立的直流或射频电源驱动；在该真空腔体内设置有旋转升降台，样品通过旋转升降台旋转至多组溅射靶的指定位置；同时样品可以匀速转动；

其中，所述的多角度离子辐照设备，采用三级差分抽气设计与离子束的精准聚焦设计，具体方案如下：

三级差分抽气设计：将离子辐照设备腔室分为第一抽气单元即离子源腔室，第二抽气单元即磁铁腔室、透镜和偏转板区域，以及第三抽气单元即辐照样品腔室三个抽气单元，每个抽气单元之间用不同孔径的超高真空法兰隔开，其中第一抽气单元与第二抽气单元之间用带有第一小孔的超高真空法兰隔开，第二抽气单元与第三抽气单元之间用带有第二小孔的超高真空法兰隔开；

离子束的精准聚焦设计：在离子源腔室内依次设置有离子源、定义光阑和中心定位板，用于将从离子源射出的离子束进行定位、聚焦；在磁铁腔室、透镜和偏转板区域内依次设置有离子束偏转磁铁、透镜及偏转板；

其中，所述的超高真空互联装置，具体结构包括：

进样室，该进样室是样品从大气进入真空环境的过渡腔体，与多级泵相联，可实现不低于10^-6Pa的真空度；

真空互联传输段，连接进样室和终端设备；不同的真空互联传输段可分为主传输段和分支传输段，在主传输段和分支传输段相交处设置有过渡腔室；在不同真空互联传输段安装全金属密封的闸板阀，通过控制闸板阀的开关可实现不同传输段的互联与隔绝；

可自由伸缩的传样杆机械臂，机械臂末端有样品托，用于支撑样品；机械臂在主传输段及连接设备的分支传输段内各有一个。

2.根据权利要求1所述的一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统，其特征在于：所述的独立的直流或射频电源，根据功能不同，一组为低功率电源，对核心铁磁层、氧化物势垒层等超薄膜进行原子级精确制备；一组为中功率电源，对缓冲层、钉扎层等超薄膜进行准确、高效制备；一组为高功率电源，对覆盖层、电极等厚度要求不高的薄膜进行快速制备，以实现高精度、高效地镀膜。

3.根据权利要求1所述的一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统，其特征在于：所述的第一小孔的直径范围为10-30mm、第二小孔的直径范围为5-20mm。

4.根据权利要求1所述的一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统，其特征在于：所述的三级差分抽气，排气泵的选择方面，离子源腔室选择机械泵与分子泵级联，在保证真空度的条件下实现离子源起辉，真空范围为10^-1-10^-5Pa；磁铁腔室、透镜和偏转板区域选择机械泵与分子泵级联，在满足离子束足够能量的条件下实现高真空，真空范围为10^-2-10^-7Pa；辐照样品腔室选择机械泵、分子泵与冷泵三级级联，实现样品辐照室超高真空，真空范围为10^-3-10^-8Pa。

5.根据权利要求1所述的一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统，其特征在于：所述的离子束偏转磁铁是根据离子的质量进行离子选择，集中成一束所需的离子束；透镜及偏转板，确保适当的离子束聚焦，最终实现离子束在样品表面的精确调控，扫描范围为以离子束垂直入射点为圆心，直径为0-200mm的圆形范围，扫描精度小于0.1mm。

6.如权利要求1所述的一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统的应用方法，具体包括如下步骤：

步骤一：在超高真空磁控溅射设备中，利用电场使高能离子加速轰击靶材，在衬底上进行薄膜沉积；通过集成不同材料在单一腔室，实现超薄磁性多层膜沉积，通过调节不同溅射阴极的功率实现不同的薄膜沉积精度；

步骤二：通过超高真空互联装置将制备的超薄膜样品传送入磁光克尔测量仪中，基于磁光克尔效应，通过飞秒激光器产生激发及探测光表征磁性超薄多层膜的自旋动力学过程，检测超薄膜界面自旋相关属性；

步骤三：通过离子辐照的方法，对超薄多层膜的离子束穿透区域进行调控，从而有效改善晶格缺陷或晶格匹配，实现对磁性超薄多层膜辐照区域的界面磁特性控制；通过调节离子束入射角度及入射能量提高界面调控的精度。