CN109355621B - 一种配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置和方法，其中，所述合成装置中设置了可移动的基片架，并在基片架和靶材之间设置了用于遮挡掩膜部分区域的挡板，在合成薄膜的过程中，利用挡板掩盖部分掩膜孔并移动基片架，调整基片架与靶材的相对位置和移动速度，从而调整辉羽中心在每个掩膜孔中停留的时间，不仅可以控制每个掩膜孔对应复合薄膜样品的厚度，克服了高通量PLD镀膜不均匀的缺陷，还可以通过控制每个掩膜孔在沉积不同材料时，辉羽中心停留的时间比，调整每个掩膜孔对应的基片样品中沉积的不同材料之间的配比，从而实现配比可控。
Description
技术领域
本发明涉及材料学领域的在基片上同时合成不同组分配比的复合薄膜的装置和方法，具体涉及一种配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置及方法。
背景技术
目前材料领域的一个研究热点就是高通量复合材料合成，即每次实验可以制备大量的材料组分不一样的样品，这样样品制备的效率可以大大提高。同时由于这些样品规则分布，可以自动扫描测试，从而测试的效率也大大提高。材料研究者通过这样大量的材料制备及自动化测试，从而寻找最佳的材料配方、迅速优化材料性能以及发现新型材料。
脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,PLD)，就是将高能激光聚焦于靶材上一个较小的面积，利用激光的高能量密度将部分靶材料蒸发甚至电离，使其能够脱离靶材而向基底运动，进而在基底上沉积，从而形成薄膜的一种方式。在众多的薄膜制备方法中，脉冲激光沉积技术的应用较为广泛，可用来制备金属、半导体、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物及硫化物等各种材料的薄膜，甚至还用来制备一些难以合成的材料薄膜，如金刚石、立方氮化物膜等。
目前利用PLD高通量合成复合薄膜材料的手段主要有两种：一是组合方法，Xiang等(Xiang,et al.,Science 268:1738(1995))在美国劳伦斯伯克利国家实验室通过一种新的组合材料的方法制备出了具有超导性能的复合材料。利用该方法制备薄膜的过程中，沉积的薄膜被掩膜分成一系列的小样品，对应不同的靶材使用不同的分立掩膜板，使不同的源材料在基底上沉积的位置和含量不一样，从而在通过热退火后，沉积在基底上不同位置的薄膜的化学组分就各不相同，最后对基底上的薄膜进行自动扫描测试得到不同组分薄膜的材料参数，这一方法大大提高了材料合成和测试速度，降低了材料研发的成本。这种方法最大的问题是制备的样品比较小，带来测试的困难和误差。由于PLD辉羽具有很强的方向性，其制备的薄膜集中于辉羽中心生长，一般制备的样品尺寸为10mm×10mm，如果样品尺寸过大就会出现制备薄膜材料的厚度不均匀性的问题。如果10mm×10mm的样品通过掩膜版分成100个小样品，那每个样品就一般只有0.5mm×0.5mm大小，这样的样品对于很多测试(譬如四点探测电学性能测试、XRF材料成分测试等)都有很大的困难。
第二种方法是多元脉冲激光沉积法。申请号为201510046669.9中国发明专利公开了一种用于批量合成复合材料的多元脉冲激光沉积系统和方法，此多元脉冲激光沉积的设备可一次性批量制备100种不同材料配方或不同工艺的材料，并可同时对多达100种材料样品进行快速自动化测试和筛选，解决了组合方法制备复合薄膜的缺陷，但是这个方法最大的问题就是制备的材料组分配比不可控。另外此方法仍然存在制备的薄膜厚度不均匀问题，在一些性能对于厚度敏感的材料，比如用纳米压痕测量薄膜的硬度时，由于薄膜不均匀，在薄膜比较薄的地方，可能测出来的是基底的硬度，会给实验结果带来一些误差，从而让批量制备的材料不具有互相可比性。
因此，现有技术有待改进。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置及方法，旨在克服现有高通量复合薄膜合成装置及方法得到的薄膜样品厚度不均匀、且组分配比不可以控的缺点。
本发明的技术方案如下：
一种配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其中，包括：用于发射激光束的高能激光器，真空腔，设置在真空腔内的靶材架，设置在真空腔内、可沿X轴和Y轴双向移动的基片架，基片架驱动机构，固定在靶材架上的靶材，固定在基片架上的基片，掩膜和挡板，
所述真空腔上设有石英窗口；
所述高能激光器发出的激光束通过石英窗口入射到靶材上；
所述掩膜覆盖在基片的表面，靶材和掩膜相对设置；
所述挡板位于掩膜和靶材之间、用于遮挡掩膜的部分或全部掩膜孔；
所述基片架用于沿着Y轴方向移动以将所述掩膜孔逐排露出于所述挡板，并沿着X轴方向移动以将每一排的各个掩膜孔分别与辉羽中心相对；
所述基片架用于沿着X轴方向移动以将所述掩膜孔逐列露出于所述挡板，并沿着Y轴方向移动以将每一列的各个掩膜孔分别与辉羽中心相对。
所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其中，所述基片架驱动装置包括固定支撑板，连接在固定支撑板上、沿X轴移动的滑板，滑板驱动机构，连接在滑板上、沿Y轴方向移动的滑块，滑块驱动机构，所述滑块与基片架固定连接。
所述的配比可控的大面积高通量符合薄膜合成装置，其中，所滑板驱动机构包括X轴电机，与X轴电机输出轴固接的X轴丝杆，螺纹连接在X轴丝杆外周的X轴丝杆螺母，与X轴丝杆的端部固定连接的X轴丝杆支撑座，
所述X轴电机和X轴丝杆螺母固定连接在固定支撑板上，所述X轴丝杆固定座与滑板固定连接，带动滑板在固定支撑板上沿X轴方向移动，从而带动滑块及基片架沿X轴方向移动；
所述滑块驱动机构包括Y轴电机，与Y轴电机输出轴连接的Y轴丝杆，螺纹连接在Y轴丝杆外周的Y轴丝杆螺母，与Y轴丝杆的端部固定连接的Y轴丝杆支撑座，
所述Y轴电机和Y轴丝杆螺母固定连接在滑板上，所述Y轴丝杆固定座与滑块固定连接，带动滑块在沿Y轴滑动，从而带动基片架沿Y轴方向移动。
所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其中，所述挡板上设有可使一排或一列掩膜孔露出的条形孔。
所述的配比可控的大面积高通量符合薄膜合成装置，其中，所述挡板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板上设有长度方向与X轴平排的横向条形孔，所述第二挡板上设有长度方向与Y轴平排的竖向条形孔。
所述的配比可控的大面积高通量符合薄膜合成装置，其中，还包括第一挡板驱动机构和第二挡板驱动机构，所述第一挡板驱动机构驱动第一挡板移动覆盖在掩膜表面或退回至掩膜外周区域，所述第二挡板驱动机构驱动第二挡板移动覆盖在掩膜表面或退回至掩膜外周区域。
所述的配比可控的大面积高通量符合薄膜合成装置，其中，所述真空腔上设有第一法兰和第二法兰，所述第一挡板驱动机构包括位于真空腔外部的第一电机，第二挡板驱动机构包括位于真空腔外部的第二电机，第一电机的推杆和第二电机的推杆分别穿过第一法兰和第二法兰、与真空腔内的第一挡板和第二挡板固定连接。
本发明还提供一种利用上述装置合成配比可控的高通量复合薄膜的方法，包括以下步骤：
S1、沿着Y轴方向逐排沉积至少一层第一源材料，其中，沉积每一层第一源材料时：
沿着Y轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第1排露出于所述挡板之外，然后沿着X轴方向移动所述基片架，使得该第1排的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；
沿着Y轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第2排露出于所述挡板之外，然后沿着X轴方向移动所述基片架，使得该第2排的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；直至每一排的各个掩膜孔依次与所述辉羽中心相对；
S2、沿着X轴方向逐列沉积至少一层第二源材料，其中，沉积每一层第二源材料时：
沿着X轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第1列露出于所述挡板之外，然后沿着Y轴方向移动所述基片架，使得该第1列的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；
沿着X轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第2列露出于所述挡板之外，然后沿着Y轴方向移动所述基片架，使得该第2列的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；直至每一列的各个掩膜孔依次与所述辉羽中心相对。
所述的合成配比可控的高通量复合薄膜的方法，其中，所述步骤S1中，每次沿X轴方向移动的速度各不相同。
所述的合成配比可控的高通量复合薄膜的方法，其中，所述步骤S2中，每次沿Y轴方向移动的速度各不相同。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种高通量复合薄膜的合成装置和方法，其中，所述合成装置中设置了可移动的基片架，并在基片架和靶材之间设置了用于遮挡掩膜部分区域的挡板，在合成薄膜的过程中，利用挡板掩盖部分掩膜孔并移动基片架，调整基片架与靶材的相对位置和移动速度，从而调整辉羽中心在每个掩膜孔中停留的时间，不仅可以控制每个掩膜孔对应复合薄膜样品的厚度，克服了高通量PLD镀膜不均匀的缺陷，还可以通过控制每个掩膜孔在沉积不同材料时，辉羽中心停留的时间比，调整每个掩膜孔对应的基片样品中沉积的不同材料之间的配比，从而实现配比可控。
另外，由于基片架是可移动的，可以实现在大面积基片上合成高通量复合膜，样品面积大，易于测量。
附图说明
图1为本发明实施例所述配比可控的面积高通量复合薄膜合成装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中所述基片架驱动机构的仰视示意图。
图3为本发明实施例中所述第一挡板和第二挡板的俯视示意图。
图4为本发明实施例中所述第一挡板与掩膜之间的配合示意图。
图5为本发明实施例中所述第二挡板与掩膜之间的配合示意图。
图6为本发明实施例中所述沉积材料A的步骤流程图。
图7为本发明实施例中所述掩膜与挡板在沉积材料A的过程中的相对位置示意图。
图8为本发明实施例中所述沉积材料C的步骤流程图。
图9为本发明实施例中所述掩膜与挡板在沉积材料D的过程中的相对位置示意图。图10为本发明实施例中合成的包括源材料A、B、C、D的复合薄膜的组分配比示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进排描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1-5所示，本实施例涉及一种配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，包括用于发射激光束110的高能激光器100，真空腔200，设置在真空腔200内的靶材架300，设置在真空腔200内、可沿X轴和Y轴双向移动的基片架400，基片架驱动机构，固定在靶材架300上的靶材310，固定在基片架400上的基片410和掩膜420，和挡板500，其中，
所述真空腔200上设有石英窗口210；
所述高能激光器100发出的激光束110通过石英窗口210入射到靶材上；
所述掩膜420覆盖在基片410的表面，靶材310和掩膜420相对设置；
所述挡板500位于掩膜420和靶材310之间、用于遮挡掩膜420的部分或全部掩膜孔；
所述基片架400用于沿着Y轴方向移动以将所述掩膜孔逐排露出于所述挡板500，并沿着X轴方向移动以将每一排的各个掩膜孔分别与激光辉羽中心111相对；
所述基片架400用于沿着X轴方向移动以将所述掩膜孔逐列露出于所述挡板500，并沿着Y轴方向移动以将每一列的各个掩膜孔分别与激光辉羽中心111相对。
采用本实施例所述的装置合成薄膜的过程中，利用挡板500掩盖部分掩膜孔并缓慢移动基片架400，调整基片架400与靶材310的相对位置和移动速度，从而调整激光辉羽111的中心在每个掩膜孔中停留的时间，不仅可以控制每个掩膜孔对应复合薄膜样品的厚度，克服高通量PLD镀膜不均匀的缺陷，还可以通过调整每个掩膜孔在沉积不同材料时，辉羽111的中心停留的时间比，调整每个掩膜孔对应的基片样品中沉积的不同材料之间的配比，从而实现配比可控。另外，由于基片架400是可移动的，可以实现在大面积基片410上合成高通量复合膜，样品面积大，易于测量。
如图2所示，所述基片架驱动机构包括固定支撑板810，连接在固定支撑板810上、沿X轴移动的滑板820，滑板驱动机构，连接在滑板820上、沿Y轴方向移动的滑块850，滑块驱动机构，所述滑块850与基片架400固定连接。实际应用中，所示固定支撑板810上设置线轨滑槽811，滑板820上对应设置有配合在线轨滑槽中滑动的线轨(图中未显示)，所述滑板820上设有滑块槽821，所述滑块850配合连接在滑块槽821中并可Y轴滑动。
具体的，所滑板驱动机构包括X轴电机831，与X轴电机831输出轴固接的X轴丝杆832，螺纹连接在X轴丝杆832外周的X轴丝杆螺母833，与X轴丝杆832的端部固定连接的X轴丝杆支撑座834，所述X轴电机831和X轴丝杆螺母833固定连接在固定支撑板810上，所述X轴丝杆固定座834与滑板820固定连接，带动滑板820在固定支撑板810上沿X轴方向移动，从而带动滑块850及基片架400沿X轴方向移动所述滑块驱动机构包括Y轴电机841，与Y轴电机841输出轴固连的Y轴丝杆842，螺纹连接在Y轴丝杆842外周的Y轴丝杆螺母843，与Y轴丝杆842的端部固定连接的Y轴丝杆支撑座844，所述Y轴电机841和Y轴丝杆螺母843固定连接在滑板820上，所述Y轴丝杆固定座844与滑块850固定连接，带动滑块850在沿Y轴滑动，从而带动基片架400沿Y轴方向移动。
所述挡板500可以为一个完成的平面板，也可以在挡板500上设置可使一排或一列掩膜孔露出的条形孔。当挡板500上设置条形孔时，在使用时，通过调整基片架400的位置，使得掩膜板420上的一排或一列掩膜孔与挡板500上的条形孔相对应，其余区域的掩膜孔被挡板500遮挡，并在基片架沿着与条形孔长边平行的方向按一定的速度移动，完成其中一排或一列的源材料沉积，然后调整基片架400的位置，使掩膜板420上的另一排或一列掩膜孔与挡板500上的条形孔相对应，其余区域的掩膜孔被挡板500遮挡，从而进行另一排或一列的源材料沉积，即本实施例可以对每一排或每一列掩膜孔对应的薄膜样品进行分次沉积，通过控制基片架400在每一排或每一列薄膜样品沉积过程中的位置和移动速度(即辉羽中心在该排或该列掩膜孔中的停留时间)，可以使源材料在每一排或每一列掩膜孔对应的样品薄膜中具有不同的沉积量，在进行多种源材料沉积后，可以实现每一个掩膜孔对应样品薄膜中沉积的源材料配比与其它掩膜孔的配比不同，而且通过移动速度比可以准确计算出每一个掩膜孔对应薄膜样品的组分配比。
优选的，如图3-5所示，所述挡板500包括第一挡板510和第二挡板520，所述第一挡板510上设有长度方向与X轴平排的横向条形孔511，所述第二挡板520上设有长度方向与Y轴平排的竖向条形孔521。进一步的，本实施例所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置还包括第一挡板驱动机构和第二挡板驱动机构，所述第一挡板驱动机构驱动第一挡板510移动覆盖在掩膜420表面或退回至掩膜520外周区域，所述第二挡板驱动机构驱动第二挡板520移动覆盖在掩膜420表面或退回至掩膜420外周区域。使用时，可以根据需要，在沉积不同的源材料时，驱动不同的挡板(第一挡板510或第二挡板520)移动至掩膜420的表面，用于遮挡掩膜孔，图3所示为第一挡板510位于掩膜420表面、第二挡板520位于掩膜420外周区域时的示意图。
本实施例中，所述真空腔200上设有第一法兰220和第二法兰230，所述第一挡板驱动机构包括位于真空腔200外部的第一电机610，第二挡板驱动机构包括位于真空腔200外部的第二电机620，第一电机610的推杆和第二电机620的推杆分别穿过第一法兰220和第二法兰230、与真空腔内的第一挡板510和第二挡板520固定连接。第一电机610和第二电机620设置在真空腔外部，操作或控制更加方便。
为了便于激光束的路径，本实施例所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置还包括用于调整激光束路径的光学镜片组700。所述光学镜片组700位于高能激光器100和石英窗口210之间，使得高能激光器100发射出的激光束110经过光学镜片组700和石英窗口210后，可以入射在靶材310的表面。
本实施例还提供一种配比可控的高通量复合薄膜的合成方法，包括以下步骤：
S1、沿着Y轴方向逐排沉积至少一层第一源材料，其中，沉积每一层第一源材料时：
沿着Y轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第1排露出于所述挡板之外，然后沿着X轴方向移动所述基片架，使得该第1排的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；
沿着Y轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第2排露出于所述挡板之外，然后沿着X轴方向移动所述基片架，使得该第2排的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；直至每一排的各个掩膜孔依次与所述辉羽中心相对；
S2、沿着X轴方向逐列沉积至少一层第二源材料，其中，沉积每一层第二源材料时：
沿着X轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第1列露出于所述挡板之外，然后沿着Y轴方向移动所述基片架，使得该第1排列的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；
沿着X轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第2排列露出于所述挡板之外，然后沿着Y轴方向移动所述基片架，使得该第2排列的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；直至每一排列的各个掩膜孔依次与所述辉羽中心相对。
以下以合成包括四种源材料A、B、C、D的复合薄膜为例，进行详细说明：
S1、沿着Y轴方向逐排沉积一层源材料A和一层源材料B，其中，如图6-7所示，逐排沉积一层源材料A的步骤如下：
将靶材设置为源材料，调整基片架400和挡板500的位置，使基片架被挡板遮挡，启动高能激光器；沿Y轴移动基片架400，使第一排掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第一排右端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿X轴第一次移动至第一排左端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料A在第一排的沉积；沿Y轴移动基片架400，使第二排掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第二排左端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿X轴第二次移动至第二排右端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料A在第二排的沉积；沿Y轴移动基片架400，使第三排掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第三排掩膜孔右端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿X轴第三次移动至第三排左端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料A在第三排的沉积……如此循环，直至完成源材料A在第十排的沉积。
其中，所述基片架400沿X轴的十次移动的速度各不相同，从而使得源材料A在十排掩膜孔所对应的薄膜样品中的沉积量各不相同。
逐排沉积一层源材料B的步骤如下：
将靶材设置为源材料，调整基片架400和挡板500的位置，使基片架400被挡板500遮挡，启动高能激光器；沿Y轴移动基片架400，使第一排掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第一排右端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿X轴第一次移动至第一排左端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料B在第一排的沉积；沿Y轴移动基片架400，使第二排掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第二排左端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿X轴第二次移动至第二排右端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料B在第二排的沉积；沿Y轴移动基片架400，使第三排掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第三排掩膜孔右端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿X轴第三次移动至第三排左端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料B在第三排的沉积……如此循环，直至完成源材料B在第十排的沉积。
其中，所述基片架400沿X轴的十次移动的速度各不相同，从而使得源材料B在十排掩膜孔所对应的薄膜样品中的沉积量各不相同。
由上可知，源材料A和源材料B均是逐排生长的，这样就可以自上而下生长出不同比例的源材料A和源材料B，通过控制每一排薄膜样品的生长时间，就可以合成源材料A和源材料B的比例分别为10:1，9:2，8:3……2:9，1:10的十排薄膜样品。
S2、沿着X轴方向逐列沉积至少一层源材料C和一层源材料D，其中，逐列沉积一层源材料C步骤如下：
将靶材设置为源材料C，调整基片架400和挡板500的位置，使基片架400被挡板500遮挡，启动高能激光器；沿X轴移动基片架400，使第一列掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第一列后端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿Y轴第一次移动至第一列前端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料C在第一列的沉积；沿X轴移动基片架400，使第二列掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第二列前端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿Y轴第二次移动至第二列后端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料C在第二列的沉积；沿X轴移动基片架400，使第三列掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第三列掩膜孔后端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿Y轴第三次移动至第三列前端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料C在第三列的沉积……如此循环，直至完成源材料C在第十列的沉积。
其中，所述基片架400沿Y轴的十次移动的速度各不相同，从而使得源材料C在十列掩膜孔所对应的薄膜样品中的沉积量各不相同。
逐列沉积一层源材料D的具体步骤包括：
将靶材设置为源材料D，调整基片架400和挡板500的位置，使基片架400被挡板500遮挡，启动高能激光器；沿X轴移动基片架400，使第一列掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第一列后端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿Y轴第一次移动至第一列前端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料D在第一列的沉积；沿X轴移动基片架400，使第二列掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第二列前端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿Y轴第二次移动至第二列后端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料D在第二列的沉积；沿X轴移动基片架400，使第三列掩膜孔露出于所述挡板500，且位于第三列掩膜孔后端端部的掩膜孔正对辉羽中心；将基片架400沿Y轴第三次移动至第三列前端端部的掩膜孔正对辉羽中心，完成源材料D在第三列的沉积……如此循环，直至完成源材料D在第十列的沉积。
其中，所述基片架400沿Y轴的十次移动的速度各不相同，从而使得源材料D在十列掩膜孔所对应的薄膜样品中的沉积量各不相同。
由上可知，源材料C和源材料D均是逐列生长的，这样就可以自左向右生长出不同比例的源材料C和源材料D，通过控制每一排薄膜样品的生长时间，就可以合成源材料C和源材料D的比例分别为10:1，9:2，8:3……2:9，1:10的十列薄膜样品。
综上所述，当完成源材料A、B、C、D四种靶材的沉积后，得到的薄膜样品中，每一排薄膜样品中的源材料A和源材料B的配比各不相同，而每一列薄膜样品中的源材料C和源材料D的配比各不相同，因此，可以得到100个组分配比各不相同的薄膜样品，这100薄膜样品的组分配比如图10所示。
需要说明的是，需要说明的是，本实施例只是本发明方法中的一个例子，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其特征在于，包括：用于发射激光束的高能激光器，真空腔，设置在真空腔内的靶材架，设置在真空腔内、可沿X轴和Y轴双向移动的基片架，基片架驱动机构，固定在靶材架上的靶材，固定在基片架上的基片，掩膜和挡板，
所述真空腔上设有石英窗口；
所述高能激光器发出的激光束通过石英窗口入射到靶材上；
所述掩膜覆盖在基片的表面，靶材和掩膜相对设置；
所述挡板位于掩膜和靶材之间、用于遮挡掩膜的部分或全部掩膜孔；
所述基片架用于沿着Y轴方向移动以将所述掩膜孔逐排露出于所述挡板，并沿着X轴方向移动以将每一排的各个掩膜孔分别与辉羽中心相对；
所述基片架用于沿着X轴方向移动以将所述掩膜孔逐列露出于所述挡板，并沿着Y轴方向移动以将每一列的各个掩膜孔分别与辉羽中心相对。
2.根据权利要求1所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其特征在于，所述基片架驱动机构包括固定支撑板，连接在固定支撑板上、沿X轴移动的滑板，滑板驱动机构，连接在滑板上、沿Y轴方向移动的滑块，滑块驱动机构，所述滑块与基片架固定连接。
3.根据权利要求2所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其特征在于，所滑板驱动机构包括X轴电机，与X轴电机输出轴固接的X轴丝杆，螺纹连接在X轴丝杆外周的X轴丝杆螺母，与X轴丝杆的端部固定连接的X轴丝杆支撑座，
所述X轴电机和X轴丝杆螺母固定连接在固定支撑板上，所述X轴丝杆固定座与滑板固定连接，带动滑板在固定支撑板上沿X轴方向移动，从而带动滑块及基片架沿X轴方向移动；
所述滑块驱动机构包括Y轴电机，与Y轴电机输出轴固连的Y轴丝杆，螺纹连接在Y轴丝杆外周的Y轴丝杆螺母，与Y轴丝杆的端部固定连接的Y轴丝杆支撑座，
所述Y轴电机和Y轴丝杆螺母固定连接在滑板上，所述Y轴丝杆固定座与滑块固定连接，带动滑块在沿Y轴滑动，从而带动基片架沿Y轴方向移动。
4.根据权利要求3所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其特征在于，所述挡板上设有可使一排或一列掩膜孔露出的条形孔。
5.根据权利要求3所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其特征在于，所述挡板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板上设有长度方向与X轴平行的横向条形孔，所述第二挡板上设有长度方向与Y轴平行的竖向条形孔。
6.根据权利要求5所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其特征在于，还包括第一挡板驱动机构和第二挡板驱动机构，所述第一挡板驱动机构驱动第一挡板移动覆盖在掩膜表面或退回至掩膜外周区域，所述第二挡板驱动机构驱动第二挡板移动覆盖在掩膜表面或退回至掩膜外周区域。
7.根据权利要求6所述的配比可控的大面积高通量复合薄膜合成装置，其特征在于，所述真空腔上设有第一法兰和第二法兰，所述第一挡板驱动机构包括位于真空腔外部的第一电机，第二挡板驱动机构包括位于真空腔外部的第二电机，第一电机的推杆和第二电机的推杆分别穿过第一法兰和第二法兰、与真空腔内的第一挡板和第二挡板固定连接。
8.一种利用权利要求1-3中任一项所述装置合成配比可控的高通量复合薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、沿着Y轴方向逐排沉积至少一层第一源材料，其中，沉积每一层第一源材料时：
沿着Y轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第1排露出于所述挡板之外，然后沿着X轴方向移动所述基片架，使得该第1排的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；
沿着Y轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第2排露出于所述挡板之外，然后沿着X轴方向移动所述基片架，使得该第2排的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；直至每一排的各个掩膜孔依次与所述辉羽中心相对；
S2、沿着X轴方向逐列沉积至少一层第二源材料，其中，沉积每一层第二源材料时：
沿着X轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第1列露出于所述挡板之外，然后沿着Y轴方向移动所述基片架，使得该第1列的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；
沿着X轴方向移动基片架，使得所述掩膜孔第2列露出于所述挡板之外，然后沿着Y轴方向移动所述基片架，使得该第2列的每一掩膜孔依次与辉羽中心相对；直至每一列的各个掩膜孔依次与所述辉羽中心相对。
9.根据权利要求8所述的合成配比可控的高通量复合薄膜的方法，其特征在于，步骤S1中，每次沿X轴方向移动的速度各不相同。
10.根据权利要求9所述的合成配比可控的高通量复合薄膜的方法，其特征在于，步骤S2中，每次沿Y轴方向移动的速度各不相同。
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| 网格掩膜技术消除激光脉冲沉积中的大颗粒;范俊;;苏州大学学报(自然科学版)(第03期);全文 * |
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