CN110487609A - 超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，快速进样室包括第一传样杆、高真空腔体部、第一超高真空插板阀，所述第一传样杆与所述高真空腔体部法兰刀口密封连接，电极生长室包括超高真空腔体部、第一真空获得系统、第一真空测量系统，所述快速进样室的第一超高真空插板阀与所述电极生长室的超高真空腔体部法兰刀口密封连接。本发明公开的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，可以对生长好的薄膜样品进行特殊形状的刻蚀加工并原位生长电极获得用于测量材料输运特性的特殊样品。
Description
技术领域
本发明属于样品制备技术领域，具体涉及一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统。
背景技术
在材料科学和凝聚态物理研究中，输运特性是材料的重要性质。虽然目前薄膜制备技术的发展已经相对比较成熟，但由于输运测量的特殊性，需要在特殊形状样品表面指定位置生长电极，因此并没有专门生产用于测试材料输运特性的薄膜样品的设备，样品制备困难给材料输运特性的研究带来很大困扰，而超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统可以对生长好的薄膜样品进行特殊形状的刻蚀加工并原位生长电极获得用于测量材料输运特性的特殊样品，解决输运测量样品制备困难的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其可以对生长好的薄膜样品进行特殊形状的刻蚀加工并原位生长电极获得用于测量材料输运特性的特殊样品。
本发明的主要目的在于提供一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其把薄膜样品及掩膜版装入进样室内的样品储藏架，利用传样杆转移到电极生长室内的电极制备机构上。
本发明的主要目的在于提供一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其利用电极制备机构的位置调节机构将其调整到生长位置，同时也是观测系统的中心位置。
为达到以上目的，本发明提供一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，包括：
快速进样室，所述快速进样室包括第一传样杆、高真空腔体部、第一超高真空插板阀，所述第一传样杆与所述高真空腔体部刀口法兰密封连接；
电极生长室，所述电极生长室包括超高真空腔体部、第一真空获得系统、第一真空测量系统，所述快速进样室的第一超高真空插板阀与所述电极生长室的超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述超高真空腔体部远离所述第一超高真空插板阀的一端与所述第一真空获得系统刀口法兰密封连接，所述第一真空测量系统安装于所述超高真空腔体部的侧端并且与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述第一真空获得系统用于获得真空状态；
支架系统和电控系统，所述快速进样室和所述电极生长室固定安装于所述支架系统的上端，所述电控系统位于所述支架系统的侧端，所述电控系统包括控制电源。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述快速进样室还包括第二真空获得系统、第二真空测量系统、快开门、第二超高真空插板阀，所述第二超高真空插板阀位于所述高真空腔体部的下端并且与所述高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述第二真空获得系统位于所述第二超高真空插板阀的下端并与所述第二超高真空插板阀刀口法兰密封连接，所述第二真空测量系统位于所述高真空腔体部的侧端并且与所述高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述快开门位于所述高真空腔体部的上端并且通过橡胶圈与所述高真空腔体密封连接。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述电极生长室还包括电极制备机构，所述电极制备机构部分内置于所述超高真空腔体部，所述电极制备机构与所述超高真空腔体部通过刀口法兰密封连接，所述电极制备机构包括精密二维掩膜版驱动机构、样品固定台、掩膜版、电极制备机构位置调节机构。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述电极生长室还包括观测系统，所述观测系统包括第一长焦显微镜、第二长焦显微镜、反光镜、反光镜位置调节机构，其中：
所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜分别位于所述超高真空腔体部的侧端，所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜用于观测；
所述反光镜内置于所述超高真空腔体部并且位于所述电极制备机构的下端，所述反光镜位置调节机构安装于所述超高真空腔体部的侧端并且与所述反光镜刀口法兰密封连接，所述反光镜位置调节机构用于调节所述反光镜的位置。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述观测系统还包括观察窗、观察窗挡板和观察窗挡板驱动机构，所述观察窗位于所述超高真空腔体部的侧端并且部分内置于所述超高真空腔体部，所述观察窗挡板内置于所述超高真空腔体部，所述观察窗挡板驱动机构贯穿于所述超高真空腔体部的上端并且驱动所述观察窗挡板的开闭。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜设有微调机构。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述电极生长室还包括样品储藏传递系统，所述样品储藏传递系统包括第二传样杆、样品储藏架、样品储藏架位置调节机构，所述样品储藏架内置于所述超高真空腔体部，所述样品储藏架设有防护外罩，用于防止污染储存的样品，所述第二传样杆位于所述超高真空腔体部侧端并且位于所述第一长焦显微镜上端，所述样品储藏架位置调节机构用于调节所述样品储藏架的位置。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述电极生长室还包括电极生长系统，所述电极生长系统位于所述超高真空腔体部的下端并且与超高真空腔体部刀口法兰密封连接。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述电极生长系统包括蒸发源，所述蒸发源包括高温热蒸发源、电子束轰击蒸发源。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述薄膜刻蚀系统位于所述超高真空腔体部的下端并且与超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述薄膜刻蚀系统包括氩离子枪、气路和阀门。
附图说明
图1是本发明的超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统的结构示意图。
图2是本发明的超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统的结构示意图。
图3是本发明的超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统的结构示意图。
图4是本发明的超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统的结构示意图。
附图标记包括：100、快速进样室；101、第一传样杆；102、高真空腔体部；103、第一超高真空插板阀；104、第二真空获得系统；105、第二真空测量系统；106、快开门；107、第二超高真空插板阀；200、电极生长室；201、超高真空腔体部；202、第一真空获得系统；203、第一真空测量系统；210、电极制备机构；221、第一长焦显微镜；222、第二长焦显微镜；224、反光镜位置调节机构；231、观察窗；232、观察窗挡板；233、观察窗挡板驱动机构；241、第二传样杆；243、样品储藏架位置调节机构；250、电极生长系统；260、薄膜刻蚀系统；300、支架系统；400电控系统。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参见附图的图1，图1是本发明的超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统的结构示意图，图2是本发明的超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统的结构示意图，图3是本发明的超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统的结构示意图，图4是本发明的超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统的结构示意图。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的氩离子枪、蒸发源等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，包括：
快速进样室100，所述快速进样室100包括第一传样杆101、高真空腔体部102、第一超高真空插板阀103，所述第一传样杆101与所述高真空腔体部102刀口法兰密封连接；
电极生长室200，所述电极生长室200包括超高真空腔体部201、第一真空获得系统202、第一真空测量系统203，所述快速进样室100的第一超高真空插板阀103与所述电极生长室200的超高真空腔体部201刀口法兰密封连接，所述超高真空腔体部201远离所述第一超高真空插板阀103的一端与所述第一真空获得系统202刀口法兰密封连接，所述第一真空测量系统203安装于所述超高真空腔体部201的侧端并且与所述超高真空腔体部201刀口法兰密封连接，所述第一真空获得系统202用于获得真空状态；
支架系统300和电控系统400，所述快速进样室100和所述电极生长室200固定安装于所述支架系统300的上端，所述电控系统400位于所述支架系统的侧端，所述电控系统包括控制电源。
具体的是，所述快速进样室100还包括第二真空获得系统104、第二真空测量系统105、快开门106、第二超高真空插板阀107，所述第二超高真空插板阀107位于所述高真空腔体部102的下端并且与所述高真空腔体部102刀口法兰密封连接，所述第二真空获得系统104位于所述第二超高真空插板阀107的下端并与所述第二超高真空插板阀107刀口法兰密封连接，所述第二真空测量系统105位于所述高真空腔体部102的侧端并且与所述高真空腔体部102刀口法兰密封连接，所述快开门106位于所述高真空腔体部102的上端并且与所述高真空腔体部102可拆卸连接。
更具体的是，所述电极生长室200还包括电极制备机构210，所述电极制备机构210部分内置于所述超高真空腔体部201，所述电极制备机构210与所述超高真空腔体部201通过刀口法兰密封连接，所述电极制备机构210包括精密二维掩膜版驱动机构、样品固定台、掩膜版、电极制备机构位置调节机构。
进一步的是，所述电极生长室200还包括观测系统，所述观测系统包括第一长焦显微镜221、第二长焦显微镜222、反光镜(未标出)、反光镜位置调节机构224，其中：
所述第一长焦显微镜221和所述第二长焦显微镜222分别位于所述超高真空腔体部201的侧端，所述第一长焦显微镜221和所述第二长焦显微镜222用于观测；
所述反光镜内置于所述超高真空腔体部201并且位于所述电极制备机构210的下端，所述反光镜位置调节机构224安装于所述超高真空腔体部201的侧端并且与所述反光镜刀口法兰密封连接，所述反光镜位置调节机构224用于调节所述反光镜的位置。
更进一步的是，所述观测系统还包括观察窗231、观察窗挡板232和观察窗挡板驱动机构233，所述观察窗231位于所述超高真空腔体部201的侧端并且部分内置于所述超高真空腔体部201，所述观察窗挡板232内置于所述超高真空腔体部201，所述观察窗挡板驱动机构233贯穿于所述超高真空腔体部201的上端并且驱动所述观察窗挡板232的开闭。
优选地，所述第一长焦显微镜221和所述第二长焦显微镜222设有微调机构。
值得一提的是，所述电极生长室200还包括样品储藏传递系统，所述样品储藏传递系统包括第二传样杆241、样品储藏架、样品储藏架位置调节机构243，所述样品储藏架内置于所述超高真空腔体部201，所述样品储藏架设有防护外罩，用于防止污染储存的样品，所述第二传样杆241位于所述超高真空腔体部201侧端并且位于所述第一长焦显微镜221上端，所述样品储藏架位置调节机构243用于调节所述样品储藏架的位置。
优选地，所述电极生长室200还包括电极生长系统250，所述电极生长系统位于所述超高真空腔体部201的下端并且与超高真空腔体部201刀口法兰密封连接。
优选地，所述电极生长系统250包括蒸发源，所述蒸发源包括高温热蒸发源、电子束轰击蒸发源。
优选地，所述电极生长室200还包括薄膜刻蚀系统260，所述薄膜刻蚀系统260位于所述超高真空腔体部201的下端并且与超高真空腔体部201刀口法兰密封连接，所述薄膜刻蚀系统260包括氩离子枪、气路和阀门。
优选地，电极制备机构210及样品储藏架均采用通用的接口，可以扩展与输运测量设备对接，直接进行真空内的原位输运测量。
优选地，超高真空腔体部201和高真空腔体部102采用优质不锈钢，真空获得采用干泵+分子泵+离子泵+钛升华泵的组合形式，采用离子规进行实时监测，系统经过充分高温烘烤后，电极生长室200可以获得并维持优于10-8pa的超高真空。
优选地，快速进样室100可以快速地在大气与超高真空之间进行样品和掩膜版的交换，节省样品制备时间。
优选地，超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统可以刻蚀出各种复杂微小图案的样品，并且可以在其指定位置生长不同图案小尺寸电极，可以为输运测试提供广泛的样品形式，所生长的电极与样品之间牢固可靠。
优选地，超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统改变刻蚀的样品形状和生长的电极形状等只需更换掩膜版即可，无需改变设备其他任何地方，使设备更具有灵活性。
优选地，超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统刻蚀最小限度可达200微米，生长的电极间距最小可达20微米，电极宽度可达20微米。
优选地，薄膜刻蚀系统260处于样品的正下方，刻蚀后的样品质量好，边缘清晰，无阴影。
优选地，超高真空腔体部201下方预留有六个共聚焦的CF法兰接口，用于安装蒸发源，扩充电极生长系统，并且可以同时生长不同材质的电极。蒸发源形式可以采用高温热蒸发源、电子束轰击蒸发源等。
优选地，所述超高真空腔体部201设有若干法兰口，所述法兰口用于样品传递时进行观察和观察腔体内部情况。
优选地，本发明公开一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长方法，包括以下步骤：
步骤S1：把薄膜样品及掩膜版装入进样室内的样品储藏架，利用第一传样杆101转移到电极生长室200内的样品储藏架上；
步骤S2：把所需加工的样品及具有特殊形状的掩膜版分别放到电极制备机构210相应的位置；
步骤S3：利用电极制备机构210的电极制备机构位置调节机构将其调整到生长位置，同时也是观测系统的中心位置；
步骤S4：利用精密二维掩膜版驱动机构竖直移动掩膜版调整掩膜版与样品之间的垂直距离，同时利用第一长焦显微镜221进行标定和校准使其达到所需距离；
步骤S5：利用二维掩膜版驱动机构水平移动掩膜版调整掩膜版上不同图案与样品之间的位置关系，同时利用第二长焦显微镜222和反光镜及其位置调节机构进行标定和校准掩膜版的位置，标定好后退回反光镜；
步骤S6：打开薄膜刻蚀系统进行刻蚀，在刻蚀过程中重复步骤S5改变样品对应位置掩膜版图案，最终得到所需图案的样品；
步骤S7：关闭刻蚀系统，重复步骤S5把电极图案移动到样品位置，打开电极生长系统进行特殊形状电极的生长；
步骤S8：结束后利用第二传样杆241从电极生长室200转移到测试设备，利用测试设备进行样品输运测试。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的氩离子枪、蒸发源等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，包括：
快速进样室，所述快速进样室包括第一传样杆、高真空腔体部、第一超高真空插板阀，所述第一传样杆与所述高真空腔体部刀口法兰密封连接；
电极生长室，所述电极生长室包括超高真空腔体部、第一真空获得系统、第一真空测量系统，所述快速进样室的第一超高真空插板阀与所述电极生长室的超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述超高真空腔体部远离所述第一超高真空插板阀的一端与所述第一真空获得系统刀口法兰密封连接，所述第一真空测量系统安装于所述超高真空腔体部的侧端并且与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述第一真空获得系统用于获得真空状态；
支架系统和电控系统，所述快速进样室和所述电极生长室固定安装于所述支架系统的上端，所述电控系统位于所述支架系统的侧端，所述电控系统包括控制电源。
2.根据权利要求1所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述快速进样室还包括第二真空获得系统、第二真空测量系统、快开门、第二超高真空插板阀，所述第二超高真空插板阀位于所述高真空腔体部的下端并且与所述高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述第二真空获得系统位于所述第二超高真空插板阀的下端并与所述第二超高真空插板阀刀口法兰密封连接，所述第二真空测量系统位于所述高真空腔体部的侧端并且与所述高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述快开门位于所述高真空腔体部的上端并且通过橡胶圈与所述高真空腔体部密封连接。
3.根据权利要求1所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述电极生长室还包括电极制备机构，所述电极制备机构部分内置于所述超高真空腔体部，所述电极制备机构与所述超高真空腔体部通过刀口法兰密封连接，所述电极制备机构包括精密二维掩膜版驱动机构、样品固定台、掩膜版、电极制备机构位置调节机构。
4.根据权利要求1所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述电极生长室还包括观测系统，所述观测系统包括第一长焦显微镜、第二长焦显微镜、反光镜、反光镜位置调节机构，其中：
所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜分别位于所述超高真空腔体部的侧端，所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜用于观测；
所述反光镜内置于所述超高真空腔体部并且位于所述电极制备机构的下端，所述反光镜位置调节机构安装于所述超高真空腔体部的侧端并且与所述反光镜刀口法兰密封连接，所述反光镜位置调节机构用于调节所述反光镜的位置。
5.根据权利要求4所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述观测系统还包括观察窗、观察窗挡板和观察窗挡板驱动机构，所述观察窗位于所述超高真空腔体部的侧端并且部分内置于所述超高真空腔体部，所述观察窗挡板内置于所述超高真空腔体部，所述观察窗挡板驱动机构贯穿于所述超高真空腔体部的上端并且驱动所述观察窗挡板的开闭。
6.根据权利要求4所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜设有微调机构。
7.根据权利要求1所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述电极生长室还包括样品储藏传递系统，所述样品储藏传递系统包括第二传样杆、样品储藏架、样品储藏架位置调节机构，所述样品储藏架内置于所述超高真空腔体部，所述样品储藏架设有防护外罩，用于防止污染储存的样品，所述第二传样杆位于所述超高真空腔体部侧端并且位于所述第一长焦显微镜上端，所述样品储藏架位置调节机构用于调节所述样品储藏架的位置。
8.根据权利要求1所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述电极生长室还包括电极生长系统，所述电极生长系统位于所述超高真空腔体部的下端并且与超高真空腔体部刀口法兰密封连接。
9.根据权利要求8所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述电极生长系统包括蒸发源，所述蒸发源包括高温热蒸发源、电子束轰击蒸发源。
10.根据权利要求1所述的一种超高真空原位薄膜刻蚀电极生长系统，其特征在于，所述电极生长室还包括薄膜刻蚀系统，所述薄膜刻蚀系统位于所述超高真空腔体部的下端并且与超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述薄膜刻蚀系统包括氩离子枪、气路和阀门。
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