CN110501527A - 超高真空原位微型薄膜与电极生长系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，包括超高超高真空腔体部和样品传递系统，所述样品传递系统包括第一传样杆和第二传样杆，所述第一传样杆和所述第二传样杆分别位于所述超高真空腔体部的侧端并且分别与超高真空腔体部刀口法兰密封连接；所述样品制备机构包括样品台和位置调节机构，所述样品制备机构位于所述超高真空腔体部的上端并且部分内嵌于所述超高真空腔体部，所述样品制备机构与所述超高真空腔体部通过刀口法兰密封连接。本发明公开的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其可以通过在超高真空内原位薄膜生长和电极生长制作微型复杂图案的输运测试样品。
Description
技术领域
本发明属于输运测试样品制备技术领域，具体涉及一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统。
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。超高真空原位薄膜及电极生长系统可以通过在超高真空内原位薄膜生长和电极生长制作微型复杂图案的输运测试样品，并可以与输运测试系统对接，在超真空环境下实现样品的传输和输运测量。
目前现有的原位薄膜及电极生长系统越发不满足现在的市场环境，因此进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其可以通过在超高真空内原位薄膜生长和电极生长制作微型复杂图案的输运测试样品。
本发明的另一目的在于提供一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其具有高效、快速等优点。
为达到以上目的，本发明提供一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，包括：
超高真空腔体部和样品传递系统，所述样品传递系统包括第一传样杆和第二传样杆，所述第一传样杆和所述第二传样杆分别位于所述超高真空腔体部的侧端并且分别与超高真空腔体部刀口法兰密封连接；
样品制备机构，所述样品制备机构包括样品台和位置调节机构，所述样品制备机构位于所述超高真空腔体部的上端并且部分内嵌于所述超高真空腔体部，所述样品制备机构与所述超高真空腔体部通过刀口法兰密封连接，所述位置调节机构位于所述样品台的上端并且通过连接杆固定连接，所述位置调节机构用于调节位置；
真空测量系统，所述真空测量系统位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。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述样品台包括样品加热台、样品除气台、精密二维掩膜版驱动机构、掩膜版，所述样品加热台位于所述掩膜版的上端，所述样品加热台用于加热样品，所述样品除气台位于所述样品加热台的上端，所述样品除气台用于样品除气，所述掩膜版位于所述精密二维掩膜版驱动机构的上端，所述精密二维掩膜版驱动机构用于精密调节掩膜版的位置。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括真空获得系统，所述真空获得系统位于所述超高真空腔体部远离所述第一传样杆的一端并且与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述真空获得系统用于获得真空环境。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括薄膜与电极生长系统，所述薄膜与电极生长系统部分内嵌于所述超高真空腔体部的下端并且与所述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，所述薄膜与电极生长系统包括蒸发源，所述蒸发源包括高温热蒸发源和电子束轰击蒸发源。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括观测系统，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，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并且分别与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述反光镜内置于所述超高真空腔体部的下端，所述反光镜位置调节机构位于所述超高真空腔体部的下端并且与所述反光镜驱动连接，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挡板和观察窗挡板驱动机构，所述观察窗挡板内置于所述超高真空腔体部并且用于保护所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜的观察窗，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与所述观察窗挡板驱动连接，所述观察窗挡板驱动机构用于驱动所述观察窗挡板。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述真空获得系统包括机械泵、分子泵、离子泵和钛升华泵。
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分别设有微调机构。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括扩展对接插板阀接口，所述扩展对接插板阀接口位于所述超高真空腔体部远离所述第二传样杆的一端并且与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接。
附图说明
图1是本发明的超高真空原位微型薄膜与电极生长系统结构示意图。
图2是本发明的超高真空原位微型薄膜与电极生长系统结构示意图。
图3是本发明的超高真空原位微型薄膜与电极生长系统结构示意图。
附图标记包括：10、超高真空腔体部；21、第一传样杆；22、第二传样杆；30、样品制备机构；310、样品台；31、精密二维掩膜版驱动机构；32、除气台；33、样品加热台；34、掩膜版；35、位置调节机构；50、真空获得系统；60、薄膜与电极生长系统；71、第一长焦显微镜；72、第二长焦显微镜；74、反光镜位置调节机构；75、观察窗挡板；76、观察窗挡板驱动机构；80、扩展对接插板阀接口。
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微型薄膜与电极生长系统结构示意图，图2是本发明的超高真空原位微型薄膜与电极生长系统结构示意图，图3是本发明的超高真空原位微型薄膜与电极生长系统结构示意图。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的反光镜、长焦显微镜等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明提供一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，包括：
超高真空腔体部10和样品传递系统(未标出)，所述样品传递系统包括第一传样杆21和第二传样杆22，所述第一传样杆21和所述第二传样杆22分别位于所述超高真空腔体部10的侧端并且分别与超高真空腔体部10刀口法兰密封连接；
样品制备机构30，所述样品制备机构30包括样品台310和位置调节机构35，所述样品制备机构30位于所述超高真空腔体部10的上端并且部分内嵌于所述超高真空腔体部10，所述样品制备机构30与所述超高真空腔体部10通过刀口法兰密封连接，所述位置调节机构35位于所述样品台310的上端并且通过连接杆固定连接，所述位置调节机构35用于调节位置；
真空测量系统，所述真空测量系统位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。
具体的是，所述样品台310包括样品加热台33、样品除气台32、精密二维掩膜版驱动机构31、掩膜版34，所述样品加热台33位于所述掩膜版34的上端，所述样品加热台33用于加热样品，所述样品除气台32位于所述样品加热台33的上端，所述样品除气台32用于样品除气，所述掩膜版34位于所述精密二维掩膜版驱动机构31的上端，所述精密二维掩膜版驱动机构31用于精密调节掩膜版的位置。
更具体的是，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括真空获得系统50，所述真空获得系统50位于所述超高真空腔体部10远离所述第一传样杆21的一端并且与所述超高真空腔体部10刀口法兰密封连接，所述真空获得系统50用于获得真空环境。
进一步的是，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括薄膜与电极生长系统60，所述薄膜与电极生长系统60部分内嵌于所述超高真空腔体部10的下端并且与所述超高真空腔体部10刀口法兰密封连接。
更进一步的是，所述薄膜与电极生长系统60包括蒸发源，所述蒸发源包括高温热蒸发源和电子束轰击蒸发源。
优选地，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括观测系统，所述观测系统包括第一长焦显微镜71、第二长焦显微镜72、反光镜、反光镜位置调节机构74，所述第一长焦显微镜71和所述第二长焦显微镜72分别位于所述超高真空腔体部10的侧端并且分别与所述超高真空腔体部10刀口法兰密封连接，所述反光镜内置于所述超高真空腔体部10的下端，所述反光镜位置调节机构74位于所述超高真空腔体部的下端并且与所述反光镜驱动连接，所述反光镜位置调节机构74用于调节所述反光镜的位置。
值得一提的是，所述观测系统还包括观察窗挡板75和观察窗挡板驱动机构76，所述观察窗挡板75内置于所述超高真空腔体部10并且用于保护所述第一长焦显微镜71和所述第二长焦显微镜72的观察窗，所述观察窗挡板驱动机构76贯穿于所述超高真空腔体部10的上端并且与所述观察窗挡板75驱动连接，所述观察窗挡板驱动机构76用于驱动所述观察窗挡板。
优选地，所述真空获得系统50包括机械泵、分子泵、离子泵和钛升华泵。
优选地，所述第一长焦显微镜71和所述第二长焦显微镜72分别设有微调机构。
优选地，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括扩展对接插板阀接口80，所述扩展对接插板阀接口80位于所述超高真空腔体部10远离所述第二传样杆22的一端并且与所述超高真空腔体部10刀口法兰密封连接。
优选地，超高真空腔体部10下方预留有六个共聚焦的CF法兰接口，用于安装蒸发源，扩充薄膜器件生长系统和电极生长系统，并且可以生长多层不同材质的薄膜器件和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，第二传样杆22可以同时存储多个样品和掩膜版并且进行传输，提高工作效率，同时在系统工作时可以完全退到腔体支管内，防止样品及掩膜版污染。
优选地，所述第一传样杆21为带抓手传样杆，所述第二传样杆22为带样品架传样杆。
优选地，样品除气台32采用电子轰击加热的方式进行，结构简单，加热速度快，可达温度高(1200度)等优点。
优选地，样品加热台33采用电阻丝(钽丝或钨丝)直流加热的方式，电阻丝均匀盘绕在样品托正下方位置，利用烧结氧化铝绝缘，兼容超高真空环境，结构简单，加热温度均匀，加热温度可达500度，在生长样品过程中可以实时对衬底进行高温加热，使生长的器件样品及电极薄膜更加均匀。
优选地，生长的器件样品最小限度可达100微米，生长的电极间距最小可达10微米，电极宽度可达10微米。
优选地，改变生长的样品形状、生长的电极形状及相对位置只需更换掩膜版即可，无需改变设备其他任何地方，可以很方便的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，超真空腔体部10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，可以获得并维持10-9pa的超高真空。
优选地，所述超高真空腔体部10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，本发明还公开一种超高真空原位微型薄膜与电极生长方法，包括以下步骤：
步骤S1：把样品托及掩膜版装入带样品架的第二传样杆22上；
步骤S2：利用带抓手的第一传样杆21将样品托放在样品生长台上的样品除气台32上，进行高温烘烤除气；
步骤S3：将烘烤后的样品托转移到样品生长台上的样品加热台33上；
步骤S4：将掩膜版34转移到精密二维掩膜版驱动机构31上；
步骤S5：利用样品生长台的位置调节机构将其调整到样品生长位置，同时也是观测系统的中心位置；
步骤S6：利用精密二维掩膜版驱动机构31竖直移动掩膜版34调整掩膜版34与样品之间的垂直距离，同时利用第二长焦显微镜72进行标定和校准使其达到所需距离；
步骤S7：利用精密二维掩膜版驱动机构31水平移动掩膜版34调整掩膜版34上不同图案与样品之间的位置关系，同时利用第一长焦显微镜71和反光镜及反光镜位置调节机构74进行标定和校准掩膜版的位置，标定好后退回反光镜；
步骤S8：启动样品加热台33的加热功能，使其稳定在所需温度；
步骤S9：打开薄膜生长系统，进行样品标记点生长；
步骤S10：重复步骤S7使掩膜版34上器件薄膜图案对应样品所需位置，在移动过程中参考标记点位置进行位置校准，最终得到所需图案的薄膜器件，关闭薄膜生长系统；
步骤S11：重复步骤S7使掩膜版34上电极生长图案对应样品所需位置；
步骤S12：打开电极生长系统进行电极生长，最终得到所需图案的电极，关闭电极生长系统,关闭样品加热台33加热功能；
步骤13：生长得到所需带有电极的样品，利用传样杆转移到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反光镜、长焦显微镜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微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，包括：
超高真空腔体部和样品传递系统，所述样品传递系统包括第一传样杆和第二传样杆，所述第一传样杆和所述第二传样杆分别位于所述超高真空腔体部的侧端并且分别与超高真空腔体部刀口法兰密封连接；
样品制备机构，所述样品制备机构包括样品台和位置调节机构，所述样品制备机构位于所述超高真空腔体部的上端并且部分内嵌于所述超高真空腔体部，所述样品制备机构与所述超高真空腔体部通过刀口法兰密封连接，所述位置调节机构位于所述样品台的上端并且通过连接杆固定连接，所述位置调节机构用于调节位置；
真空测量系统，所述真空测量系统位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。
2.根据权利要求1所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，所述样品台包括样品加热台、样品除气台、精密二维掩膜版驱动机构、掩膜版，所述样品加热台位于所述掩膜版的上端，所述样品加热台用于加热样品，所述样品除气台位于所述样品加热台的上端，所述样品除气台用于样品除气，所述掩膜版位于所述精密二维掩膜版驱动机构的上端，所述精密二维掩膜版驱动机构用于精密调节掩膜版的位置。
3.根据权利要求1所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括真空获得系统，所述真空获得系统位于所述超高真空腔体部远离所述第一传样杆的一端并且与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述真空获得系统用于获得真空环境。
4.根据权利要求1所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括薄膜与电极生长系统，所述薄膜与电极生长系统部分内嵌于所述超高真空腔体部的下端并且与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接。
5.根据权利要求4所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，所述薄膜与电极生长系统包括蒸发源，所述蒸发源包括高温热蒸发源和电子束轰击蒸发源。
6.根据权利要求1所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括观测系统，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，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并且分别与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接，所述反光镜内置于所述超高真空腔体部的下端，所述反光镜位置调节机构位于所述超高真空腔体部的下端并且与所述反光镜驱动连接，所述反光镜位置调节机构用于调节所述反光镜的位置。
7.根据权利要求6所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，所述观测系统还包括观察窗挡板和观察窗挡板驱动机构，所述观察窗挡板内置于所述超高真空腔体部并且用于保护所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜的观察窗，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与所述观察窗挡板驱动连接，所述观察窗挡板驱动机构用于驱动所述观察窗挡板。
8.根据权利要求3所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，所述真空获得系统包括机械泵、分子泵、离子泵和钛升华泵。
9.根据权利要求6所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，所述第一长焦显微镜和所述第二长焦显微镜分别设有微调机构。
10.根据权利要求1所述的一种超高真空原位微型薄膜与电极生长系统，其特征在于，超高真空原位微型薄膜与电极生长系统还包括扩展对接插板阀接口，所述扩展对接插板阀接口位于所述超高真空腔体部远离所述第二传样杆的一端并且与所述超高真空腔体部刀口法兰密封连接。
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