CN113151785B - 一种薄膜制备组件、薄膜制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种薄膜制备组件、薄膜制备方法及其应用。本发明通过由半导体球冠碗形制冷件和热沉单元组成的热传导通道作为控温结构，通过将球冠碗设计为半导体制冷形式，可达到球冠碗内热量快速扩散的目的，确保薄膜的低温生长环境，实现无织构的球形薄膜生产，使得生产的球形薄膜结构致密、各向同性。本发明可应用于激光聚变靶的微纳制备、以及球壳层的元素掺杂等其他加工工艺中。

Description

一种薄膜制备组件、薄膜制备方法及其应用
技术领域
本发明属于真空薄膜制备或者微纳制备领域，具体涉及一种薄膜制备组件、薄膜制备方法及其应用。
背景技术
本发明属于真空薄膜制备或者微纳制备领域，具体涉及一种薄膜制备组件、薄膜制备方法及其应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种细致绵密、无织构薄膜且能快速散热的薄膜制备组件、薄膜制备方法及其应用。
为达此目的，本发明采用如下技术方案：
一种薄膜制备组件，其特点是，该薄膜制备组件包含半导体制冷球冠碗、热沉单元、电机；其连接关系是：电机安装在热沉单元上，半导体制冷球冠碗安装在电机的轴端。
优选的，所述的热沉单元包括上半部分、下半部分及中间部分，其中，上半部分设有与半导体制冷球冠碗相匹配的凹坑，下半部分设置为倾斜坡面，中间部分为导热垫片。
优选的，所述的半导体制冷球冠碗与热沉单元的凹坑光滑接触。
本发明还提供一种基于前述薄膜制备组件的薄膜制备方法，其特点是，该方法包括如下步骤：
(a)将带有球形衬底的制备组件放入真空镀膜设备的样品台上；
(b)将真空腔抽真空；
(c)制备组件通电，并设定制备组件中球冠碗的温度及旋转速度；
(d)通入薄膜原材料，直至球形薄膜成型。
优选的，所述的步骤(c)中所述的温度为-50℃～50℃、旋转速度低于10r/s。
本发明还提供一种基于前述的薄膜制备组件或基于前述的薄膜制备方法制备的薄膜的应用，其特点是，所述的薄膜用于激光聚变研究实验用的靶壳层。
本发明的薄膜制备组件具备散热快、结构简单的优点；采用本发明的薄膜制备方法可制备出细致绵密的无织构球壳层，且可根据实际需要用于特殊薄膜的制备场合、以及球壳层的元素掺杂等其他加工工艺中。
附图说明
图1为制备组件的主视剖面示意图；
图2为制备组件的俯视图；
图3为半导体制冷球冠碗的剖面示意图；
图中，1.半导体制冷球冠碗 2.热沉单元 3.电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作具体描述。
本发明的薄膜制备组件包含半导体制冷球冠碗1、热沉单元2、电机3；其连接关系是：电机3安装在热沉单元2上，半导体制冷球冠碗1安装在电机3的轴端。
制备组件的工作原理如下，把球形衬底放置在半导体制冷球冠碗1内，由电机3带动球冠碗旋转，球冠碗倾斜安装，带动球形衬底在半导体制冷球冠碗3内的滚动；半导体制冷球冠碗3通电，调节电流大小，以稳定碗内温度在适宜的范围；整个组件放置在任意真空镀膜设备的样品台上，以接受沉积粒子的沉积；沉积粒子带来的热量由半导体制冷球冠碗3抽走，传递给热沉单元2、热沉单元2将热量传递给真空样品台，最后由样品台将热量释放于大气中。
本发明通过由半导体球冠碗形制冷件和热沉单元组成的热传导通道作为控温结构，控制薄膜生长温度，使得生产的球形薄膜结构致密、各向同性。该制备组件可根据实际需要安装于任意真空镀膜设备的样品台上，以满足多种场合的广泛使用。
在一个优选的实施例中，所述的热沉单元2包括上半部分、下半部分及中间部分，其中，上半部分正中设有与半导体制冷球冠碗1相匹配的凹坑，下半部分设置为倾斜坡面，中间部分为导热垫片。
进一步，所述的半导体制冷球冠碗1与热沉单元2的凹坑光滑接触。
本发明的薄膜制备组件，通过将球冠碗设计为半导体制冷形式，可达到球冠碗内热量快速扩散的目的，确保薄膜的低温生长环境，实现无织构的球形薄膜生产，产出的薄膜结构致密、各向同性；该制备组件可应用激光聚变靶的微纳制备、以及球壳层的元素掺杂等其他加工工艺中。
本发明还提供一种基于前述薄膜制备组件的薄膜制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤a：将带有球形衬底的制备组件放入薄膜制备的真空镀膜设备的样品台上；
步骤b：将真空腔抽真空；
步骤c：制备组件通电，并设定制备组件中球冠碗的温度及旋转速度；
步骤d：通入薄膜原材料，直至球形薄膜成型。本发明可用于磁控溅射设备中生产出无织构的球形薄膜。
本发明通过控制制备薄膜中的关键工艺，即通过半导体制冷球冠碗的制冷、保持球衬底在合适的温度环境下的滚动，使得薄膜均匀涂敷在球表面，以保证球表面涂层在T型模式下生长，且由低速电机带动球冠碗倾斜旋转，保持球匀速滚动，从而制备出物理性质各向同性、结构致密的薄膜。
在一个优选的实施例中，所述的步骤(c)中所述的温度为-50℃～50℃、旋转速度低于10r/s。本发明通过调节半导体制冷球冠碗的驱动电流大小，控制热量扩散速度，以保证球冠碗内适宜的薄膜生长环境温度，如，将温度控制到0℃左右，从而达到通过利用球冠碗半导体材料的特性、实现薄膜生长环境的自动制冷的效果。
本发明还提供一种基于前述的薄膜制备组件和/或基于前述的薄膜制备方法制备出的薄膜的应用，通过采用本专利的薄膜制备组件和/或制备方法、生产出无织构的球形薄膜，并将该薄膜应用于激光聚变研究实验中，以大大提高实验过程中的流体力学的稳定性。
本发明的薄膜制备组件通过采用半导体制冷球冠碗，可达到球冠碗内热量快速扩散的目的，确保薄膜的低温生长环境；利用本发明的薄膜制备方法制备出的薄膜具备结构紧密、各向同性的优点、实现了球壳层无织构生长；同时，通过将本发明的薄膜制备组件、薄膜制备方法用于激光聚变研究中，通过改变薄膜生产过程的散热方式，使得球壳层符合无织构生长的环境需要，大大减轻了实验过程中流体力学的不稳定性问题。

Claims (5)

1.一种薄膜制备组件，其特征在于，该薄膜制备组件包含半导体制冷球冠碗(1)、热沉单元(2)、电机(3)；其连接关系是，电机(3)安装在热沉单元(2)上，半导体制冷球冠碗(1)安装在电机(3)的轴端；所述的热沉单元(2)包括上半部分、下半部分及中间部分，其中，上半部分设有与半导体制冷球冠碗(1)相匹配的凹坑，下半部分设置为倾斜坡面，中间部分为导热垫片。
2.根据权利要求1所述的薄膜制备组件，其特征在于，所述的半导体制冷球冠碗(1)与热沉单元(2)的凹坑光滑接触。
3.一种基于权利要求1或2所述的薄膜制备组件的薄膜制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(a)将带有球形衬底的制备组件放入真空镀膜设备的样品台上；
(b)将真空腔抽真空；
(c)制备组件通电，并设定制备组件中球冠碗的温度及旋转速度；
(d)通入薄膜原材料，直至球形薄膜成型。
4.根据权利要求3所述的薄膜制备方法，其特征在于，步骤(c)中所述的温度为-50℃～50℃、旋转速度低于10r/s。
5.一种基于权利要求1或2所述的薄膜制备组件或基于权利要求3或4所述的薄膜制备方法制备的薄膜的应用，其特征在于，所述的薄膜用于激光聚变研究实验用的靶壳层。
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