CN113227443A - 涂覆设备、处理腔室和涂覆基板的方法以及用至少一个材料层涂覆的基板 - Google Patents

涂覆设备、处理腔室和涂覆基板的方法以及用至少一个材料层涂覆的基板 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用由层材料(58)制成的至少一个材料层(56)涂覆由基板材料(54)制成的基板(52)的涂覆设备(1)。本发明还涉及一种用于涂覆设备(1)的处理腔室(10)，所述涂覆设备(1)用由层材料(58)制成的至少一个材料层(56)涂覆由基板材料(54)制成的基板(52)。本发明还涉及一种在涂覆设备(1)中用由层材料(58)制成的至少一个材料层(56)涂覆由基板材料(54)制成的基板(52)的方法。本发明的另一方面涉及一种用至少一个材料层(56)涂覆的基板(52)，包括用由层材料(58)制成的至少一个材料层(56)涂覆的由基板材料(54)制成的所述基板(52)。

Description

涂覆设备、处理腔室和涂覆基板的方法以及用至少一个材料 层涂覆的基板
技术领域
本发明涉及一种用由层材料制成的至少一个材料层涂覆由基板材料制成的基板的涂覆设备，所述涂覆设备包括：处理腔室，所述处理腔室具有处理容积，所述处理容积用于容纳将基板布置在处理容积中的固定位置的基板支架，其中处理腔室具有用于至少基本上完全地包围处理容积的腔室壁；气体系统，所述气体系统以流体连通的方式连接到处理容积，以用于在处理容积中产生涂覆气氛；以及源支架，所述源支架布置在处理容积中并且具有至少一种源材料，源材料优选地被容纳在源坩埚中，其中源支架和基板支架还相对于彼此布置成使得热蒸发和/或升华的源材料可沉积在基板上，以用于至少部分地形成材料层的层材料。本发明还涉及一种用由层材料制成的至少一个材料层涂覆由基板材料制成的基板的涂覆设备的处理腔室。本发明还涉及一种在涂覆设备中用由层材料制成的至少一个材料层涂覆由基板材料制成的基板的方法。本发明的另一方面涉及一种用至少一个材料层涂覆的基板，包括用包含层材料的至少一个材料层涂覆的由基板材料制成的基板。
背景技术
用由层材料的制成材料层涂覆由基板材料制成的基板在现有技术中是众所周知的。例如，这种涂覆工艺可用于集成电路的制造。其他电或电子元件，诸如太阳能电池，也可在涂覆设备中使用这种涂覆工艺实现。此外，可使用涂覆设备或涂覆工艺制得另外产品，诸如用于激光技术中的镜和/或分束器。
可在涂覆设备中进行的根据现有技术的涂覆基板的已知方法是例如MBE(分子束外延)和PLD(脉冲激光沉积)。这些不同方法各自都有特定的优点和缺点。
例如，MBE的主要优点是可提供对制得的材料层并特别是其层材料的高化学计量控制。因此，在MBE中，甚至材料层可例如制成为其中层材料具有调制掺杂，即，特别地随层厚度而变化的掺杂。制得的材料层的高纯度也是MBE的特性。在MBE中，一种或多种源材料通常通过电加热来热蒸发和/或升华并且沉积在基板上。此外，可通过增加或减少用于蒸发和/或升华的源材料的表面，例如通过对应地选择源坩埚，在MBE中提供从小至非常大基板区域的高可扩展性。
然而，以上已经提到的使用电加热用于源材料的热蒸发和/或升华也导致了MBE的缺点。例如，特别是在其中存在腐蚀性气体(诸如氧或臭氧)的涂覆气氛中，必须遵守最大10-5毫巴、通常是甚至小于10-6毫巴的压力限制。这特别地是例如由于存在于处理容积中的电元件、特别是加热源材料和/或基板的元件被腐蚀并且可能因腐蚀性气体而在更高压力下失效这一事实所致。此外，蒸发和/或升华的源材料也不可避免地沉积在这些电元件上，由此这些元件可能同样地受损至对应电元件完全地损坏(例如，由于短路)的程度。
相比之下，在PLD中，源材料被极短且高能量的激光脉冲烧蚀，即，源材料蒸发得极快，以致从源材料形成等离子体。在这方面，可例如由使用的激光器提供在1次/秒至25次/秒的重复频率和10MW/cm2的能量密度下10ns至50ns的脉冲持续时间。在烧蚀期间通过沸腾蒸发制得的源材料团平均具有粒子的高动能，其中沸腾蒸发的源材料粒子的最大速度通常垂直于源表面出现。由于这些高压，在处理容积中的涂覆气氛中的更高压力、特别是高达1毫巴的范围的压力也是可能的。这些高压对于减慢快速源材料粒子通常很必要，并且由此一方面使得能够损坏基板，并且另一方面通常使得能够将源材料沉积在基板上。通过避免在处理容积的内部中的电子元件，在PLD中至少基本上不存在对处理气体的进一步限制。
然而，无法在PLD中提供或只能在非常有限的程度上提供如MBE中存在的对在基板上生长的材料层的化学计量的非常广泛的控制。因此，在PLD中，材料层或涂覆材料的化学计量至少基本上由使用的材料源的化学计量加上仅与涂覆气氛的处理气体的任何反应确定。例如，作为以上关于MBE描述的层材料的部分的掺杂的调制特别地是不可能的。更不利的是，激光脉冲对源材料的上述烧蚀要求高激光能量密度。该高激光能量密度通常只能在源材料处的小空间范围内产生，使得不容易实现将该方法扩展到大区域。根据现有技术，使用PLD的大面积涂覆通常通过扫描基板的表面来提供。具有低压(例如小于10-4毫巴)的涂覆气氛对于PLD通常也是不利的，因为本来烧蚀的源材料无法在到达基板之前通过与处理气体的碰撞而充分地减慢。
总的来讲，通过MBE和PLD，现有技术中有两种方法可用，每种方法对于特定涂覆工艺是有利的。然而，某些所期望的材料层可能要求无法通过两种方法充分地实现生产的层材料或层材料组合物。因此，例如，作为层材料的许多氧化物要求腐蚀性涂覆气氛，优选地具有分子氧和/或臭氧。为了能够安全地制得这些氧化物，涂覆气氛的最高可能压力、特别是例如10-3毫巴的压力是有利的。然而，如上所述，对于根据现有技术的MBE，该压力范围不可达成或仅可在非常有限的程度上达成。同时，这些氧化物应当在较高的化学计量控制下、特别是例如还用调制掺杂(modulierten Dotiemng)制得。然而，如上所述，这对于可在相应匹配的压力范围内进行的PLD同样是不可能的。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地改善涂覆设备或涂覆基板的方法的所述的缺点。特别地，本发明的目的是提供一种涂覆设备和一种涂覆基板的方法，通过该涂覆设备和该方法，可以特别地简单且廉价的方式提供较高的化学计量控制，优选地同时对涂覆气氛、优选地针对使用的处理气体与涂覆气氛的压力两者，提供较大的自由选择度。
以上目的通过本发明的权利要求实现。该目的特别地通过一种具有独立权利要求1的特征的用于涂覆基板的涂覆设备实现。该目的进一步通过一种具有独立权利要求16的特征的用于涂覆设备的处理腔室实现。此外，该目的通过一种具有独立权利要求17的特征的涂覆基板的方法实现。此外，该目的通过一种具有独立权利要求23的特征的用至少一个材料层涂覆的基板实现。本发明的另外的特征和细节得自从属权利要求、说明书和附图。在这方面，根据本发明的涂覆设备的特征、细节和优点在每种情况下也适用于根据本发明的处理腔室、根据本发明的方法和根据本发明的经涂覆的基板，反之亦然，使得相对于本发明的各个方面始终进行或可以进行相互参考。
根据本发明的第一方面，该目的通过一种用于用由层材料制成的至少一个材料层涂覆由基板材料制成的基板的涂覆设备实现，该涂覆设备包括：处理腔室，该处理腔室具有处理容积，所述处理容积用于容纳用于将基板布置在处理容积中的固定位置的基板支架，其中处理腔室具有用于至少基本上完全地包围处理容积的腔室壁；气体系统，该气体系统以流体连通的方式连接到处理容积，以用于在处理容积中产生涂覆气氛；以及源支架，该源支架布置在处理容积中并且具有至少一种源材料，源材料优选地被容纳在源坩埚中，其中源支架和基板支架还相对于彼此布置成使得热蒸发和/或升华的源材料可沉积在基板上，以用于至少部分地形成材料层的层材料。根据本发明的涂覆设备的特征在于，源加热激光器被配置为连续地或至少基本上连续地提供激光，并且处理腔室具有耦合设备，耦合设备具有在腔室壁中的至少一个耦合区段，所述耦合区段用于将源加热激光器的激光传导到处理容积中，其中激光至少逐区段作为光束存在于处理容积中，并且通过激光，源材料能够被加热并且能够在低于源材料的等离子体产生阈值的情况下被热蒸发和/或升华。
必须指出，基板支架可被配置为保持多个基板和/或涂覆设备可被配置为保持具有一个或多个基板的多个基板支架。在这方面，涂覆设备可用于同时地涂覆多个基板材料。
由基板材料制成的基板可通过根据本发明的涂覆设备蒸汽涂覆或涂覆有层材料制成的至少一个材料层。根据本发明的涂覆设备具有处理腔室，在该处理腔室中可进行基板材料的涂覆。处理腔室的内部基本上由处理容积形成，该处理容积又至少基本上完全地由腔室壁包围。至少基本上包围在本发明的意义上特别地意指腔室壁优选地仅具有又可完全地关闭的开口和/或穿通部。
正如在MBE中广泛地使用那样，腔室壁可以是多层设计，并且可例如包括气冷或液冷护套，以实现在处理容积中尽可能最低的残余杂质。以此方式也可实现涂覆气氛的特别低的压力。技术冷却剂(诸如水、酒精、液氮或液氦)可用作冷却剂。
以此方式可提供封闭的处理容积、特别是用于提供优选地可控和/或可调节的涂覆气氛。涂覆气氛本身由根据本发明的涂覆设备的气体系统产生，所述气体系统以流体连通的方式连接到处理容积。
在本发明的意义上的涂覆气氛的特征特别地在于涂覆气氛的使用的处理气体的参数和涂覆气氛的压力。在基板材料的涂覆过程中蒸发和/或升华的源材料的平均自由路径长度可例如由涂覆气氛的压力设定。
此外，同样地可根据要制得的材料层或其层材料来选择使用的处理气体。例如，可使用包括分子氧和/或臭氧的处理气体来制得氧化物，由此可使形成氧化物所需的氧化工艺成为可能。因此，处理气体可提供形成氮化物所需的元素氮。
待涂覆的基板布置在处理容积本身中、特别是被基板支架容纳和保持。基板支架总体上布置在处理容积中的固定位置。在本发明的意义上，这种固定位置布置特别地包括基板支架还可被提供为整体可旋转的，并且/或者如果存在的话，各个基板也可被提供为在基板支架上可旋转的，由此可提供在相应基板上制得的材料层的均匀性的进一步改善。源支架相对于基板支架布置并又具有至少一种源材料。继而，源材料可优选地被容纳在源坩埚中。由此，可提供可用源材料的特别大的选择可能性。源支架和基板支架可优选地彼此平行地和/或直接地相对地布置，由此源材料的源表面和基板表面同样地可彼此直接地相对地布置和/或可优选地彼此平行地布置。
在本发明的意义上、特别是作为在源坩埚中容纳源材料的替代或补充，可使用源元件，其中源材料本身可用于将源材料布置和/或紧固在源支架中。因此，源材料可例如是条形和/或棒形的，其中所述条状物的第一端被加热并且由此热蒸发和/或升华，并且该条状物在其侧向表面和/或其相对第二端处布置和/或固定在源支架中。这特别地可用具有不良热导率的源材料来实现，因为在这方面，条状物的第一端可被升华或甚至熔化或液化，其中剩余的条状物同时地保持冷和固态的。以此方式可提供特别长的停机时间，即，没有必要的源改变的时间。
由此，可提供用热蒸发和/或升华的源材料对基板的特别地良好且特别地均匀的涂覆。在源支架与基板支架之间的可能的间距例如为20mm至200mm、优选地60mm。也可在源支架或各个源材料和/或源坩埚与基板之间设置快门光圈(Shutterblende)，以便相对于基板以目标且特别地受控制和/或调节的方式遮蔽源或源坩埚的蒸发和/或升华的源材料。这特别地实现对材料层的层材料的制成的所期望的高化学计量控制。
还可特别地优选地提出的是，源支架和基板支架至少基本上相同地形成。至少基本上相同地可特别地包括源支架和基板支架的尺寸扩展。以此方式，还可提出的是，基板支架的可替换性，诸如在MBE中众所周知那样，也可适用于源支架。因此，替换和/或再填充源可例如在仅通过滑阀与处理容积分开的单独保持容积中设置有其自己的源支架。
在保持容积中的气氛独立于处理容积可设定或变成经设定的，其中优选地，保持容积同样地填充有涂覆气氛。以此方式可执行源或源支架的替换，而无需完全地破坏并重新建立涂覆气氛。
在根据本发明的涂覆设备中，以对本发明必不可少的方式提出的是，源加热激光器的激光用于源材料的加热和热蒸发和/或升华。为此，根据本发明的涂覆设备具有源加热激光器。作为涂覆设备的一部分的源加热激光器可直接地靠近处理腔室安置或甚至可直接地布置在该处理腔室处，其中源加热激光器此外还可优选地安置得远离处理腔室，并且仅可将源加热激光器的必要的激光传导到处理腔室。根据本发明的涂覆设备的处理腔室特别地具有耦合设备，该耦合设备具有至少一个耦合区段，以使得能够将源加热激光器的激光传导到处理容积中。为此目的，耦合区段布置在处理腔室的腔室壁中。耦合区段可例如具有优选地由石英玻璃构成的耦合窗口。也可设想引入穿通部(例如光纤的穿通部)作为耦合区段。
根据本发明，源加热激光器被配置为连续地或至少基本上连续地提供激光。例如，连续地或至少基本上连续地提供在本发明的意义上可例如包括在几微秒或更长、优选地几毫秒或更长的时间间隔内不间断地发射激光。这使得源加热激光器能够被操作以使得激光连续地或至少基本上连续地入射到源材料上。因此，源加热激光器特别地优选地不以脉冲的方式操作，即，不以在纳秒范围内的高激光能量和/或长度的激光脉冲操作。以此方式可提供激光到源材料中的特别地恒定且可控或可调的能量输入。源材料的恒定和/或可控和可调的温度以及所得的蒸发速率和/或升华速率可以此方式成为可能的。在本发明的意义上，当激光的提供确实包括发射阶段和暂停阶段的重复序列但这些阶段的时间长度的比率被设定为使得采用以上指示的源材料的恒定温度时，也特别地存在连续地或至少基本上连续地提供。在这方面，在本发明的意义上，如果源材料的温度在包括多个发射阶段和暂停阶段的时间段内波动小于30％、优选地小于10％，则该温度被认为是恒定的。
此外，源加热激光器的激光的能量被设定为使得激光不达到源材料的等离子体产生阈值。换句话说，在激光入射到源材料上时不产生等离子体，因为由激光提供并作用在源材料上的能量因此是不够的。由此，可确保在低于源材料的等离子体产生阈值的情况下发生的源材料的纯热蒸发和/或升华。对于具有相应材料特定等离子体产生阈值的不同源材料，对应地形成的激光或对应地应设计的源加热激光器也可特别地用于根据本发明的涂覆设备中。
由于由激光对源材料的加热并特别是热蒸发和/或升华，在处理腔室的处理容积中不要求或至少基本上不要求电部件。因此，在根据本发明的涂覆设备中可避免针对使用的处理气体的类型和压力的限制。因此，涂覆气氛的使用压力基本上仅受源材料的热蒸发和/或升华的材料粒子的自由路径长度限制，或者可适当地设定为适于期望或要求的自由路径长度，以便确保源材料达到基板。在基板与源支架之间的间距为60mm的情况下，这导致涂覆气氛的约10-3毫巴的仍可实现的压力。
如上所述，源材料布置在源支架中。多种源材料、优选地不同源材料也是可能的，其中这些源材料中的每种都可通过以上已经描述的快门光圈开启或关闭，以用于基板的对应涂覆。以此方式可提供对制得的材料层或层材料的化学计量的高度控制。同时，高源纯度被转变为在基板上制得的材料层的层材料的纯度。高源纯度可例如由已经非常纯的源材料提供，特别是通过使用用于容纳这些源材料的源坩埚提供。快门光圈优选地特别地布置成使得激光辐照到对应源坩埚和/或对应源材料上不被快门光圈阻挡或至少基本上不被快门光圈阻挡，特别是在快门光圈的任何位置。
总的来讲，在根据本发明的涂覆设备中，由此，可通过同时地自由地或至少很少限制地选择涂覆气氛的参数来提供较高的化学计量控制。总体上，由此，氧化物可例如特别地容易地作为涂覆材料并在同时地良好地控制化学计量的情况下以高纯度制得，其中这些氧化物的掺杂、特别是调制掺杂可通过根据本发明的涂覆设备成为可能。
在根据本发明的涂覆设备中，可特别地优选地提出的是，通过将激光直接地辐照到源材料的源表面上，源材料可由激光直接地加热并热蒸发和/或升华。换句话说，源加热激光器的激光被传导到涂覆设备的处理容积中，使得该激光入射在源材料的源表面上。
以此方式可提供从激光到源材料的直接能量传递，而无需经由另外元件、特别是例如源坩埚的中间加热迂回进行。因此，源材料的源表面至少基本上变成总处理容积中具有最高温度的位置，由此可提供始终高纯度的源材料。这是因为处理容积中的处理气体和/或蒸发或升华的材料优选地沉积在较冷位置处这一事实，由此特别地热源表面不必遭受任何或仅轻微的污染。
此外，在根据本发明的涂覆设备中，可提出的是，光束与相对于具有源材料的源坩埚的坩埚表面的表面法线和/或相对于源材料的源表面的表面法线围出在0°与90°之间、特别是在30°与70°之间、优选地为50°的入射角。在0°的入射角下，这意味着激光垂直地入射在坩埚表面和/或源表面上，可在辐照点处或在整个辐照表面上提供特别高的能量密度。
因此，在激光与源材料之间的能量传递特别地良好。然而，同时，在这种情况下，基板的如上所述与源材料直接地相对的有利布置不能发生。此外，在0°的入射角下可发生的激光的背反射也可引起激光源的不稳定性。
特别大的入射角导致激光以90°平面入射甚至是扫掠入射在源表面上，由此激光的能量分布在源材料的更大区域上，并且由此单位面积的能量传递减少。在30°与70°之间的入射角、优选地为50°的入射角代表最初描述的极值的良好折衷，在该极值处，可提供激光的能量到源材料以及同时地优选的源支架和基板支架的相对布置的良好地转移。此外，关于激光焊接的研究结果表明，在30°与70°之间的入射角也可改善金属表面对激光的吸收。
根据本发明的涂覆设备还可被配置为激光的强度和/或波长适于对应源材料，其中优选地，激光具有0.01W至50kW的强度和/或10-8m至10-5m的波长。例如，可通过考虑源材料的蒸气压力和/或吸收行为来执行对源材料的激光的强度和/或波长的适配设计。因此，具有较高蒸气压的源材料将要求比具有较低蒸气压的源材料低的激光功率或强度。具有高吸收能力的源材料也可通过比其中例如高反射率降低源材料的吸收能力的源材料低的强度的激光加热和热蒸发和/或升华。
源材料的吸收行为还可特别地具有辐照波长的相关性，其中这又可通过源加热激光器的激光的波长的对应选择来考虑。总体上，在根据本发明的涂覆设备的该优选实施例中，因此，可选择适于源材料的合适的源加热激光器，以便能够提供源材料的特别地良好的加热和热蒸发和/或升华。
此外，在根据本发明的涂覆设备中，可提出，处理腔室在腔室壁的内侧处具有至少一个束捕捉器，以用于至少部分地吸收反射的激光、特别是在源坩埚的坩埚表面处和/或在源材料的表面处反射的激光，其中束捕捉器布置在光束和相对于源坩埚的坩埚表面的表面法线和/或相对于源材料的源表面的表面法线所跨越的空间平面中，并且根据耦合区段的入射角布置在腔室壁的作为相对地设置的区段的区段处。
在将激光辐照到源坩埚或源材料上时，可能会发生激光在坩埚表面和/或源表面处反射。该反射通常至少基本上根据反射定律发生。在根据本发明的涂覆设备的该实施例中，因此，提出的是，将束捕捉器布置在相对于坩埚表面或相对于源表面和相对于入射角的法线表面所跨越的空间平面中，根据耦合区段的入射角布置在腔室壁的空间区域中。由于该束捕捉器，可特别地防止反射的激光直接地入射到腔室壁上导致对腔室壁的加热。
换句话说，可由束捕捉器防止因加热腔室壁而产生另外热源。为此，束捕捉器也可特别地优选地被主动地冷却。以此方式可减少或甚至完全地防止因被反射的激光加热或升温的腔室壁的脱气点和/或蒸发点而造成的涂覆气氛中的污染物。以此方式可进一步提高在基板上产生的材料层的纯度。
此外，在根据本发明的涂覆设备中，可提出的是，源支架具有两种或更多种、特别是三种、优选地六种源材料，每种源材料都优选地被容纳在源坩埚中，其中源材料能够由激光的单独光束加热并热蒸发和/或升华，并且其中源材料优选地不相同。以此方式可特别地提出的是，多种源材料、优选地不同源材料可用单个源支架提供。在此也可设想超过六种源材料，例如十二种源材料。一方面，由此，可使具有不同层材料的材料层的顺序实施和制成成为可能。在优选地提供在各个源坩埚中的不同源材料的同时的加热和热蒸发和/或升华时，层材料也可以最不同的组成制得，例如由以上已经描述的快门光圈控制和/或调节。特别地提出的是，可由单独激光光束加热并热蒸发和/或升华每个单独源材料或每个单独源坩埚。单独光束可来自不同源加热激光器或来自单个源加热激光器，该源加热激光器的光束例如被分束器分开并供应到各个源材料。在这方面可优选地提出的是，用于各个源坩埚或源材料的各个单独光束至少具有不同强度，这些强度可优选地由对应设定元件调节和控制。也可提供具有不同波长的光束，例如以增加各个源材料对激光的吸收。
根据根据本发明的涂覆设备的进一步发展，可提出的是，耦合设备具有共同耦合区段，以用于将单独光束中的至少两个传导到处理容积中。以此方式，可例如通过共同真空凸缘将这两个单独光束引入到处理容积中。以此方式可简化处理腔室的设计、特别是用于包围处理容积的腔室壁的设计。在这方面可特别地提出的是，两个单独光束经由共同耦合窗口传导到处理容积中。替代地，也可提出的是，在耦合区段处提供用于单独光束的单独耦合窗口。
替代地或附加地，根据本发明的涂覆设备的发展还可在于，耦合设备具有至少两个单独耦合区段，以用于将单独光束中的相应至少一个传导到处理容积中，其中特别地，由单独耦合区段中的一个传导到处理容积中的相应光束和相对于对应源坩埚的坩埚表面和/或相对于对应源材料的源表面的表面法线所跨越的空间平面围出小于180°、优选地在90°与150°之间、特别是优选地为120°的角度。
替代地或附加地，在本发明的意义上特别地意指，在提供多于两个单独光束是，多个这些光束也可共用共同耦合区段，总体所有光束可由至少两个耦合区段传导到处理容积中。由此，可提供在根据本发明的涂覆设备的规划和设计中的甚至更大的设计自由度。
因此，在根据本发明的涂覆设备的优选实施例中，例如，在具有六个源坩埚或六种源材料的源支架的情况下可提出的是，这些源材料中的相应三种作为三元组布置在源支架上，彼此间距120°。这些源材料三元组中的每种源材料由单独光束加热并热蒸发和/或升华，其中用于源材料三元组的光束各自优选地在共同耦合区段中传导到处理容积中。
换句话说，针对源材料三元组中的每种源材料提供来自共同耦合区段的三束光束，其中两个如此存在的耦合区段在处理腔室的腔室壁中彼此间隔开布置。由于这些耦合区段相对于彼此成角度地布置成使得各个光束和相应源表面的表面法线所跨越的空间平面彼此以小于180°、优选地为120°的角度布置，可特别地防止光束从耦合区段中的一个到另一个耦合区段的反射发生。以此方式，还可特别地实现在腔室壁的对应位置处布置用于对应地反射的光束的对应束捕捉器。
根据本发明的涂覆设备还可被配置为如下，光束中的至少一个、优选地光束的全部具有焦点区域，其中在焦点区域中，光束具有垂直于光束的光方向的最小范围，其中焦点区域进一步布置在处理容积中、在耦合区段与对应源材料或对应源坩埚之间。光束在焦点区域中的这种聚焦通常使得能够使光束在耦合区段处、特别是在耦合区段的耦合窗口处的范围尽可能大。以此方式可提供在传导源加热激光器的激光通过时在耦合区段上的低负载，其中可同时地选择焦点区域，使得可确保源材料的良好的加热和热蒸发和/或升华、特别是通过对源材料的源表面的理想照射确保。
还可通过在耦合区段与源材料或源坩埚之间布置焦点区域来提供，光束在源材料或源坩埚之后随与源材料或源坩埚的间距的增大而越来越扩大。换句话说，随着在源材料或源坩埚后面的间距增大，光束的能量密度变得越来越小。以此方式可可靠地避免腔室壁的如可能会发生在从耦合区段来看在源材料或源坩埚(如果它们不存在的话)后面的焦点区域中的损坏、特别是无意中损坏。
此外，根据本发明的涂覆设备可进一步发展为光束中的至少两个的焦点区域重叠、特别是完全地或至少基本上完全地重叠，其中优选地，耦合设备具有共同耦合区段，以用于将这至少两个光束传导到处理容积中。光束的焦点区域特别地是光束的能量密度、即每单位面积的光能量最大的区域。该能量密度可特别地高，以致存在损坏涂覆设备的材料和/或元件的风险。
由于光束中的至少两个的焦点区域的重合或重叠，它们换句话说是共焦的。在此可特别地提出的是，最小化具有高能量密度的光束的这些位置的数量。以此方式可降低对涂覆设备的材料的危险。可特别地容易地通过将两个光束由相同耦合区段传导到处理容积中来提供两个光束的对于两个单独光束的焦点区域的这种重合必需的空间接近。
根据本发明的涂覆设备可特别地优选地进一步发展为处理腔室具有至少一个加热激光器光圈，该至少一个加热激光器光圈具有光圈开口，其中加热激光器光圈布置在处理容积中，使得光束中的至少一个的焦点区域与光圈开口重合或至少基本上重合。这种加热激光器光圈可优选地由不透光和/或不透材料的光圈材料形成。
由于加热激光器光圈被布置成在至少一个光束的焦点区域处具有其光圈开口，加热激光器光圈本身同样地布置在耦合区段与源支架或源材料和对应源坩埚之间。可优选地提出的是，加热激光器光圈至少基本上垂直于光束的光方向形成或布置。
由于加热激光器光圈被布置成使得光束中的至少一个的焦点区域与加热激光器光圈的光圈开口重合或至少基本上重合，可确保加热激光器光圈没有或至少基本上没有影响光束。可同时地提出的是，已经由源加热激光器的光束蒸发和/或升华并且在耦合区段的方向上传播的源材料由加热激光器光圈收集。由于加热激光器光圈布置在源支架与耦合区段之间，蒸发或升华的源材料沉积或至少基本上沉积在加热激光器光圈上。
因此，可优选地提出的是，从源支架来看，加热激光器光圈完全地或至少基本上完全地覆盖耦合区段。以此方式可防止或至少显著地减少源材料在耦合区段上、特别是在耦合区段的耦合窗口上沉积。以此方式可使耦合区段的使用寿命延长、维护倾向性降低或维护周期延长。
根据本发明的涂覆设备可特别地优选地进一步发展为由源加热激光器的激光在加热激光器光圈中形成光圈开口。换句话说，在加热激光器光圈中烧出光圈开口，或者由源加热激光器的激光局部地熔化加热激光器光圈的材料以产生光圈开口。这带来了两个主要优点。例如，一方面，加热激光器光圈中的光圈开口的局部布置以此方式可特别地容易地适于光束的焦点区域的位置。还以此方式可特别地容易地提供适于光束的焦点区域的光圈开口的理想尺寸。
此外，可提出的是，在根据本发明的涂覆设备中，处理腔室具有用于确定至少一种源材料和/或对应源坩埚的温度的至少一个热电偶，其中特别地，至少一个热电偶和/或源支架具有可移动紧固区段，所述可移动紧固区段用于使热电偶在测量位置和释放位置之间移动，和/或用于移动源支架以可逆地提供源支架的结束位置，在测量位置中热电偶接触源材料和/或对应源坩埚，在释放位置中热电偶布置得远离源支架以便源支架的移动，在结束位置中至少一个热电偶在其测量位置接触源材料和/或对应源坩埚。
对源材料的或对源坩埚的以及因此至少间接地对源材料的温度的测量可特别地通过这种热电偶提供。该测量的温度值也可特别地例如用于源加热激光器的、优选地相对于源加热激光器的强度的控制和/或调节。以此方式可特别地容易地在根据本发明的涂覆设备中特别是针对蒸发和/或升华的源材料的提供提供一致的涂覆条件。
至少一个热电偶优选地可移动地布置在处理腔室中，例如经由紧固区段提供这种布置。因此，热电偶可例如弹性地接触相应的源材料或源坩埚。由于热电偶在接触源材料或源坩埚的测量位置与相对于源材料或源坩埚布置在远处的释放位置之间移动，可特别地提出的是，可使源支架本身同样地移动并且不被热电偶阻碍。以此方式可以特别地简单的方式、特别是在没有热电偶阻碍的情况下与基板支架类似地进行源支架的上述更换。
替代地或附加地，布置有源材料的源支架也可可移动地布置在处理容积中，这些源材料又优选地被容纳在源坩埚中。以此方式，在转移源支架时，在热电偶的基本上固定的位置、优选地测量位置下，可通过朝向热电偶降低来将源支架移动到结束位置，其中在源支架的该结束位置，热电偶特别地弹性地接触源材料和/或源坩埚。在该实施例中，上述源支架的替换也可与基板支架类似地以特别地简单的方式、特别是在不被热电偶阻碍的情况下进行。
根据本发明的涂覆设备还可被配置为耦合设备具有在腔室壁中的至少一个另外的耦合区段，用于将基板加热激光器的激光传导到处理容积中，其中激光至少逐区段作为光束存在于处理容积中，并且基板的基板材料可由激光加热、特别是可通过直接辐照直接地加热，其中优选地，激光适于基板材料和/或具有0.01W至50kW的强度和/或10-6m至10-4m的波长。
基板加热(诸如可由基板加热激光器的光束提供)可使基板本身形成除了源材料之外在处理容积中的最热位置中的一个。以此方式可提供基板的具有特定纯度的层材料的涂层的产生。此外，加热的基板还实现了材料层的特别地均匀的生长，因为蒸发的层材料可从加热的基板提取动能，以便将其本身尽可能均匀地分布在基板表面上。具有比源加热激光器长的波长的激光器优选地用作基板加热激光器，因为通常使用的基板对应地具有与源材料不同的吸收特性。因此，对于陶瓷和/或本身是氧化物的基板，可例如使用波长为10μm的长波激光。使用CO2激光器作为基板加热激光器已被证明对于可见地透明的基板是特别地有利的。
此外，在根据本发明的涂覆设备中，可提出的是，气体系统具有用于将处理气体供应到处理容积中的处理气体供应装置和用于在处理容积中产生低压的泵系统，其中泵系统包括磁悬浮涡轮泵。可特别地由气体系统的这种处理气体供应装置在处理容积中提供用于涂覆气氛的具体处理气体。
一般来讲并且在原则上，所有气态物质都可用作处理气体。在本发明的意义上，在提供在10-3毫巴或更低的范围内的低压时保留在处理容积中的任何残余气体特别地也被理解为由气体系统提供的处理气体。
例如，包含分子氧和/或臭氧的气体可用作用于制得氧化物的处理气体。
相比之下，如期望的那样产生氮化物作为材料层的层材料可能会要求使用NH3或分子氮，特别是例如还有电离氮。
例如，对于含硒和/或含硫涂覆气氛，还可设想另外的处理气体。
泵系统又可提供涂覆气氛的宽范围的压力。例如，泵系统可产生10-10毫巴至1毫巴的范围的压力。
根据现有技术的已知泵系统特别地具有在处理腔室的处理容积与润滑支持的涡轮泵之间的可变滑阀，其中泵系统的抽吸功率的以及因此在处理容积中的压力的设定特别地按照滑阀的打开状态提供。这样做的缺点是处理容积的总容积增加了滑动值，由此，可使得更难以达到特别地低的压力、特别是在高真空的较低范围或甚至超高真空或更低的范围内的压力。
根据本发明，因此，泵系统的改善在于提供磁悬浮涡轮泵，该磁悬浮涡轮泵优选地在泵系统中直接地邻接处理容积布置。该直接布置特别地因为因在该涡轮泵中的磁性支撑而不要求润滑剂而成为可能，由此，在关停涡轮泵时、甚至是在故障(诸如电力故障)的情况下，涡轮泵可保留处理容积的部分而不使其被扩散的润滑剂污染。
该磁悬浮涡轮泵的抽吸开口可经适配并且可相对于处理容积特别地大。因此，可总体上减小要泵送的体积，由此，可简化低压范围的达到。
根据磁悬浮涡轮泵的压缩比显著地更小的滑阀只能邻接磁悬浮涡轮泵设置，然而，所述滑阀现在仅被提供用于完全地关闭或释放。
由于磁悬浮涡轮泵在根据提供的上游压力可达到的压力水平方面受限制，邻接滑阀布置另一个润滑支持的涡轮泵，以便针对磁悬浮涡轮泵产生对应地低的起动压力。
还可提供连接在第二涡轮泵上游的另外的低真空泵(例如，涡旋泵或罗茨泵、优选地隔膜泵)用于操作。
然而，由于该润滑支持的涡轮泵仅用于低真空或前级泵送，与现有技术中使用的涡轮泵相比，它可能相当小。总体上，以此方式可提供多达10-10毫巴和更低的范围的压力。
在故障的情况下，上述滑阀可防止第二涡轮泵的润滑剂有害地扩散到处理容积中。因此，两个涡轮泵一个接一个地连接，并且优选地，连续地运行。
只要不进行涂覆工艺，至少大磁悬浮涡轮泵以全旋转速度运行，并且在泵之间的滑阀打开。在这方面，甚至可以20％的标称旋转速度连续地操作小润滑支持的涡轮泵而不有损可在处理容积中提供的总端压力。
在涂覆工艺期间，针对涂覆气氛的压力调节现在无法通过位于大涡轮泵之前并具有可变开度的阀的变化实现，而是通过大涡轮泵的旋转速度的变化实现。
在商购涡轮泵中，该旋转速度可在从20％至100％的范围内精确地(+/-0.01％)设定，并且允许在对应于可提供的压力的约10倍的范围内精细地调节泵送能力。
为了设定作为涂覆气氛的处理气体的特定处理压力，因此，压力可被预限定在由例如由质量流量调节器控制的处理气体的流入的2倍的范围内，并且然后，可通过磁悬浮涡轮泵的旋转速度调节来精细地重新调整。
由于其起作用的频率规范，与根据现有技术的经由滑阀的机械调节相比，可由现今的微处理器电子器件更精确地且可再现地提供该旋转速度调节。换句话说，对在处理容积的内部的涂覆气氛的压力水平的控制优选地不再经由滑阀的位置进行，而是经由磁悬浮涡轮泵的旋转频率进行，从而考虑到处理气体供应装置供应处理气体的供应速率。这实现了与现有技术相比，在处理容积中甚至更精确的且特别是更易调整的压力水平。
因此，本发明还涉及一种用于用由层材料制成的至少一个材料层涂覆由基板材料制成的基板的涂覆设备，所述涂覆设备包括：处理腔室，该处理腔室具有处理容积，所述处理容积用于容纳用于将基板布置在处理容积中的固定位置的基板支架，其中处理腔室具有用于至少基本上完全地包围处理容积的腔室壁；以及气体系统，该气体系统以流体连通的方式连接到处理容积，以用于在处理容积中产生涂覆气氛，所述涂覆设备还包括泵系统，以用于在处理容积中产生低压，其中泵系统包括直接地邻接处理容积布置在泵系统中的磁悬浮地安装的涡轮泵。
可如上所述进一步发展泵系统。可通过这种泵系统将上述涂层沉积到基板上而污染较少。
根据本发明的第二方面，该目的通过一种用于用由层材料制成的至少一个材料层涂覆由基板材料制成的基板的涂覆设备的处理腔室实现。根据本发明的处理腔室的特征在于，该处理腔室被配置为用于根据本发明的第一方面的涂覆设备中。根据本发明的第二方面的根据本发明的处理腔室被提供为用于根据本发明的第一方面的涂覆设备中。换句话说，根据本发明的第二方面的根据本发明的处理腔室可用于根据本发明的第一方面的涂覆设备中，或者由其使用，或者与其一起使用。因此，以上已经关于根据本发明的第一方面的涂覆设备详细地描述的所有优点和特征也可结合根据本发明的第二方面的用于涂覆设备的处理腔室提供。根据本发明的第二方面的处理腔室可特别地优选地具有以上已经关于根据本发明的第一方面的根据本发明的涂覆设备的处理腔室描述的特征中的至少一个、特别是多个、优选地全部特征。
根据本发明的第三方面，该目的通过一种在根据本发明的第一方面的涂覆设备中用至少一个层材料的材料层涂覆由基板材料制成的基板的方法实现。根据本发明的方法的特征在于，源材料用于至少部分地提供层材料，所述源材料由源加热激光器的连续或至少基本上连续的激光加热并在低于源材料的等离子体产生阈值的情况下热蒸发和/或升华。根据本发明的第三方面的根据本发明的方法在根据本发明的第一方面的涂覆设备中进行。因此，以上结合根据本发明第一方面的涂覆设备详细地描述的所有优点也可结合根据本发明第三方面的涂覆基板的方法提供。
根据本发明，可提供这些优点，因为源材料用于至少部分地提供层材料，所述源材料由涂覆设备的源加热激光器的连续或至少基本上连续的激光加热并在低于源材料的等离子体产生阈值的情况下热蒸发和/或升华。由于激光连续地或至少基本上连续地辐照到源材料上，可特别地提出的是，源材料的温度变化了小于30％、优选地小于10％。由此，又可提供源材料的连续或至少基本上连续的蒸发速率和/或升华速率。由于使用具有低于源材料的等离子体产生阈值的能量的激光，可进一步确保在低于源材料的等离子体产生阈值的情况下进行的源材料的纯热蒸发和/或升华。该激光优选地经由耦合设备或其耦合区段耦合到涂覆设备的处理容积中，由此，在处理容积的内部可省略用于加热源材料的电设备。以此方式可防止由在处理容积的内部的这种电部件引起的所有限制，例如在对使用的处理气体的选择和/或涂覆气氛的压力水平方面的限制。
在根据本发明的方法中，可特别地优选地提出的是，通过将激光直接地辐照到源材料的源表面上，源材料由激光直接地加热并热蒸发和/或升华。因此，可提供能量从源加热激光器的激光到源材料中的特别好的转移，特别是例如无需中间加热容纳对应源材料的源坩埚。以此方式，另外地确保源表面代表在处理容积中的最热点中的一个。以此方式，在整个涂覆工艺中可提供一定纯度的源材料。
根据本发明的方法还可被设计为由基板加热激光器的激光加热、特别是通过直接辐照直接地加热基板的基板材料，其中优选地，使用适于基板材料和/或具有0.01W至50kW的强度和/或10-6m至10-4m的波长的激光。
在根据本发明的方法中，如由基板加热激光器的激光光束提供的基板加热在根据本发明的方法中可使与源材料类似地，基板材料也可被加热，而在处理容积中不必存在电子部件，其中所有优点已经关于源材料的加热进行描述。还可提出的是，除了源材料之外，基板本身可形成为在处理容积中的最热位置中的一个。以此方式可提供基板的具有特定纯度的层材料的涂层的制成。
此外，加热的基板还实现了材料层的特别地均匀的生长，因为蒸发的层材料可从加热的基板提取动能，以便将其本身尽可能均匀地分布在基板表面上。
具有比源加热激光器长的波长的激光器优选地用作基板加热激光器，因为通常使用的基板对应地具有与源材料不同的吸收特性。因此，例如波长为10μm的长波激光可例如用于陶瓷和/或本身是氧化物的基板。CO2激光器可特别地例如用作用于可见地透明的由基板材料制成的基板加热激光器。
此外，在根据本发明的方法中，可提出的是，由涂覆设备的气体系统在处理容积中提供压力在10-10毫巴与1毫巴之间、优选地小于10-3毫巴的涂覆气氛。
如上所述，由于使用激光来加热并热蒸发和/或升华源材料，在处理容积的内部可省略用于加热源材料的电设备。以此方式，可独立地并根据要制得的期望的层材料在处理容积中产生涂覆气氛，其中涂覆气氛的对应压力也可特别地针对要制得的层材料合适地设定在宽范围内、特别是在10-10毫巴与1毫巴之间。以此方式可提供特别地通用且经适配(特别是在其压力水平方面)的涂覆气氛。
压力水平可优选地例如针对在处理容积中的热蒸发和/或升华的源材料的平均自由路径长度设定，例如在源材料的源表面与要涂覆的基板之间的60mm的距离下，压力水平为约10-3毫巴。
这具有如下进一步优点：另外地减少耦合区段的蒸发、特别是例如入口窗口的占用，因为源材料粒子在到达耦合区段或到达入口窗口之前在处理气体处被散射多次，并且因此不再以集中的方式定向，而是以均匀的方式平均地撞击在处理腔室的腔室壁的整个内侧上或也与处理气体一起被泵送出处理腔室。
此外，根据本发明的方法可被设计为涂覆设备的气体系统在处理容积中提供涂覆气氛，所述涂覆气氛具有作为处理气体的适于材料层的层材料的气态物质，特别是具有作为处理气体的分子氧和/或臭氧和/或氮和/或气态硒化合物和/或气态硫化合物。
一般来讲并且在原则上，所有气态物质都可被视为处理气体。在本发明的意义上，在提供在10-3毫巴或更低的范围内的低压时保留在处理容积中的任何残余气体特别地也被理解为由气体系统提供的处理气体。
通过对应地选择处理气体，可促进或甚至完全地可制得用于涂覆基板的材料层的一些层材料。因此，分子氧和/或臭氧可例如作为处理气体的部分来制得氧化物作为材料层的层材料，因为形成氧化物必需的氧化工艺要求可由分子氧和/或臭氧提供的该氧。
类似地，通过提供氮，即分子氮和电离氮两者，也可形成氮化物作为层材料。气态硒化合物和/或硫化合物代表高反应性处理气体，其可例如用于制得太阳能电池。对于这些高反应性和侵蚀性处理气体还有利的是，由于使用源加热激光器的光束来加热并热蒸发和/或升华源材料，可省略在处理容积的内部以及因此暴露于涂覆气氛的高反应性处理气体的电部件。
在根据本发明的方法中，可特别地优选地提出的是，具有钙钛矿结构的氧化物、特别是掺杂有至少一种掺杂元素并具有钙钛矿结构的氧化物被产生作为层材料，该氧化物包含第一金属元素和第二金属元素，其中第一金属元素和第二金属元素、特别是还有至少一种掺杂元素被提供作为源材料、优选地提供在相应一个源坩埚中，并且分子氧和/或臭氧用作涂覆气氛中的处理气体。
总体上，所有固态或液态元素和物质通常都可被视为通过热激光蒸发进行材料合成的源材料，其中蒸发也可作为从固相的升华发生，并且其中所有气态物质都可同时地用于使用的处理气体。
此外，因此，所有固态或液态元素、化合物和物质混合物可通过根据本发明的方法制成为层材料。通过根据本发明的方法特别地可制得具有外延地取向的结晶固体作为层材料的材料层。
在一个具体实施例中，第一金属元素可例如包括锶；第二金属元素可例如包括钛；并且，如果使用的话，掺杂元素可包括铌。
掺杂有铌并包含锶作为第一金属元素、钛作为第二金属元素和铌作为掺杂元素的钛酸锶可特别地制成为氧化物。
复杂的氧化物如钛酸锶特别地难以通过MBE制得。这特别地是因为通常要求形成氧化物必需的氧化工艺可进行所用到的处理气体(例如，氧和/或臭氧)作为涂覆气氛这一事实。在PLD中，这种具有钙钛矿结构的氧化物通常确实可制成为层材料，但是由于代表PLD的核心的烧蚀，通常不能提供相应氧化物的特别地期望的化学计量。
这特别地是因为为此通常要求过量地供应氧化物的更易挥发的组分这一事实。如上所述，仅通过PLD可能特别地难以提供这种具有钙钛矿结构的氧化物的掺杂，其中在用PLD作为涂覆方法的情况下，调制和/或可变掺杂是不可能的或至少基本上不可能的。由于使用根据本发明的方法，可制得这种具有钙钛矿结构的氧化物作为层材料，特别是也具有可变掺杂。
这特别地是由于以下事实：一方面，可通过以可变温度进行的源材料的热蒸发和/或升华和通过对应快门光圈进行的各个源材料的可能的开启或关闭来提供在制成材料层时对化学计量的必要控制。另一方面，由于使用源加热激光器的光束来加热并热蒸发和/或升华源材料，可在处理容积中以及因此在涂覆气氛中同时地省略电部件，由此，可至少在很大程度上避免在涂覆气氛的参数的选择方面的限制，并且因此，可针对使用的处理气体和压力水平两者将涂覆气氛的参数理想地选择和设定为适于要制成的氧化物。此外，生长可在吸收受控的条件下进行，其中理想的材料组成以自调整的方式通过在有限解吸下要沉积的化合物的挥发性组分的过量供应得到。也可存在不仅可包括元素而且可包括化合物的多种挥发性组分而不是一种挥发性组分。甚至要沉积的层的所有组分也可特别地是挥发性的，使得该工艺可任意地趋近均衡，即，达到材料在表面上首先开始沉积的点。这就纯元素(例如，石墨烯)或化合物(所谓的2D材料，诸如氮化硼)的层来说是令人感兴趣的，其中第一成核应当尽可能缓慢地进行，使得由此产生的各个二维晶体变得尽可能大。
总的来讲，因此，在原则上任意的材料(诸如具有钙钛矿结构的氧化物)可提供为用于通过根据本发明的方法、特别是通过在根据本发明的涂覆设备中使用根据本发明的方法涂覆基板的层材料，其中还可特别地使该材料或氧化物的掺杂、优选地也是可变和/或调制掺杂成为可能。钛酸锶(特别是具有调制铌掺杂)代表这种氧化物的特定示例。
根据本发明的第四方面，该目的通过一种用至少一个材料层涂覆的基板、包括用由层材料制成的至少一个材料层涂覆的由基板材料制成的基板实现。根据本发明的涂覆基板的特征在于，在根据本发明的第一方面的涂覆设备中和/或使用根据本发明的第三方面的方法制得用至少一个材料层涂覆的基板。因此，根据本发明的第四方面的根据本发明的涂覆的基板的制成使用根据本发明的第一方面的涂覆设备和/或使用根据本发明的第四方面的涂覆基板的方法进行。因此，以上已经关于根据本发明的第一方面的涂覆设备或关于根据本发明的第三方面的方法详细地描述的所有优点和特征也可与根据本发明的第四方面的涂覆的基板结合提供。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的另外的特征和优点。具有相同的功能和操作模式的元件在各个附图中具有相同的附图标记。其中示意性地示出：
图1根据本发明的涂覆设备；
图2根据本发明的涂覆设备的处理腔室；
图3激光辐射的第一实施例；
图4激光辐射的第二实施例；
图5激光辐射的第三实施例；
图6具有加热束光圈的光束；
图7源支架；并且
图8特殊源坩埚设计。
具体实施方式
图1示出了被配置为进行根据本发明的方法的根据本发明的涂覆设备1的基本的外部设计。因此，根据本发明的涂覆设备1特别地包括处理腔室10、优选地根据本发明的处理腔室10，该处理腔室形成系统的核心。在该图中不可见的涂覆工艺发生在处理腔室10的内部中。图2中示出了处理腔室10、特别是根据本发明的处理腔室10的或处理容积12(未示出)的可能的内部设计。气体系统30在处理腔室10的内部中提供涂覆气氛40(未示出)。为此，气体系统30特别地具有处理气体供应装置32，处理气体42可通过该处理气体供应装置来传导到处理腔室10的内部中。泵系统34、特别是具有直接地邻接处理腔室布置的磁悬浮涡轮泵36的泵系统在处理腔室10的内部中产生必要的压力水平。特别地，可优选地由根据本发明的泵系统提供在宽压力范围内的压力水平，例如具有在10-10毫巴与1毫巴之间、优选地小于10-3毫巴的压力。
以对本发明必不可少的方式，在根据本发明的涂覆设备1中提出的是，源材料66(未示出)可由源加热激光器80的激光84的光束86加热并热蒸发和/或升华。至少一个源加热激光器80特别地是根据本发明的涂覆设备1的元件。该激光84(在此被示出为分成三个光束86)可经由耦合设备18的耦合区段20传导到处理腔室10的内部中。
还示出了基板加热激光器82，基板52(未示出)可由该基板加热激光器(同样地经由耦合设备18的耦合区段20耦合)在处理腔室10的内部中加热。由于使用在外部供应的激光84，可特别地提出的是，在处理腔室10的内部中可至少基本上省略了电部件。
在根据本发明的涂覆设备1中可以此方式避免由这些电部件引起的(诸如MBE所要求的)针对涂覆气氛40的压力或处理气体42的选择的限制。因此，可例如使用具有以上已经列出的10-10毫巴至1毫巴的宽压力范围的涂覆气氛40，其中还可至少基本上无限制地使用高腐蚀性处理气体42，诸如分子氧和/或臭氧和/或氮和/或气态硒化合物和/或气态硫化合物。这例如使得能够还提供具有钙钛矿结构并特别是具有调制掺杂的氧化物，例如具有调制铌掺杂的钛酸锶。
图2以示例的方式示出了根据本发明的涂覆设备1的处理腔室10的以及因此处理容积12的内部的设计。处理腔室10、特别是其腔室壁14形成处理容积12，该处理容积中布置了包括在特定压力水平下的处理气体42的涂覆气氛40。
腔室壁14如在此所示可以是多层设计，由此冷却板形成在处理腔室10或真空内，所述冷却板例如在操作期间被填充有液氮并且因此能够被冷却至约77K。该冷却板如在MBE的现有技术中一样形成热屏蔽并且通过冻结杂质来减小残余气体或涂覆气氛40中的不想要的元素和化合物的分压。
腔室壁14的内侧16至少基本上完全地包围处理容积12，其中通过腔室壁14的穿通部被闭合和密封以限制和保持处理容积12中的涂覆气氛40。具有基板52的基板支架50布置在处理容积12的内部中。此外，源支架60布置在处理容积12的内部中，并且如图所示可保持优选地具有不同源材料66的多个源坩埚62。在根据本发明的涂覆设备1的替代或附加实施例(图2中未示出)中，合适的源材料66也可在源支架60中没有源坩埚62的情况下布置，例如以条形和/或杆形实施例。
还示出了根据本发明的涂覆设备1的源加热激光器80，该源加热激光器的激光84的三个光束86与源坩埚62中的各个源材料66相关联并且优选地直接地且立即地辐照这些源材料以将这些源材料加热并热蒸发和/或升华。
在这方面，源加热激光器80被配置为连续地或至少基本上连续地提供激光84。这使得可将相应激光84连续地或至少基本上连续地辐照到对应源材料66上，特别是提供激光84到对应源材料66中的特别地恒定且可控或可调的能量输入。相应源材料66的恒定和/或可控和可调的温度以及所得的蒸发速率和/或升华速率可以此方式成为可能的。此外，源加热激光器80的激光84的能量被设定为使得激光84不达到源材料66的等离子体产生阈值。换句话说，在激光84入射在源材料66上时不产生等离子体。由此，可确保相应源材料66的纯热蒸发和/或升华。
如图所示，基板支架50和源支架60可优选地彼此直接地相对地布置，由此源材料66可特别地良好地蒸发和/或升华或者源材料66可蒸发到基板52上。
此外，相应激光84的强度和/或波长可优选地适于对应源材料66以进一步改善相应源材料66的加热并特别是热蒸发和/或升华。激光84的参数可以是例如从0.01W至50kW的强度和/或从10-8m至10-5m的波长。
由此，可提供用于对应源材料66的相应激光84的特别地良好的适配。此外，光束86可具有焦点区域90，如图所示，对于各个光束86，该焦点区域也可优选地重叠。具有光圈开口102的加热激光器光圈100被布置为适于该重叠的焦点区域90。
在这方面，也可优选地提出的是，光圈开口102已经通过源加热激光器80本身的光束86引入到加热激光器光圈100中。如可清楚地看到，加热激光器光圈100可布置在源支架60与耦合设备18的耦合区段20之间，由此可减小或甚至完全地避免蒸发和/或升华的源材料66对耦合区段20的影响。
此外，在图3中也示出了该布置，其中激光84的三个光束86甚至可更好地辨识。此外，在图3中可清楚地认识到，三个光束86可由耦合设备18的共同耦合区段20引入到处理容积12中或涂覆气氛40中。还可清楚地认识到，除了光圈开口102的小区域之外，在源支架60与耦合区段20之间的直接路径被加热激光器光圈100覆盖。因此，源材料66的蒸发和/或升华的材料完全地或至少基本上完全地沉积在加热激光器光圈100上并且不达到耦合区段20。
图4示出了替代实施例，其中与图3相比，现在在源支架60上提供用于源材料66的六个不同位置，但是在所示的附图中，只有其中三个位置被源坩埚62中的源材料66占据。现在提出的是，在每种情况下都由激光84的单独光束86辐照源坩埚62，这些光束86从两个不同侧辐照到源支架60上。这可通过耦合设备18具有两个相互分离的耦合区段20(未示出)成为可能。
源加热激光器80的激光84的这三个光束86中的每个又具有共同焦点区域90，加热激光器光圈100的光圈开口102在每种情况下再次对应地布置在该共同焦点区域处。
以此方式，基板支架50中的基板52总体上可再次与源支架60中的源材料66相对地且平行地布置，并且还可被涂覆有宽范围的不同源材料66。可特别地使用根据本发明的涂覆设备1和/或使用根据本发明的方法制得用至少一个材料层56(参见图8)涂覆的根据本发明的基板52。
如图所示，耦合设备18的两个耦合区段20可优选地布置成使得由单独耦合区段20中的一个传导到处理容积12中的相应光束86和相对于对应源坩埚62的坩埚表面64和/或相对于对应源材料66的源表面68的表面法线112所跨越的空间平面114(未示出)围出小于180°、优选地在90°与150°之间、特别是优选地为120°的角度。
为了更好地概览，示出了仅一个坩埚表面64或一个源表面66以及表面法线112中的仅一个。由此，可避免来自一个耦合区段20的光束86反射到另一个耦合区段20。
图5中同样地示意性地示出了具有布置的源材料66的源坩埚62。激光84的光束86传导到处理容积12中，使得其入射到源材料66的源表面68上，或者如果对应地加宽，则其以入射角110、特别是在30°与70°之间、优选地50°的入射角110入射到源坩埚62的坩埚表面64上。如已经关于图4所描述，可能会发生激光84被反射，如图5中的虚线所指示那样。
为了防止反射的激光84加热腔室壁14，束捕捉器22布置在腔室壁14的内侧16处。束捕捉器22的布置位置特别地优选地设置在表面法线112以及激光86的光方向88所跨越的空间平面114中。此外，布置位置根据至少基本上也是反射角的入射角110确定。可通过也可被设计为经冷却的束捕捉器22来避免腔室壁14的加热以及由此在处理容积12的内部中的可能的污染源。
图6示出了来自源加热激光器80的激光84的光束86的示意图，该光束同样在图5中已经描述的空间平面114中。可特别地清楚地看到，光束86在垂直于光方向88的焦点区域90处具有其最小范围。因此，加热激光器光圈100的光圈开口102布置在该焦点区域90处。因此，由辐照的激光84蒸发和/或升华的源材料66几乎完全地被加热激光器光圈100捕获并且因此不能到达耦合设备18的耦合区段20。以此方式可延长耦合区段20、特别是作为耦合区段20的一部分的耦合窗口的使用寿命。
图7中示出了源支架60中的源坩埚62的可能的实施例。两个源坩埚62各自被填充有不同源材料66，其中源材料66中的一种由源加热激光器80的激光84的光束86直接地且立即地辐照、加热并热蒸发和/或升华。相应源材料66的温度可由热电偶70在其测量位置72确定。为了源支架60的移动、例如替换，热电偶70可具有可移动紧固区段76，由此热电偶70可从其测量位置72移动到释放位置74。以此方式可避免热电偶70对源支架60的移动的阻碍。替代地或附加地，还可提供其中热电偶70固定地或基本上固定地紧固在测量位置72并且与源坩埚62的下侧的可释放接触(未示出)通过在转移时降低或升高源支架60实现的机构。
图8现在示出了源坩埚62和布置在其中的源材料66的替代实施例。与图7所示的源坩埚相比，这些源坩埚62在图8中形成有更大深度。可在这些替代源坩埚62中布置对应地更大量的源材料66。
在图8中，同样地示出快门光圈24，如虚线所示，通过该快门光圈，可捕获蒸发和/或升华的源材料66并且由此可开启或关闭基板52的基板材料54的蒸发。可以此方式特别地良好地且化学计量上精确地控制在根据本发明的涂覆设备1(未示出)中或通过根据本发明的方法在基板52的基板材料54上制得的材料层56的层材料58。图8中还示出了基板加热激光器82，基板52可由该基板加热激光器加热或升温。此外，还再次示出了具有激光84的光束86的源加热激光器80和具有光圈开口102的加热激光器光圈100。
附图标记列表
1 涂覆设备
10 处理腔室
12 处理容积
14 腔室壁
16 内侧
18 耦合设备
20 耦合区段
22 束捕捉器
24 快门光圈
30 气体系统
32 处理气体供应装置
34 泵系统
36 涡轮泵
40 涂覆气氛
42 处理气体
50 基板支架
52 基板
54 基板材料
56 材料层
58 层材料
60 源支架
62 源坩埚
64 坩埚表面
66 源材料
68 源表面
70 热电偶
72 测量位置
74 释放位置
76 紧固区段
80 源加热激光器
82 基板加热激光器
84 激光
86 光束
88 光方向
90 焦点区域
100 加热激光器光圈
102 光圈开口
110 入射角
112 表面法线
114 空间平面。

Claims (23)

1.一种用由层材料(58)制成的至少一个材料层(56)涂覆由基板材料(54)制成的基板(52)的涂覆设备(1)，所述涂覆设备(1)包括：处理腔室(10)，所述处理腔室具有处理容积(12)用于容纳基板支架(50)，所述基板支架(50)用于将所述基板(52)布置在所述处理容积(12)中的固定位置中，其中所述处理腔室(10)具有用于至少基本上完全地包围所述处理容积(12)的腔室壁(14)；气体系统(30)，所述气体系统以流体连通的方式连接到所述处理容积(12)，以用于在所述处理容积(12)中产生涂覆气氛(40)；以及源支架(60)，所述源支架布置在所述处理容积(12)中并且具有至少一种源材料(66)，所述源材料(66)优选地被容纳在源坩埚(62)中，其中所述源支架(60)和所述基板支架(50)还相对于彼此布置成使得热蒸发和/或升华的源材料(66)能够沉积在所述基板(52)上以用于至少部分地形成所述材料层(56)的所述层材料(58)，所述涂覆设备(1)还包括源加热激光器(80)，
其特征在于，
所述源加热激光器(80)被配置为连续地或至少基本上连续地提供激光(84)，并且所述处理腔室(10)具有耦合设备(18)，所述耦合设备具有在所述腔室壁(14)中的至少一个耦合区段(20)，所述耦合区段用于将源加热激光器(80)的激光(84)传导到所述处理容积(12)中，其中所述激光(84)至少逐区段作为光束(86)存在于所述处理容积(12)中，并且通过所述激光(84)，所述源材料(66)能够被加热并且能够在低于所述源材料(66)的等离子体产生阈值的情况下被热蒸发和/或升华。
2.根据权利要求1所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
通过将所述激光(84)直接地辐照到所述源材料(66)的源表面(68)上，所述源材料(66)能够由所述激光(84)直接地加热并热蒸发和/或升华。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述光束(86)与相对于具有源材料(66)的所述源坩埚(62)的坩埚表面(64)的表面法线(112)和/或相对于所述源材料(66)的源表面(68)的表面法线(112)围出在0°与90°之间、特别是在30°与70°之间、优选地50°的入射角(110)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述激光(84)的强度和/或波长适于所述对应源材料(66)，其中优选地，所述激光(84)具有0.01W至50kW的强度和/或10-8m至10-5m的波长。
5.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述处理腔室(10)在所述腔室壁(14)的内侧(16)处具有至少一个束捕捉器(22)，所述束捕捉器用于至少部分地吸收反射的激光(84)、特别是在所述源坩埚(62)的所述坩埚表面(64)处和/或在所述源材料(66)的所述源表面(68)处反射的激光(84)，其中所述束捕捉器(22)布置在所述光束(86)和相对于所述源坩埚(62)的所述坩埚表面(64)和/或相对于所述源材料(66)的所述源表面(68)的表面法线(112)所跨越的空间平面(114)中并且根据所述入射角(110)布置在所述腔室壁(14)的与所述耦合区段(20)相对地设置的区段处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述源支架(60)具有两种或更多种、特别是三种、优选地六种源材料(66)，每种源材料都优选地容纳在源坩埚(62)中，其中每种源材料(66)都能够由激光(84)的单独光束(86)加热并热蒸发和/或升华，并且其中所述源材料(66)优选地不相同。
7.根据权利要求6所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述耦合设备(18)具有用于将所述单独光束(86)中的至少两个传导到所述处理容积(12)中的共同耦合区段(20)。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述耦合设备(18)具有用于将所述单独光束(86)中的相应的至少一个传导到所述处理容积(12)中的至少两个单独耦合区段(20)，其中特别地，通过所述单独耦合区段(20)中的一个传导到所述处理容积(12)中的所述相应光束(86)与相对于相应的源坩埚(62)的坩埚表面(64)和/或相对于相应的源材料(66)的源表面(68)的所述表面法线(112)所跨越的空间平面(114)围出小于180°、优选地在90°与150°之间、特别是优选地为120°的角度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述光束(86)中的至少一个、优选地所述光束(86)的全部具有焦点区域(90)，其中在所述焦点区域(90)中，所述光束(86)具有垂直于所述光束(86)的光方向(88)的最小范围，其中所述焦点区域(90)进一步布置在所述处理容积(12)中、在所述耦合区段(20)与所述对应源材料(66)或所述对应源坩埚(62)之间。
10.根据权利要求9所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述光束(86)中的至少两个的所述焦点区域(90)重叠、特别是完全地或至少基本上完全地重叠，其中优选地，所述耦合设备(18)具有用于将这至少两个光束(86)传导到所述处理容积(12)中的共同耦合区段(20)。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述处理腔室(10)具有至少一个加热激光器光圈(100)，所述至少一个加热激光器光圈具有光圈开口(102)，其中所述加热激光器光圈(100)布置在所述处理容积(12)中，使得所述光束(86)中的至少一个的所述焦点区域(90)与所述光圈开口(102)重合或至少基本上重合。
12.根据权利要求11所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述光圈开(102)由所述源加热激光器(80)的所述激光(84)形成在所述加热激光器光圈(100)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述处理腔室(10)具有用于确定所述至少一种源材料(66)的温度和/或对应的源坩埚(62)的温度的至少一个热电偶(70)，其中特别地，所述至少一个热电偶(70)和/或所述源支架(60)具有可移动紧固区段(76)，所述以可移动紧固区段用于使所述热电偶(70)在测量位置(72)和释放位置(74)之间移动，和/或用于移动所述源支架(60)以可逆地提供所述源支架(60)的结束位置，在所述测量位置中所述热电偶接触所述源材料(66)和/或对应的源坩埚(62)，在所述释放位置中所述热电偶布置得远离所述源支架(60)以便所述源支架的移动，在所述结束位置中至少一个热电偶(70)在其测量位置(76)接触所述源材料(66)和/或对应的源坩埚(62)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述耦合设备(18)具有在所述腔室壁(14)中的至少一个另外的耦合区段(20)，其用于将基板加热激光器(82)的激光(84)传导到所述处理容积(12)中，其中所述激光(84)至少逐区段作为光束(86)存在于所述处理容积(12)中，并且所述基板(52)的所述基板材料(54)能够由所述激光(84)加热、特别是能够通过直接辐照直接地加热，其中优选地，所述激光(84)适于所述基板材料(54)和/或具有0.01W至50kW的强度和/或10-6m至10-4m的波长。
15.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆设备(1)，
其特征在于，
所述气体系统(30)具有用于将处理气体(42)供应到所述处理容积(12)中的处理气体供应装置(32)和用于在所述处理容积(12)中产生低压的泵系统(34)，其中所述泵系统(34)包括磁悬浮涡轮泵(36)。
16.一种用由层材料(58)制成的至少一个材料层(56)涂覆由基板材料(54)制成的基板(52)的涂覆设备(1)的处理腔室(10)，
其特征在于，
所述处理腔室(10)被配置为用于根据前述权利要求中任一项所述的涂覆设备(1)中。
17.一种在根据前述权利要求1至15中任一项所述的涂覆设备(1)中用由层材料(58)制成的至少一个材料层(56)涂覆由基板材料(54)制成的基板(52)的方法，
其特征在于，
源材料(66)用于至少部分地提供所述层材料(58)，所述源材料(66)被源加热激光器(80)的连续或至少基本上连续的激光(84)加热并在低于所述源材料(66)的等离子体产生阈值的情况下热蒸发和/或升华。
18.根据权利要求17所述的方法，
其特征在于，
通过将所述激光(84)直接地辐照到所述源材料(66)的源表面(68)上，所述源材料(66)直接地被所述激光(84)加热并热蒸发和/或升华。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，
其特征在于，
由基板加热激光器(82)的激光(84)加热、特别是通过直接辐照直接地加热所述基板(52)的所述基板材料(54)，其中优选地，使用适于所述基板材料(54)和/或具有0.01W至50kW的强度和/或10-6m至10-4m的波长的激光(84)。
20.根据权利要求17至19所述的方法，
其特征在于，
由所述涂覆设备(1)的所述气体系统(30)在所述处理容积(12)中提供具有在10-10毫巴与1毫巴之间、优选地小于10-3毫巴的涂覆气氛(40)。
21.根据权利要求17至20所述的方法，
其特征在于，
由所述涂覆设备(1)的所述气体系统(30)在所述处理容积(12)中提供涂覆气氛(40)，所述涂覆气氛具有作为处理气体的适于所述材料层(56)的所述层材料(58)的气态物质，特别是具有作为处理气体的分子氧和/或臭氧和/或氮和/或气态硒化合物和/或气态硫化合物。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，
其特征在于，
具有钙钛矿结构的氧化物、特别是掺杂有至少一种掺杂元素并具有钙钛矿结构的氧化物被制成作为所述层材料(58)，所述氧化物包含第一金属元素和第二金属元素，其中所述第一金属元素和所述第二金属元素、特别是还有所述至少一种掺杂元素被提供作为所述源材料(66)、优选地被提供在相应的一个源坩埚(62)中，并且分子氧和/或臭氧用作所述涂覆气氛(40)中的所述处理气体(42)，其中特别地，掺杂有铌并包含锶作为所述第一金属元素、钛作为所述第二金属元素和铌作为所述掺杂元素的钛酸锶被制成作为所述氧化物。
23.一种用至少一个材料层(56)涂覆的基板(52)，包括用由层材料(58)制成的至少一个材料层(56)涂覆的基板材料(54)的所述基板(52)，
其特征在于，
用至少一个材料层(56)涂覆的所述基板(52)在根据前述权利要求1至15中任一项所述的涂覆设备(1)中和/或使用根据前述权利要求17至22中任一项所述的方法制得。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110783459A (zh) * 2019-10-31 2020-02-11 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 膜层制作方法及发光器件
WO2022161605A1 (en) * 2021-01-27 2022-08-04 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Thermal laser evaporation system
EP4271850A1 (en) * 2021-02-18 2023-11-08 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method of providing a reaction chamber, reaction chamber and laser evaporation system
JP2024523692A (ja) * 2021-07-01 2024-06-28 マックス－プランク－ゲゼルシャフト ツール フェルデルンク デル ヴィッセンシャフテン エー．ファウ． 化合物の層を形成する方法
EP4320284A1 (en) * 2021-07-28 2024-02-14 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Apparatus for a thermal evaporation system and method of coating a coating region on a front surface of a substrate
EP4323561A1 (en) * 2021-07-28 2024-02-21 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method of coating a coating region on a front surface of a substrate and apparatus for a thermal evaporation system
CN117813416A (zh) * 2021-08-06 2024-04-02 马克斯·普朗克科学促进学会 光学元件及反应腔
WO2023174512A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Source arrangement and tle system
WO2023241795A1 (en) * 2022-06-15 2023-12-21 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Laser system and evaporation system
WO2024094304A1 (en) * 2022-11-03 2024-05-10 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method for heating of a substrate, substrate heater and thermal laser evaporation system
WO2024110040A1 (en) * 2022-11-24 2024-05-30 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method of using a tle system and tle system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4664940A (en) * 1983-03-07 1987-05-12 Marcel Bensoussan Process for the formation of a flux of atoms and its use in an atomic beam epitaxy process
JPH06172978A (ja) * 1992-12-08 1994-06-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザーアブレーション装置
JPH06271394A (ja) * 1993-03-19 1994-09-27 Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai レーザ蒸着装置用ターゲット及びこれを用いた酸化物超電導体の製造方法
CN101910452A (zh) * 2007-11-21 2010-12-08 Otb太阳能有限公司 连续或半连续激光沉积的方法和系统
CN101928932A (zh) * 2009-06-25 2010-12-29 Ap系统股份有限公司 可控制激光束长度及强度的激光加工设备
CN202861627U (zh) * 2012-09-21 2013-04-10 北京工业大学 大功率激光吸收装置
US20140227461A1 (en) * 2013-02-14 2014-08-14 Dillard University Multiple Beam Pulsed Laser Deposition Of Composite Films

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4701592A (en) * 1980-11-17 1987-10-20 Rockwell International Corporation Laser assisted deposition and annealing
JPS5842769A (ja) * 1981-09-09 1983-03-12 Tohoku Richo Kk 光ビ−ムを用いたイオンプレ−ティング装置
JPS60177178A (ja) * 1984-02-23 1985-09-11 Nec Corp 多層薄膜形成方法
JPS62222058A (ja) * 1986-03-25 1987-09-30 Tdk Corp 透明導電膜の形成方法
JP2505376B2 (ja) * 1986-10-27 1996-06-05 株式会社日立製作所 成膜方法及び装置
JPH0452271A (ja) * 1990-06-20 1992-02-20 Mitsubishi Electric Corp レーザ蒸着装置
JPH062115A (ja) * 1992-06-19 1994-01-11 Mitsubishi Electric Corp レーザ加工装置およびレーザ加工装置用遮蔽板の作製方法
JP3255469B2 (ja) * 1992-11-30 2002-02-12 三菱電機株式会社 レーザ薄膜形成装置
CA2540606C (en) * 1993-12-27 2009-03-17 Canon Kabushiki Kaisha Electron-emitting device and method of manufacturing the same as well as electron source and image-forming apparatus
JPH09263931A (ja) * 1996-03-25 1997-10-07 Agency Of Ind Science & Technol 真空処理方法、およびその真空処理装置
US6815015B2 (en) * 1999-01-27 2004-11-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Jetting behavior in the laser forward transfer of rheological systems
DE102007035166B4 (de) * 2007-07-27 2010-07-29 Createc Fischer & Co. Gmbh Hochtemperatur-Verdampferzelle mit parallel geschalteten Heizbereichen, Verfahren zu deren Betrieb und deren Verwendung in Beschichtungsanlagen
JP2009072789A (ja) * 2007-09-18 2009-04-09 Hamamatsu Photonics Kk レーザ加工装置
JP2010003939A (ja) * 2008-06-23 2010-01-07 Fujitsu Ltd 基板の製造方法、基板の製造装置及び基板
JP2013079437A (ja) * 2011-09-22 2013-05-02 Fujikura Ltd レーザーアブレーションを用いた成膜方法および成膜装置
JP2014133907A (ja) 2013-01-08 2014-07-24 Mitsubishi Electric Corp 成膜装置
US9934877B2 (en) * 2013-02-27 2018-04-03 Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia Nanocrystalline/amorphous composite coating for protecting metal components in nuclear plants cooled with liquid metal or molten salt
WO2014143235A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Integrated Plasmonics Corporation Ambient light assisted spectroscopy
TWI472635B (zh) * 2013-09-13 2015-02-11 Univ Nat Taiwan 脈衝雷射蒸鍍系統
CN103774097B (zh) * 2014-01-23 2015-07-01 中国科学院合肥物质科学研究院 强磁场辅助脉冲激光沉积系统
JP6593845B2 (ja) 2014-08-29 2019-10-23 国立研究開発法人産業技術総合研究所 有機材料膜又は有機無機複合材料膜のレーザー蒸着方法、レーザー蒸着装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4664940A (en) * 1983-03-07 1987-05-12 Marcel Bensoussan Process for the formation of a flux of atoms and its use in an atomic beam epitaxy process
JPH06172978A (ja) * 1992-12-08 1994-06-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザーアブレーション装置
JPH06271394A (ja) * 1993-03-19 1994-09-27 Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai レーザ蒸着装置用ターゲット及びこれを用いた酸化物超電導体の製造方法
CN101910452A (zh) * 2007-11-21 2010-12-08 Otb太阳能有限公司 连续或半连续激光沉积的方法和系统
CN101928932A (zh) * 2009-06-25 2010-12-29 Ap系统股份有限公司 可控制激光束长度及强度的激光加工设备
CN202861627U (zh) * 2012-09-21 2013-04-10 北京工业大学 大功率激光吸收装置
US20140227461A1 (en) * 2013-02-14 2014-08-14 Dillard University Multiple Beam Pulsed Laser Deposition Of Composite Films

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