CN1814855A - 用于制备多组分薄膜的多蒸发源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备多组分薄膜的多蒸发源系统，包括真空室，真空室内布设有多个电子枪加热蒸发源，每个电子枪蒸发源包括一电子枪、一传感器和一坩锅，两两蒸发源之间均设置有电磁屏蔽装置。与现有技术相比，本发明通过在两两电子枪加热蒸发源之间设置电磁屏蔽装置后，有效地避免了电子枪之间的磁场干扰问题，保证了电子枪产生的电子束能够按照既定方向作用于蒸发材料，为多源多枪薄膜制备方法的应用创造了条件。同时，在传感器的端部设置套筒后，使得每个传感器只定向接收相对应蒸发源发出的蒸发粒子，既保证了传感器的检测准确性，又使探头不致接收过多到的蒸发粒子，从而有助于延长传感器的使用寿命。

Description

用于制备多组分薄膜的多蒸发源系统

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，特别涉及一种多组分薄膜制备过程中的多蒸发源系统。

背景技术

在电子工业、信息产业的印刷线路大规模制备和集成电路的微型化方面，薄膜材料独具优势。事实上，现代电子器件都是以薄膜为基础的，集成的电子器件更是如此。这两方面的因素促使薄膜技术飞速发展，现已成为一个国家现代工业水平的重要标志之一。

为了避免空气和浮尘的干扰和污染，现有薄膜制备都是在真空环境下进行的。物理气相沉积(PVD)是薄膜制备的基本方法之一，其主要步骤包括：首先在高能束作用下，块体材料表面蒸发或溅射为粒子，蒸气粒子在真空环境下快速膨胀形成非平衡射流，并与基片表面相撞，撞击基片表面的粒子，在适当的条件下沉积、形核、成岛、生长为薄膜。

物理气相沉积(PVD)分为蒸发和溅射两大类。常用的蒸发方法有电阻加热、电子束加热、脉冲激光加热和电弧加热等，它们通过提供足够的能量使块体材料蒸发或升华为蒸气粒子。在电子束物理气相沉积(EBPVD)过程中，高能电子经电场加速、磁场聚焦后，作用于蒸发材料表面，电子迅速将能量传递给蒸发材料，使其熔化并蒸发。电子束可以蒸发各种材料，蒸发时材料置于水冷坩埚之中，避免了坩埚材料对薄膜的污染，这对于制备高纯度活性材料，特别是活性难熔材料薄膜是至关重要的。

电子束物理气相沉积(EBPVD)又可以细分为单枪单源、单枪多源和多枪多源，其中采用多枪多源可以实现高性能薄膜的多组分反应共沉积。多枪多源电子束物理气相沉积(MEBPVD)的突出优点是各个源的蒸发速率可以独立控制，易于调整化学剂量比。与其它的薄膜沉积方法相比，MEBPVD具有清洁蒸发、适用各种材料、蒸发速率灵活可控、组分摩尔比易于调节、便于工业应用等综合的优越性能。然而，MEBPVD系统在多枪共同工作时，电子枪的电磁场之间将相互产生较强的干扰，影响电子枪的电子束无法按照既定方向作用于待蒸发材料的表面，从而影响制备的多组分薄膜的质量，并进而阻碍了多源多枪技术的发展。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的就是提供一种在多枪共同工作时，电子枪的电磁场之间相互不会产生干扰的用于制备多组分薄膜的多蒸发源系统。

为实现上述目的，本发明一种用于制备多组分薄膜的多蒸发源系统，包括真空室，真空室内布设有多个电子枪加热蒸发源，每个电子枪蒸发源包括一电子枪、一传感器和一坩锅，两两蒸发源之间均设置有电磁屏蔽装置。

进一步，所述电磁屏蔽装置为电磁屏蔽金属板。

进一步，所述每个传感器的端部均设置隔离套筒，该套筒具有一定的长度，套筒开口与传感器所在蒸发源中的坩埚相对。

进一步，所述真空室中至少设置有三个电子枪加热蒸发源。

进一步，所述电磁屏蔽金属板的高度与所述电子枪电子束的工作高度相匹配。

进一步，所述套筒由耐高温材料制成。

进一步，所述真空室中还设置有至少一电阻加热蒸发源。

本发明通过在两两电子枪加热蒸发源之间设置电磁屏蔽装置后，有效地避免了电子枪之间的磁场干扰问题，保证了电子枪产生的电子束能够按照既定方向作用于蒸发材料，为多源多枪薄膜制备方法的应用创造了条件。同时，在传感器的端部设置套筒后，使得每个传感器只定向接收相对应蒸发源发出的蒸发粒子，既保证了传感器的检测准确性，又使探头不致接收过多到的蒸发粒子，从而有助于延长传感器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的实施例用于制备多组分薄膜的三蒸发源系统的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为根据本发明三蒸发源系统制备的YBCO薄膜的微观晶相图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明用于制备多组分薄膜的多蒸发源系统：

图1和2中，在真空室1内均匀布置有三个电子枪和一个加热电阻3，基片7位于电子枪的上部，在两个电子枪2和电子枪2′之间、电子枪2和电子枪2″、电子枪2′和电子枪2″之间分别设置有金属板4、金属板4″和金属板4′，金属板4(4′、4″)的高度与各电子枪的电子束5的工作高度相同或略高，每个电子枪都带有一个传感器(图中未示出)及对应一个坩锅6，在每个传感器的端部都固定安装有一个套筒8，套筒8具有一定的长度，套筒8开口与传感器所在蒸发源中的坩埚相对，传感器的端部位于套筒8内，套筒8由耐高温的材料制成。

当制备YBCO薄膜时，首先在三个坩锅内分别放置有金属Yt、BaF₂和金属Cu块，根据需要设定好每个电子枪2(2′、2″)的蒸发速率，在电子束物理气相沉积过程中，高能电子经电场加速、磁场聚焦后，作用于蒸发材料Yt、BaF₂和Cu表面，电子迅速将能量传递给蒸发材料，使其熔化并蒸发。根据需要将基片7做二维平面运动，使蒸发粒子均匀沉积在基片7的表面，从而得到多组分的YBCO薄膜，如图3所示。

由于电子枪之间的金属板具有屏蔽作用，消除了电子枪之间的磁场相互干扰，保证了电子枪的正常工作。而每个电子枪对应的传感器端部是用于接收所对应的金属蒸发粒子的数量，从而检测蒸发源的蒸发速度，以便及时调整电子枪的功率，达到控制金属的蒸发速度的目的。当在传感器端部安装了套筒8之后，实现了传感器的定向接受作用，控制了传感器只能定向接收其对应的蒸发粒子，避免接收其它的蒸发粒子，保证了接收粒子的单一性。另外，由于套筒8的截面较小，导致传感器接受到的蒸发粒子的数量较少，延长了传感器的使用寿命。

根据多元组分薄膜的所需金属元素数量的要求，蒸发源的数量可以为四个蒸发源或五个蒸发源，甚至更多的蒸发源，只需要将若干个蒸发源均匀分布在真空室内，并且在两两蒸发源之间设置相匹配的金属板，将各蒸发源的电子枪的磁场相互屏蔽，就能制备多元组分薄膜。而对于待蒸发的金属材料为较低熔点的无机材料时，就使用加热电阻3对其进行加热蒸发。

Claims (7)

1、一种用于制备多组分薄膜的多蒸发源系统，包括真空室，真空室内布设有多个电子枪加热蒸发源，每个电子枪蒸发源包括一电子枪、一传感器和一坩锅，两两蒸发源之间均设置有电磁屏蔽装置。

2、根据权利要求1所述的多蒸发源系统，其特征在于，所述电磁屏蔽装置为电磁屏蔽金属板。

3、根据权利要求2所述的多蒸发源系统，其特征在于，所述每个传感器的端部均设置隔离套筒，该套筒具有一定的长度，套筒开口与传感器所在蒸发源中的坩埚相对。

4、根据权利要求3所述的多蒸发源系统，其特征在于，所述真空室中至少设置有三个电子枪加热蒸发源。

5、根据权利要求4所述的多蒸发源系统，其特征在于，所述电磁屏蔽金属板的高度与所述电子枪电子束的工作高度相匹配。

6、根据权利要求5所述的多蒸发源系统，其特征在于，所述套筒由耐高温材料制成。

7、根据权利要求6所述的多蒸发源系统，其特征在于，所述真空室中还设置有至少一电阻加热蒸发源。

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