CN2415041Y - 脉冲激光沉积大面积薄膜的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种脉冲激光沉积大面积薄膜的装置。电机轴楔入主转动块的孔内,电机轴带动主转动块旋转,辅转动块随主转动块旋转的同时进行自转,辅转动块上安装有偏心轴承,吊杆轴夹持在该轴承中,透镜挂在吊杆的底部,电机通过主转动块和辅转动块带动透镜在一个平面内作类似于月亮绕太阳运行轨迹的运行,激光束通过透镜和镀膜室入光窗口射入镀膜室,聚焦在靶材上进行扫描剥离,等离子体沉积在基片上形成均匀的大面积薄膜。
Description
本实用新型属于脉冲激光沉积薄膜技术，具体涉及一种脉冲激光沉积大面积薄膜的装置。
高温超导因其高的临界转变温度、高的临界电流密度、低的微波表面电阻、灵敏的红外响应和易制成Josephson结等特性，使得它在微电子学领域和电力系统等领域中有着广阔的应用前景。因此制备出高质量的超导薄膜一直是国内外研究人员的重要攻关课题。
自从贝尔实验室于1987年率先尝试用准分子激光沉积高温超导薄膜以来，激光沉积技术显示出保成分性、沉积速率大、粒子活性高等优点，成为制备高温超导薄膜的最主要制备工艺之一。但由于激光剥离的粒子束集中在靶面上激光作用点处法线附近的狭小区域内，如果不采取适应的措施，所沉积出的超导薄膜均匀区域均小于1cm2。因此如何用脉冲激光沉积技术制备出大面积均匀的高质量超导薄膜一直是该领域研究热点之一。
90年代初，国内外研究人员相继提出了基片扫描法、基片旋转法、靶体倾斜旋转法和激光圆形扫描沉积法。它们均使得激光沉积的超导薄膜均匀面积得到了一定程度的提高。但是前三种方法使得真空系统庞大而复杂，特别是在制备大面积薄膜时，由于机械装置的大范围运动，将影响或破坏真空室内气体的动态平衡，使得沉积条件发生变化，降低超导薄膜的质量。激光圆形扫描沉积法是本申请人1992年2月18日申请的“激光沉积大面积超导薄膜的方法及其装置”(专利号为：92100640．3)中所提出的，其基本思想是：在真空室外通过一个光学变换传输系统，使得激光束沿圆形轨迹运动，对靶材进行扫描剥离。由于激光剥离点相对于基片位置在不断改变，因此所形成的粒子束也相对于基片位置不断变化。两者的迭加效应就可在基片上沉积出大面积薄膜。实验表明，与激光束不动时的沉积结果相比，本方法所制备出的薄膜均匀区域面积增加10倍以上，在直径为35mm的区域内厚度均匀度大于90％。但这种激光扫描方式由于扫描轨迹简单(圆形)，虽然均匀面积和均匀度改善较光束静止方法来说均有较大程度的提高，但改善幅度仍然有限，离产业化要求还有一定距离。
本实用新型的目的在于提供一种脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，该装置能进一步增大均匀面积和提高均匀度，并能制备各种材料的大面积均匀薄膜。
为实现上述目的，本实用新型装置包括：电机、主转动块、轴承、吊杆、透镜、激光束、靶材和基片组成，其特征在于：电机轴楔入主转动块上的孔内，电机轴带动主转动块旋转，该装置还有一个辅转动块，辅转动块随主转动块旋转的同时进行自转，在辅转动块上开有偏心孔，该孔中安装有轴承，吊杆的吊杆轴夹持在轴承中，透镜挂在吊杆的底部，电机通过主转动块和辅转动块带动透镜在一个平面内作类似于月亮绕太阳运行轨迹的运行，激光束通过透镜和真空室的入光窗口聚焦在预置于真空镀膜室内的靶材上，位于真空镀膜室内的基片与靶材平行放置。
上述装置可采用皮带传送与齿轮传送二种方式实现。
利用本实用新型装置制备薄膜，在真空镀膜室入光窗口直径为60mm时，薄膜直径可达到50mm以上，膜的厚度均匀度可大于98％。在加大入光窗口直径时，薄膜直径可更大。该装置简单实用，价格低廉，可制备出大面积范围内厚度均匀的各类薄膜。且整套技术易于实现产业化。
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
图1为皮带传动方式的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置；
图2为图1所示的装置中的二个转动块在某一时刻的运动轨迹示意图；
图3为齿轮传动方式的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置。
图1是采用皮带传动方式实现本实用新型的一种实施例。如图中所示，主转动块2上开有一孔，孔的中心为O，在距O点距离为R1的位置P点(OP=R1)处开有另一个孔，该孔内安装有轴承6，辅转动块7在P处开有一孔，该孔内安装有辅转动块轴8，并用插销9加以固定，在辅转动块上距P点距离为R2的位置S点(PS=R2)处还开有一个孔，该孔内安装有轴承11。电机1上固定有一个固定盘，位于电机轴3的同侧，且与电机轴3同心。电机轴3楔入主转动块2的以O为中心的上述孔内，并用插销4加以固定。辅转动块轴8穿过轴承6，辅转动块7，通过传送带5与固定盘23联接在一起，吊杆12安装在吊杆轴10上，吊杆轴10夹持在轴承11内，吊杆12的底端挂有聚焦透镜13。电机1通过电机轴3和插销4带动主转动块2绕O旋转，其有效旋转半径为R1。主转动块2又通过传动带5带动辅转动块7绕P旋转，其有效旋转半径为R2。二个转动块在某一时刻的运动轨迹如图2所示。聚焦透镜13的光轴运行轨迹和S点的运行轨迹相同，即类似于月亮绕太阳的运行轨迹。激光束经过聚焦透镜13射入真空镀膜室内，经透镜聚焦后的焦点15会聚于预置在真空镀膜室18内的靶材16表面进行扫描剥离，扫描剥离所形成的等离子体蒸气羽沉积在与靶材平行放置的基片17上。由于焦点15的运行轨迹类似于月亮绕太阳的运行轨迹，比圆形轨迹复杂，等离子体蒸气羽就能在大面积范围内交叉重迭，在基片17上就能生长出面积大、厚度均匀的薄膜。可通过改变R1、R2及主、辅转动块的转速，以得到更好的沉积效果。只要能旋转形成有效旋转半径R1和R2，作类似于月亮绕太阳的运行轨迹的运行，主转动块2和辅转动块7可为任意形状，如盘状、长方体和扇形等形状。
图3为采用齿轮传动方式实现本实用新型的另一种实施例。在图3中，主转动块为转盘，电机1用二固定螺栓20固定在基座21上，底盘19也用二固定螺栓20固定在基座21一侧，主转动盘2为齿轮，并有一中心孔，电机轴3穿过底盘19的中心孔楔入主转动盘2的中心孔内，并用插销4加以固定。在底盘上安装有一个档板环22，辅转动盘7的形状为两个齿轮叠加，构成“T”型，辅转动盘(7)内、外齿轮分别与主转动盘(2)和底盘(19)构成如图3中24、25二处所示的齿轮咬合连接。其余部分与图1所示的装置相同。
Claims (9)
1、一种脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，由电机(1)、主转动块(2)、轴承(11)、吊杆(12)、透镜(13)、激光束(14)、靶材(16)和基片(17)组成，其特征在于：电机轴(3)楔入主转动块(2)上的孔内，电机轴(3)带动主转动块(2)旋转，该装置还有一个辅转动块(7)，辅转动块(7)随主转动块(2)旋转的同时进行自转，在辅转动块(7)上开有偏心孔，该孔中安装有轴承(11)，吊杆(12)的吊杆轴(10)夹持在轴承(11)中，透镜(13)挂在吊杆(12)的底部，电机通过主转动块(2)和辅转动块(7)带动透镜在一个平面内作类似于月亮绕太阳运行轨迹的运行，激光束通过透镜(13)和真空镀膜室(18)的入光窗口射入真空镀膜室(18)室内，并聚焦在预置于真空镀膜室(18)内的靶材(16)上，位于真空镀膜室(18)内的基片(17)与靶材(16)平行放置。
2、根据权利要求1所述的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，其特征在于：在距主转动块(2)的上述孔与与块的边缘之间的位置上开有另一孔，该孔中安装有轴承(6)，固定于辅转动块(7)上的辅转动块轴(8)穿过轴承(6)，电机(1)上有一固定盘(23)固定于电机轴(3)的同侧，且与电机轴(3)同心，辅转动块轴(8)通过传送带(5)与固定盘(23)联接起来。
3、根据权利要求2所述的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，其特征在于：所述主转动块(2)为盘状。
4、根据权利要求2或3所述的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，其特征在于：所述辅转动块(7)为盘状。
5、根据权利要求2所述的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，其特征在于：所述主转动块(2)为长方体。
6、根据权利要求2或5所述的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，其特征在于：所述辅转动块(7)为长方体。
7、根据权利要求2所述的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，其特征在于：所述主转动块(2)为扇形。
8、根据权利要求2或7所述的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，其特征在于：所述辅转动块(2)为扇形。
9、根据权利要求1所述的脉冲激光沉积大面积薄膜的装置，其特征在于：所述主转动块(2)为齿轮状，该装置有一个开有中心孔的底盘(19)，电机轴(3)穿过底盘(19)的中心孔楔入主转动块(2)的中心孔，在底盘上安装有一个档板环(22)，辅转动块(7)的形状为两个齿轮叠加，构成“T”型，辅转动块(7)内、外齿轮分别与主转动块(2)和底盘(19)构成齿轮咬合连接。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102051583A (zh) * | 2011-01-13 | 2011-05-11 | 深圳大学 | 一种脉冲激光沉积系统 |
| CN103668085A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-26 | 武汉理工大学 | 脉冲激光沉积装置 |
| CN106399949A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-02-15 | 重庆科技学院 | 脉冲激光沉积系统及采用该系统来沉积薄膜的方法 |
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