CN2661701Y - 一种制备无机化合物薄膜的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的制备无机化合物薄膜的装置由电子束蒸发装置、基板和感应耦合等离子源构成，感应耦合等离子源包括ICP发射装置、匹配网络、射频电源和流量计，其中电子束蒸发装置、ICP发射装置和衬底置于同一真空室内。工作时，电子束蒸发装置以电子束轰击组成化合物的一种或几种元素的固态单质，使其蒸发，同时ICP发射装置将组成无机化合物的其中一种或几种元素的反应源气流生成等离子体，定向加速引至衬底，蒸发物料与等离子体源气在衬底表面发生反应，沉积成膜。本实用新型具有成本低、结构简单、适用广泛的特点，可制备多种无机化合物薄膜，特别是氧化物薄膜或其它必须以腐蚀性气体作为反应气源的化合物薄膜。
Description
技术领域
本实用新型涉及制备无机化合物薄膜的装置。
背景技术
电子束蒸发成膜技术，利用电子束高速轰击靶料形成的局部区域的高能量瞬间地蒸发物料，物料以部分电离的原子团或分子团的形式以较大的速率沉积到衬底上成膜。普通电子束蒸发常用于生长熔点较高的介质膜(如SiO2，ZrO2等)、半导体薄膜(如CdS、TiO2等)或难熔的金属薄膜电极(如Pt，Ti等)，由于成膜动能较大，其成膜结合牢固、质量较好，在光学薄膜、半导体薄膜等领域有广泛的应用。
相当一部分材料在成膜时衬底需加较高的温度，以形成特定的晶相。而许多硬质、宽禁带半导体薄膜要求在高温成膜的同时增加较大的压力。离子束照射可以提高成膜时的内应力并对某些晶相产生刻蚀作用，进而对薄膜生长动力学过程和相平衡产生影响。因此，八十年代末发展了离子轰击辅助电子束蒸发成膜方法(IBAD)。该方法是在电子束蒸发物料的同时，以一定能量的惰性气体或参与反应的离子轰击衬底，这样，膜内形成的较高压应力使得特定晶相的薄膜材料可以在较低反应温度下形成，而离子的刻蚀作用可以抑制不需要的晶相而促进特定晶相的形成。另外，离子的刻蚀作用也可以对薄膜的微结构进行有效的调控。其中的离子源可分为有极放电和无极放电两类。有极放电离子源主要是广泛应用的各种考夫曼型离子源。但在采用氧气(或其它腐蚀性气体)气源时，考夫曼型离子源裸露的金属电极容易被腐蚀，因此此类离子源的适用范围受到限制。感应耦合等离子源(Inductively Coupled Plasma：ICP)属于无极放电，它的设备简单，包括ICP发射装置、匹配网络、射频电源和流量计，由于有单独的能量供给，故容易控制。又因为感应耦合电离形式没有裸露的金属电极，所以特别适合于采用氧气或其它腐蚀性气体作为气源的情况。ICP若作为激发源时，靠离子轰击靶材，需要较大功率射频，势必导致设备体积增大，作为辅助源则所需功率大大降低。
发明内容
本实用新型的目的是将感应耦合等离子体源和电子束蒸发技术有机结合起来而提供一种结构简单、适用于多种反应气源的制备无机化合物薄膜的装置。
本实用新型的制备无机化合物薄膜的装置由电子束蒸发装置、基板和感应耦合等离子源构成，感应耦合等离子源包括ICP发射装置、匹配网络、射频电源和流量计，其中ICP发射装置、电子束蒸发装置和基板置于同一真空室内，ICP发射装置、匹配网络、射频电源三者电路用同轴电缆依次串联，ICP发射装置的气流管道与流量计相连。
工作时，电子束蒸发装置以电子束轰击组成化合物的一种或几种元素的固态单质，使其蒸发，同时ICP发射装置将组成无机化合物的其中一种或几种元素的反应源气流生成等离子体，定向加速引至衬底，蒸发物料与等离子体源气在衬底表面发生反应，沉积成膜。
本实用新型集电子束蒸发和感应耦合等离子源于一体，将电子束蒸发具有固态物料可选择范围广的优点和感应耦合等离子源结构简单、适用于多种反应气源的优点结合在一起，具有装置简单、可制备薄膜材料的种类多的特点。本实用新型装置将组成无机化合物的不同状态的元素以电子束蒸发和感应耦合等离子源的方式分别激活再反应成膜，并在成膜过程中提供薄膜内部或表面的微区高温高压热力学和动力学条件，使得诸如氮化硼、氮化碳等具有高键能的用常规方法难以得到的薄膜材料的制备成为可能，也使得必须以腐蚀性气体作为反应气源的化合物薄膜的IBAD制备方法成为可能，克服了传统考夫曼型离子源对反应气源选择的局限性，因而大大扩展了可制备无机化合物材料的种类范围。
附图说明
图1是本实用新型的装置结构示意图。
具体实施方式
参照图1，制备无机化合物薄膜的装置包括设在同一真空室8内的ICP发射装置1、电子束蒸发装置2和放置衬底的可加热、旋转的基板6，ICP发射装置1的同轴电缆与网络3的一端相连，网络3的另一端与射频电源4相连，ICP发射装置的气流管道与流量计5相连。真空室8由真空辅助系统7保持真空度。电子束蒸发装置2是e型电子枪，利用可加热、旋转的基板6，可以使镀膜均匀。
通常，使ICP发射装置离子束流引出的角度可调。感应耦合等离子源的运行参数如下：射频功率源300～800W，离子能量500～2000eV，电极出口的离子束流通量密度为2mA/cm2。工作时真空室的气压一般小于1×10-2Pa，这样可以同时满足ICP发射装置和电子束蒸发装置对真空度的要求。
制造无机化合物薄膜时，通过感应耦合等离子源向真空室中供应组成化合物的一种或几种元素的高纯源气体；通过射频电源以及栅极高电压的作用，使所供应的源气等离子体化，并以一定的束流密度和较高的能量状态定向输运到需要成膜的衬底上；同时，以一定能量的电子束轰击组成化合物的另一种或几种元素的固态单质，使其受热蒸发并在衬底附近与等离子体源气发生反应，所形成的化合物沉积在衬底上得到预定的化合物薄膜。通过控制成膜期间的衬底温度、电子束束流密度、等离子束束流通量密度及衬底与离子束的倾角等工艺参数，可以改变要形成的无机化合物薄膜的结晶条件和成膜性能参数。
Claims (1)
1.一种制备无机化合物薄膜的装置，其特征是由电子束蒸发装置(2)、基板(6)和感应耦合等离子源构成，感应耦合等离子源包括ICP发射装置(1)、匹配网络(3)、射频电源(4)和流量计(5)，其中ICP发射装置(1)、电子束蒸发装置(2)和基板(6)置于同一真空室(8)内，ICP发射装置(1)、匹配网络(3)、射频电源(4)三者电路用同轴电缆依次串联，ICP发射装置(1)的气流管道与流量计(5)相连。
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- 2003-08-27 CN CN 03210189 patent/CN2661701Y/zh not_active Expired - Fee Related
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