RU135638U1 - DEVICE FOR PULSE LASER DEPOSITION OF NANOSTRUCTURED MATERIALS - Google Patents
DEVICE FOR PULSE LASER DEPOSITION OF NANOSTRUCTURED MATERIALS Download PDFInfo
- Publication number
- RU135638U1 RU135638U1 RU2013120679/28U RU2013120679U RU135638U1 RU 135638 U1 RU135638 U1 RU 135638U1 RU 2013120679/28 U RU2013120679/28 U RU 2013120679/28U RU 2013120679 U RU2013120679 U RU 2013120679U RU 135638 U1 RU135638 U1 RU 135638U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- substrate
- laser
- axis
- vacuum chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
1. Устройство для импульсного лазерного осаждения, включающее импульсно-периодический лазер, поворотное зеркало, собирающую линзу (объектив), вакуумную камеру с входными оптическими окнами, в одно из которых заводится лазерное излучение, мишень, механизм смены мишеней, располагающуюся напротив мишени подложку, механизм смены и нагрева подложек, отличающееся тем, что между подложкой и мишенью в непосредственной близости от подложки располагается плоский экран, край которого перемещается над поверхностью подложки заданным образом для получения плоской или клиновидной или более сложной поверхности пленок и многослойных структур.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мишень и подложка медленно вращаются по оси для равномерной выработки материала и однородного роста пленки соответственно.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина пленок в процессе роста контролируется кварцевым (либо элипсометрическим, либо интерферометрическим) измерителем.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мишень выполнена в виде цилиндра, вращающегося по оси и совершающего периодические линейные движения вдоль оси для равномерной выработки материала.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде цилиндра или многогранника, вращающегося по оси и совершающего периодические линейные движения вдоль оси для однородного роста пленки.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мишень выполнена в виде конуса, а цилиндрическая соосная подложка поступательно-вращательно движется к мишени заданным образом.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде ленты, перематывающейся с одного ба1. A device for pulsed laser deposition, including a pulse-periodic laser, a rotary mirror, a collecting lens (objective), a vacuum chamber with input optical windows, one of which has laser radiation, a target, a target change mechanism, a substrate located opposite the target, a mechanism change and heating of substrates, characterized in that between the substrate and the target in the immediate vicinity of the substrate is a flat screen, the edge of which moves above the surface of the substrate in a predetermined manner for teachings flat or wedge-shaped or more complex surface films and multilayer struktur.2. The device according to claim 1, characterized in that the target and the substrate rotate slowly along the axis for uniform material production and uniform film growth, respectively. The device according to claim 1, characterized in that the film thickness during growth is controlled by a quartz (or ellipsometric or interferometric) meter. The device according to claim 1, characterized in that the target is made in the form of a cylinder rotating along the axis and performing periodic linear movements along the axis for uniform production of material. The device according to claim 1, characterized in that the substrate is made in the form of a cylinder or a polyhedron rotating along the axis and performing periodic linear movements along the axis for uniform film growth. The device according to claim 1, characterized in that the target is made in the form of a cone, and the cylindrical coaxial substrate translationally rotationally moves toward the target in a predetermined manner. The device according to claim 1, characterized in that the substrate is made in the form of a tape rewinding from one ba
Description
Полезная модель относится к лазерной технике и технике вакуумного напыления, в частности к устройствам, применяемым для создания наноструктурированных материалов, а именно, для роста пленок, многослойных тонкопленочных структур и синтеза наночастиц полупроводников, диэлектриков, металлов, полимеров и биосовместимых материалов методом импульсного лазерного осаждения.The utility model relates to laser and vacuum deposition techniques, in particular to devices used to create nanostructured materials, namely, to grow films, multilayer thin-film structures and the synthesis of nanoparticles of semiconductors, dielectrics, metals, polymers and biocompatible materials by pulsed laser deposition.
Метод импульсного лазерного осаждения, в отличие от других существующих методов синтеза обладает возможностью в широком интервале изменять энергетический спектр (1-100 эВ), степень ионизации и плотность осаждаемых частиц и, поэтому, является одним из перспективных инструментов современных нанотехнологий. Метод импульсного лазерного осаждения обеспечивает конгруэнтность испарения мишеней любого состава и глубокий эффективный вакуум в момент осаждения благодаря высокой плотности частиц (~1014÷1017 см-3) в абляционном плазменном факеле. Одновременно достигается возможность введения легирующих примесей как из твердой фазы (мишень), так и из газовой фазы (контролируемый напуск газа в вакуумную камеру). Это дает возможность точно управлять стехиометрией состава пленок в процессе роста, а также исключает присутствие посторонних соединений в момент осаждения и роста тонких пленок, обеспечивая, таким образом, чистоту эксперимента.The pulsed laser deposition method, unlike other existing synthesis methods, has the ability to change the energy spectrum (1-100 eV), the degree of ionization, and the density of the deposited particles over a wide range and, therefore, is one of the promising tools of modern nanotechnology. The pulsed laser deposition method ensures congruence of evaporation of targets of any composition and a deep effective vacuum at the time of deposition due to the high particle density (~ 10 14 ÷ 10 17 cm -3 ) in an ablation plasma torch. At the same time, the possibility of introducing alloying impurities both from the solid phase (target) and from the gas phase (controlled gas inlet into the vacuum chamber) is achieved. This makes it possible to precisely control the stoichiometry of the film composition during growth, and also eliminates the presence of foreign compounds at the time of deposition and growth of thin films, thus ensuring the purity of the experiment.
Известно устройство для лазерно-плазменного напыления (свидетельство на полезную модель РФ №14405 от 20.03.2000 г., МПК-6: H01L 21/00; С23С 14/46, опубликованное 20.07.2000 г.). Недостатками данного устройства является отсутствие возможности полной сепарации напыляемых частиц, большие габариты и высокую скорость вращения сепаратора, связанную с устройством механической сепарации.A device for laser-plasma spraying is known (certificate for utility model of the Russian Federation No. 14405 dated 03/20/2000, IPC-6: H01L 21/00; С23С 14/46, published on July 20, 2000). The disadvantages of this device are the inability to completely separate the sprayed particles, the large size and high speed of rotation of the separator associated with the mechanical separation device.
Известно устройство для лазерного напыления и исследования тонких пленок (свидетельство на полезную модель РФ №405 от 17.08.1993 г., МПК-6: С23С 14/00, опубликованное 16.05.1995 г.), содержащее герметичную рабочую камеру с измерителем параметров пленок, окно для подачи лучевой энергии, мишень и держатель подложки. Герметичная рабочая камера снабжена дополнительной герметичной камерой, в которой размещены мишень, держатель подложки и окно для подачи лучевой энергии. Недостаток известного устройства заключается в сложности конструкции (наличие двух камер), которая обусловлена необходимостью анализа получаемых сверхпроводящих пленок в вакууме вследствие деградации поверхности пленок от соприкосновения их с окружающей средой. Также отсутствует система напуска газов и не предусмотрена возможность смены мишеней, что необходимо при создании многослойных структур из различных соединений.A device for laser spraying and research of thin films is known (certificate for utility model of the Russian Federation No. 405 of 08/17/1993, MPK-6: C23C 14/00, published on 05/16/1995), containing a sealed working chamber with a meter for film parameters, a window for supplying radiation energy, a target and a substrate holder. The sealed working chamber is equipped with an additional sealed chamber in which the target, the substrate holder and the window for supplying radiation energy are placed. A disadvantage of the known device lies in the complexity of the design (the presence of two chambers), which is due to the need to analyze the resulting superconducting films in vacuum due to degradation of the surface of the films from their contact with the environment. There is also no gas inlet system and the possibility of changing targets is not provided, which is necessary when creating multilayer structures from various compounds.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для лазерно-плазменного напыления (ПРОТОТИП) (свидетельство на полезную модель РФ №89906 от 06.07.2009 г., МПК-51: H01L 21/00; С23С 14/46, опубликованное 20.12.2009 г.), содержащее импульсный лазер, объектив, мишень, механизм смены мишеней, подложку с напыляемой пленкой, механизм нагрева и смены подложек, устройство сепарации напыляемых частиц. Недостатками данного устройства является ограниченная размерами сепаратора площадь напыляемых пленок и отсутствие возможности синтеза пленок со сложной геометрией поверхности.Closest to the proposed utility model is a device for laser-plasma spraying (PROTOTYPE) (certificate for utility model of the Russian Federation No. 89906 dated July 6, 2009, IPC-51: H01L 21/00;
Общими признаками прототипа и полезной модели технического решения являются:Common features of the prototype and utility model of a technical solution are:
наличие импульсного лазера, объектива, мишени, механизм смены мишеней, подложки с напыляемой пленкой, механизм нагрева и смены подложек.the presence of a pulsed laser, a lens, a target, a mechanism for changing targets, a substrate with a sprayed film, a mechanism for heating and changing substrates.
Задачей полезной модели является создание универсального устройства для синтеза наночастиц, вакуумного роста тонких пленок, многослойных структур и покрытий многокомпонентного состава с плоской (клиновидной и более сложной) поверхностью, а также для исследования лазерного факела.The objective of the utility model is to create a universal device for the synthesis of nanoparticles, the vacuum growth of thin films, multilayer structures and coatings of multicomponent composition with a flat (wedge-shaped and more complex) surface, as well as for studying a laser plume.
Устройство импульсного лазерного осаждения наноструктурированных материалов поясняется тремя рисунками. На рисунках представлено:The device for pulsed laser deposition of nanostructured materials is illustrated by three figures. The figures show:
1 - импульсный лазер;1 - pulsed laser;
2 - поворотное зеркало-сканатор;2 - swivel mirror scanner;
3 - собирающая линза (объектив);3 - collecting lens (lens);
4 - вакуумная камера;4 - a vacuum chamber;
5 - мишень,5 - target
6 - турель для смены мишеней;6 - turret for changing targets;
7 - лазерный факел;7 - laser torch;
8 - подложка;8 - substrate;
9 - нагреватель подложки;9 - substrate heater;
10 - экран;10 - screen;
11 - система вакуумных насосов;11 - a system of vacuum pumps;
12 - персональный компьютер;12 - personal computer;
13 - система напуска газов;13 - gas inlet system;
14 - спектрометр (либо зонд Ленгмюра);14 - spectrometer (or Langmuir probe);
Излучение импульсного (импульсно-периодического) лазера 1 заводится с помощью поворотного зеркала, закрепленного на электромагнитном сканаторе 2, в вакуумную камеру 4 и с помощью объектива 3 фокусируется на мишень, расположенную на турели для смены мишеней 6. Лазерный факел 7, образованный в результате абляции мишени конгруэнтно переносится на расположенную напротив вращающуюся подложку 8, расположенную на нагревателе 9. Нагрев подложки может осуществляться резистивным нагревателем, высокочастотным нагревателем, либо облучением непрерывного лазера с модулируемой мощностью.The radiation of a pulsed (pulsed-periodic)
Между подложкой и мишенью в непосредственной близости от подложки располагается плоский экран 10, край которого перемещается над поверхностью подложки заданным образом для получения клиновидной и более сложной поверхности пленки и многослойных структур. Контроль толщины пленок может осуществляться количеством импульсов по заранее определенной скорости либо в процессе роста с помощью кварцевого (либо элипсометрического, либо интерферометрического) измерителя.Between the substrate and the target, in the immediate vicinity of the substrate, there is a
В процессе импульсного лазерного осаждения входное оптическое окно покрывается тонкой пленкой аблируемого материала, который начинает поглощать входящее лазерное излучение, снижая его интенсивность на мишени. Для решения этой проблемы предлагается следующее:In the process of pulsed laser deposition, the input optical window is covered with a thin film of ablated material, which begins to absorb the incoming laser radiation, reducing its intensity on the target. To solve this problem, the following is proposed:
1. Расположить внутри вакуумной камеры механизм смены дополнительных оптических окон.1. Place inside the vacuum chamber a mechanism for changing additional optical windows.
2. Входное оптическое окно отнести от мишени на максимально возможное расстояние с помощью вакуумного патрубка и использовать длиннофокусную собирающую линзу (объектив) с фокусным расстоянием не менее 50 см.2. Place the input optical window as far as possible from the target using a vacuum pipe and use a telephoto collecting lens (lens) with a focal length of at least 50 cm.
Откачка вакуумной камеры осуществляется системой вакуумных насосов 11. В процессе синтеза наноструктурированных материалов (либо в режиме постростового отжига) в вакуумную камеру контролируемо могут напускаться различные газы при помощи многоканальной системы напуска газов 13. Например, в атмосфере кислорода (О2) или азота (N2) происходит стехиометрический рост пленок оксидов и нитридов металлов, а в атмосфере инертных газов при абляции мишени осуществляется синтез (конденсация) наночастиц, размеры и дисперсия которых зависит от давления инертных газов в камере.The vacuum chamber is evacuated by a system of
В некоторых случаях легирование пленок осуществляется лучше при внедрении не атомной компоненты газов, а ионной. Для ионизации напускаемых газов в процессе роста пленок предлагается использовать ионизатор газов, выполненный в виде стеклянной трубки с электродами, внутри которой протекает газ. К электродам подается высоковольтное высокочастотное напряжение, в результате чего в трубке загорается емкостной тлеющий разряд. Ионизатор может располагаться как внутри вакуумной камеры, так и снаружи.In some cases, doping of the films is performed better when the ionic component of the gas is not introduced. It is proposed to use a gas ionizer, made in the form of a glass tube with electrodes, inside which gas flows, to ionize the injected gases during the film growth process. A high-voltage high-frequency voltage is applied to the electrodes, as a result of which a capacitive glow discharge illuminates in the tube. The ionizer can be located both inside the vacuum chamber and outside.
Для осаждения покрытий на внутреннюю стенку полой цилиндрической подложки 8 (труба) предлагается использовать мишень 5, выполненную в виде конуса (рис.2), при этом подложка располагается соосно и совершает поступательно-вращательные движения заданным образом, что обеспечивает однородное осаждение покрытий по заданному профилю.To deposit coatings on the inner wall of a hollow cylindrical substrate 8 (pipe), it is proposed to use a
Для импульсного лазерного осаждения покрытий на подложку в виде ленты предлагается использовать механизм, позволяющий в процессе осаждения перематывать ленту с одного барабана на другой заданным образом (рис.3). Держатель механизма с барабанами закреплен на вращающемся основании, что позволяет после прогонки и осаждения пленки на подложку-ленту перевернуть ее и наносить покрытие на тыльную сторону ленты. Таким образом, обеспечивается осаждение покрытия на ленту с двух сторон.It is proposed to use a mechanism for pulsed laser deposition of coatings on a substrate in the form of a tape, which allows rewinding the tape from one drum to another in a predetermined manner during the deposition process (Fig. 3). The holder of the mechanism with the drums is mounted on a rotating base, which allows after sweeping and deposition of the film on the substrate-tape to turn it over and apply the coating on the back side of the tape. Thus, the coating is deposited on the tape from two sides.
При использовании непрерывного лазерного излучения (например СО2 лазера) вместо импульсно-периодического осуществляется переход от метода импульсного лазерного осаждения к термическому напылению. Осаждение материала в таком режиме при достаточно высоком давлении буферного газа (100 мТорр-1 Topp) также может приводить к конденсации наночастиц на подложке.When using continuous laser radiation (for example, a CO 2 laser), instead of pulse-periodic, a transition is made from the method of pulsed laser deposition to thermal spraying. The deposition of material in this mode at a sufficiently high pressure of the buffer gas (100 mTorr-1 Topp) can also lead to the condensation of nanoparticles on the substrate.
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120679/28U RU135638U1 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | DEVICE FOR PULSE LASER DEPOSITION OF NANOSTRUCTURED MATERIALS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120679/28U RU135638U1 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | DEVICE FOR PULSE LASER DEPOSITION OF NANOSTRUCTURED MATERIALS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU135638U1 true RU135638U1 (en) | 2013-12-20 |
Family
ID=49785431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013120679/28U RU135638U1 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | DEVICE FOR PULSE LASER DEPOSITION OF NANOSTRUCTURED MATERIALS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU135638U1 (en) |
-
2013
- 2013-05-06 RU RU2013120679/28U patent/RU135638U1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2662321B2 (en) | Surface treatment method using ultra-slow cluster ion beam | |
TWI467039B (en) | Film forming method and oiling substrate | |
WO2010041524A1 (en) | Film-forming method | |
US20150129087A1 (en) | Method of making porous nitrogenized titanium coatings for medical devices | |
JP2014520966A5 (en) | ||
EP2762605B1 (en) | Film formation method and film formation apparatus | |
Serbezov et al. | Investigation of superfast deposition of metal oxide and Diamond-Like Carbon thin films by nanosecond Ytterbium (Yb+) fiber laser | |
Ayesh et al. | Mechanisms of Ti nanocluster formation by inert gas condensation | |
Lorusso et al. | Characterisation of Pb thin films prepared by the nanosecond pulsed laser deposition technique for photocathode application | |
Oskirko et al. | Dual mode of deep oscillation magnetron sputtering | |
Zeb et al. | Deposition of diamond-like carbon film using dense plasma focus | |
RU135638U1 (en) | DEVICE FOR PULSE LASER DEPOSITION OF NANOSTRUCTURED MATERIALS | |
Nazabal et al. | Amorphous thin film deposition | |
JPS63286570A (en) | Thin film formation device | |
Wang et al. | Preparation of silicon carbide film by a plasma focus device | |
Boyadjiev et al. | Characterization of MAPLE deposited WO3 thin films for electrochromic applications | |
RU2653399C2 (en) | Method of amorphous oxide of aluminum coating by reactive evaporation of aluminum in low pressure discharge | |
RU2466207C2 (en) | Method for synthesis of nanostructure film on article and apparatus for realising said method | |
Jadhav et al. | Pulsed laser deposition of graphite in air and in vacuum for field emission studies | |
Deng et al. | Comparison of vanadium oxide thin films prepared using femtosecond and nanosecond pulsed laser deposition | |
Volpian et al. | Magnetron technology of production of gradient optical coatings | |
JP3080096B2 (en) | Fabrication method of large area thin film | |
Cancea et al. | Analysis of zirconia thin films grown by Pulsed Laser Deposition | |
RU2407102C2 (en) | Method for generation of nanostructures | |
Malhotra et al. | AFM, XRD and optical studies of silver nanostructures fabricated under extreme plasma conditions |