[发明专利]一种形貌可控的微纳结构薄膜的制备系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜的制备领域，尤其涉及一种形貌可控的微纳结构薄膜的制备系统及其制备方法。

背景技术

一直以来，薄膜制备技术主要用于制备传统的各向同性的一维光子晶体薄膜。上世纪九十年代，K.Robbie等人利用倾斜沉积制备出了螺旋状的微纳尺寸的多孔状薄膜，此法在原有的传统物理气相沉积的基础上，改变沉积装置的安放，收到了意想不到的效果。

此种倾斜装置制备出的薄膜，其形貌可通过对沉积参数的控制来加以改变，故称其为雕塑薄膜。

通过倾斜沉积方法制备出来的雕塑薄膜，突破了传统意义上薄膜为一维光子晶体的界线，制备出不同于一维的具有特定形貌特征的薄膜。一般常见的形貌特征包括：柱状、螺旋状、Z字形结构、S形结构、C形结构。此种制备方法与传统方法相比，其对薄膜的制备要求相反。传统的薄膜制备方法总是希望得到一种膜层致密、表面少粗糙的薄膜。而此种倾斜沉积方法则是增大表面粗糙度，使膜层出现多孔疏松状态。从而实现传统薄膜无法实现的特殊光学、机械特性。然而现在还未提出有效的制备手段，故将此倾斜沉积方法应用于实验并对装置进行改正便成了当务之急。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种操作简单、控制精确的形貌可控的微纳结构薄膜的制备系统及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种形貌可控的微纳结构薄膜的制备系统，其包括用于真空镀膜的真空室、设于真空室内的蒸发源及基片，还包括用于控制基片倾斜角度的第一步进马达、用于控制基片在其表面平面内做旋转运动的第二步进马达、与第一步进马达连接的脉冲发生控制装置、与第二步进马达连接的马达精度调节装置。

基片的侧面固定于第一步进马达的输出轴上，基片的背面固定于第二步进马达的输出轴上。

两个马达均通过固定装置固定于真空室内。

两个马达的输出轴均通过固定配件固定于基片上，其中配件为耐高温胶制得。

蒸发源表面及基片表面的夹角大于70°。

本发明还提供了一种形貌可控的微纳结构薄膜的制备方法，其包括以下步骤：(1)通过脉冲发生控制装置及第一步进马达设定基片与蒸发源的倾斜角度，设定好沉积角度；(2)根据需要沉积于基片上的薄膜形貌，通过马达精度调节装置及第二步进马达设定基片的旋转方式；(3)根据上述设定的参数进行薄膜沉积镀制。

脉冲发生控制装置通过脉冲发生数、脉冲频率及脉冲方向分别控制第一步进马达的旋转次数、旋转速度及旋转方向。

马达精度调节装置通过将脉冲转角细分为若干等份的细分单元及转轴旋转方向控制单元，来分别控制第二步进马达的旋转角度及旋转方向。

(1)通过脉冲发生控制装置及第一步进马达调整基片与蒸发源处于一倾斜角度，马达精度调节装置及第二步进电机停止工作，镀制呈倾斜柱状结构的薄膜；(2)通过脉冲发生控制装置及第一步进马达调整基片与蒸发源处于一倾斜角度，马达精度调节装置及第二步进电机控制基片低速旋转，形成螺旋状结构的薄膜；(3)先通过脉冲发生控制装置及第一步进马达调整基片倾斜一角度，在镀制过一段时间之后，再将基片向反方向倾斜一角度，再过一段时间后恢复至初始之倾斜角度，如此往复数次，形成Z字形结构的薄膜；(4)先通过脉冲发生控制装置及第一步进马达调整基片倾斜一角度，在蒸镀过程中，马达精度调节装置及第二步进电机控制基片高速旋转，形成垂直柱状结构的薄膜。

本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

本发明具有操作简单、控制精确的特点。其装置不用经过复杂的程序操作，只需对几个控制装置进行设置即可实现对基片的倾斜角度、旋转速度进行控制，且可在镀制过程中随时改变参数而不用中止镀膜进程。其控制精度范围大，从几十转每分钟到零点几转每分钟，足以满足多种形貌镀膜条件的需要。

另外，本发明改装方便，均为小组件组成，其拆分组装均可在短时间内完成，且通用性良好，可比较轻易地移值于其他镀膜机中，固定装置及其配件的使用极大地方便了镀膜中参数改变情况下，对镀膜空间改造的任务，而不用对原有结构进行改变，各组成部件均可根据实际需要而进行升级。

附图说明

图1a及1b为本发明的形貌可控的微纳结构薄膜的制备系统的结构示意图；

图2为倾斜沉积的原理图；

图3为本发明中第一步进马达旋转角度与实际沉积角度对应曲线图；

图4为利用本发明镀制出的四种典型形貌，a为倾斜柱状，b为螺旋状，c为Z字形，d为垂直柱状。

具体实施方式

现结合附图对本发明做一个详细说明：