[发明专利]掩模限位连续组分扩展薄膜材料库制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜材料制备技术领域，涉及一种掩模限位连续组分扩展薄膜材料库制备方法，用于薄膜材料研究中制备组分扩展薄膜材料库以便高效率地对薄膜的成分进行优化筛选。

背景技术

薄膜材料的性能与它的组分密切相关。因此在薄膜材料研究中，为了得到最佳性能，必须制备各种材料组分的薄膜进行测试，并对结果进行比较。使用常规的研究方法，这一过程是顺序进行的，即制备一种组分的材料→测试→改变组分再制备→再测试……，反复进行，直到找到满足所需性能的材料组分。这样的研究需要大量的实验工作和时间、资金投入。

针对这一问题，研究人员把具有不同组分的薄膜制备在同一基片的不同位置上统一进行测试以提高效率，这就是组分扩展薄膜材料库。目前制备组分扩展薄膜材料库的方法主要有三种。第一种方法是对不同材料的多个溅射靶交替进行溅射，同时使用一个或多个移动掩模对基片进行相应的遮挡，将不同组分的材料制备成相互互补的楔形层，经过热扩散即可形成所期望的组分随位置的变化(H.Koinuma等，Nature Materials，V3，429-438，2004)。这种方法的缺点是：1)需要对掩模进行精确的定位与移动，使设备结构复杂，造价高；2)多靶的交替溅射方式和掩模复位需要的时间使薄膜制备的效率非常低，制备一个试样通常需要7、8个小时甚至更长的时间；3)由于需要层间热扩散过程，难以应用于较低温度(如室温)下薄膜的生长。第二种方法是在并列排布的2至3个不同材料的溅射靶之间放置基片，多靶的溅射同时进行，利用试样不同位置与靶材的距离及角度不同所自然形成的沉积率的差别来实现组分随位置变化(L.F.Schneemeyer等，Applied physics letters，V75，1967-1969，1999)。这种方法的缺点是：为了覆盖所需的组分范围，要求基片的尺寸较大，不便于测试分析；更重要的是，试样在制备过程中位于有效溅射区域边缘，这与通常薄膜制备时靶面正对基片的成膜环境不一致，所得的实验参数不一定适用于通常的薄膜制备工艺。第三种方法是在第二种方法的基础上，在每个靶前面安装一个可移动的掩模来控制组分在基片上变化的区域(Samuel Guerin等，J.Comb.Chem.，V8，66-73，2006)。这种方法的虽然能够把组分的变化限制在基片上所需要的范围内，但是与第二种方法一样，试样不在靶面正对的位置上，与通常薄膜制备时的成膜环境不一致。另一方面，这种方法要求在薄膜制备设备的特定位置上安装与靶数量相同的可移动掩模，并且要求能够在真空室外操作这些掩模的移动。实现这个目的需要专门设计的真空室，难以在已有的普通薄膜制备设备上使用或通过对已有的普通设备进行小规模改造实现，这使它的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种掩模限位连续组分扩展薄膜材料库制备方法，以解决现有的三种制备组分扩展薄膜材料库的方法中分别存在的设备结构复杂、造价高、效率低、不能用于缺少热扩散的较低温度下的薄膜生长研究、不易制备较小尺寸的试样、试样不在靶面正对的位置、不便于在普通薄膜制备设备上进行应用的问题。

本发明技术方案是：1)2或3个溅射靶呈旋转对称排布，靶面向旋转对称轴倾斜，各靶轴线交于旋转对称轴上一点。2)基片的中心位于靶轴线的交点处，基片表面与旋转对称轴垂直。3)基片与溅射靶之间放置一个固定大小的掩模，掩模的边的位置和方向要满足下述要求：对于任意一个靶，在旋转对称轴和该靶轴线所确定的平面内，用直线分别连接基片与该靶的两个距离最远的边缘点和两个距离最近的边缘点，两条直线交于一点，掩模有一个边过这点且与上述平面垂直。3)各溅射靶同时溅射。

本发明的效果和益处是：

所需的装置结构简单、造价低、便于安装在普通的薄膜制备设备上使用；薄膜制备效率高、可用于缺少热扩散的室温下的薄膜生长研究、组分在基片上变化的区域可控制；基片位于溅射靶面正对的位置，成膜环境与通常的薄膜制备相同。

附图说明

图1是使用双靶的实施方案示意图。

图2是使用三靶的实施方案示意图。

图中：1溅射靶；2溅射靶；3掩模；4基片；5旋转对称轴；6靶轴线；7靶轴线；8溅射靶；9溅射靶；10溅射靶；11掩模；12基片；13靶轴线；14靶轴线；15靶轴线。

图3是利用本发明制备的氮化硼硅试样的组分测试结果。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。