[发明专利]组合薄膜制备装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及组合薄膜制备装置和方法。

背景技术

组合薄膜（Combinatorial films）是由不同组分构成的薄膜，通过对前驱材料的选取可获得具有各种功能的薄膜，例如超导、铁电、介电等拥有丰富相变的材料。因其材料相图丰富，应用前景广阔，业已成为业内关注的重点。现有技术中常采用组合激光分子束外延技术制备组合薄膜，组合激光分子束外延技术采用不同材料制成的靶材，通过准分子激光轰击相应材料的靶材，溅射出相应的前驱组分，从而使前驱组分沉积在衬底上。通过依次对不同材料的靶材进行周期性溅射，使衬底上形成组合薄膜。

中国发明专利申请CN201310413317公开了一种利用组合激光分子束外延技术制备二元组合薄膜的设备和方法，其通过轴向转动代替机械手运动以及连续匀速地轴向运动可避免由于掩模的停止-再启动过程中引起的组分的不连续性。如图1所示，掩模板11被设置为圆环形，掩模板11上具有设置在不同位置的两个方形的第一窗口111和第二窗口112，第一和第二窗口111和112的形状对应于介质衬底12的形状。掩模板11可沿其轴心方向进行匀速地顺时针或逆时针旋转，且掩模板41的转动频率可根据工艺要求进行设定，靶材13的转换与掩模板41的转动周期匹配，其可由计算机进行自动化控制。将靶材A置于介质衬底12对面，按照预定方向转动掩模板11并在介质衬底12完全暴露于掩模图案窗口111中时，控制激光开始轰击靶材A以溅射靶材A，从而在介质衬底上沉积A组分，控制掩模板11继续转动使得介质衬底12暴露于掩模图案窗口111中的区域逐渐减小，直至衬底暴露于掩模图案窗口111中的区域为零，停止靶材A的溅射。通过沿轴心匀速顺时针旋转，使得介质衬底12开始暴露于用于溅射组分B的第二窗口411b中并且暴露区域随着掩模板11的转动而逐渐增大。

在靶材A溅射完成后，再将靶材B置于衬底对面，按照所述预定方向转动掩模板11并在介质衬底12开始暴露于掩模图案窗口112中时，控制激光开始轰击靶材B以溅射靶材B，从而在衬底上沉积B组分，同时控制掩模板11继续转动使得介质衬底12暴露于掩模图案窗口112中的区域逐渐增大，直至介质衬底12完全暴露于掩模图案窗口112中，停止靶材B的溅射。

将掩模板设计为环形可以提高制备的连续性，但是，如图2所示，在溅射过程中，掩膜图案窗口相对于介质衬底运动时，掩膜图案窗口各部分绕转动轴的角速度相同，但线速度不同（参见图中的V1和V2）。因此得到的组合薄膜的组分不是沿直线梯度变化，而是呈现为沿放射性的梯度变化（也即，沿转动轨迹曲线的半径方向梯度变化）。这样的组合薄膜特性在某些后期表征和应用领域是不期望的。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种组合薄膜制备装置和方法，使得制备获得的组合薄膜组分沿直线地图变化。

第一方面，提供一种组合薄膜制备装置，包括移动掩膜板、靶材基座和衬底基座；

所述移动掩膜板为具有第一轴线的圆筒形，所述移动掩膜板根据控制围绕所述第一轴线旋转；所述移动掩膜板设置有至少一个掩膜图案窗口；

所述靶材基座用于固定靶材，所述靶材基座固定地或可移动地设置于所述移动掩膜板的内侧；

所述衬底基座用于固定沉积组合薄膜的介质衬底，所述衬底基座设置于所述移动掩膜板的外侧，并与所述靶材基座相对。

优选地，所述组合薄膜制备装置还包括靶材移动台，所述靶材基座固定设置于所述靶材移动台上，所述靶材移动台用于将所述靶材基座移动到所述移动掩膜板的内侧。

优选地，所述靶材移动台可围绕第二轴线旋转，所述第二轴线与第一轴线具有不为零的夹角。

优选地，所述组合薄膜制备装置还包括设置于移动掩膜板和所述衬底基座之间的固定掩膜板，所述固定掩膜板在与所述衬底基座相对的位置设置有掩膜图案窗口；

所述移动掩膜板设置有具有不同形状的第一掩膜图案窗口、第二掩膜图案窗口和第三掩膜图案窗口。

优选地，所述第一掩膜图案窗口和第二掩膜图案窗口分别具有倾斜方向相反的斜边；所述第三掩膜图案窗口具有与所述第二轴线平行的边。

优选地，所述掩膜板侧边设置有链条或轮齿，通过与所述链条或轮齿相配合的驱动齿轮驱动旋转。

优选地，所述掩膜板可拆卸地设置在所述组合薄膜制备装置中。

第二方面，提出一种基于如上所述的组合薄膜制备装置制备二元组合薄膜的方法，所述方法包括：