[实用新型]一种用于激光镀膜的衬底夹具

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于激光镀膜的夹具。

背景技术

激光镀膜技术(Pulsed laser deposition PLD)是目前较为前沿的镀膜技术，与传统的蒸发工艺和磁控溅射工艺相比较具有成膜气孔率低、成份均匀和平面生长等特点，因此，被广泛应用于航空航天、新能源汽车和生物传感技术等众多领域。随着纳米科学和微机电传感器技术的广泛应用，对于薄膜的质量提出更高的要求。目前，影响激光镀膜技术制备薄膜的重要因素之一是靶材与衬底间距离的调节，如果距离较近时会遮挡激光脉冲的光路，距离较远时激光脉冲形成的羽辉在衬底表面沉积效率较低、晶粒生长较大、均匀性变差。现有衬底夹具均是采用四端定位，即夹具的四个方向螺丝与夹片定位，随着更换和固定次数增加会使夹片的稳定性变差。

实用新型内容

本实用新型为解决现有靶材与衬底间距离不便调节，距离较近时衬底会遮挡激光脉冲的光路，距离较远激光脉冲形成的羽辉在衬底表面沉积效率较低、晶粒生长较大、均匀性变差以及现有夹具使用时间久后夹片的稳定性变差的问题，进而提供了一种用于激光镀膜的衬底夹具。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于激光镀膜的衬底夹具，包括夹具上盖、夹具主体，夹具上盖为圆柱体，夹具上盖沿其长度方向依次加工有中心通孔和中心螺纹孔，中心通孔与中心螺纹孔相互连通设置；所述夹具主体包括小圆柱段、圆台段、大圆柱段，小圆柱段固装在圆台段的小端，大圆柱段固装在圆台段的大端，小圆柱段、圆台段、大圆柱段依次同轴固接为一体，小圆柱段外侧壁上加工有外螺纹，夹具上盖与小圆柱段螺纹连接，三个定位销沿大圆柱段圆周方向均布设置，大圆柱段加工有中心盲孔，圆台段母线与圆台底面的夹角范围为35°～55°。

本实用新型的有益效果是：

一、将夹具主体的圆台段母线与圆台底面的夹角设计为35°～55°，便于靶材与衬底间距离的调节，调节时衬底的侧边与入射光线保持平行的同时进一步缩短了靶材与衬底间的距离，与现有的激光镀膜衬底夹具相比，激光脉冲形成的羽辉在衬底表面的沉积效率提高了一倍，晶粒生长小，薄膜分布均匀；

二、夹具上盖沿其长度方向依次加工有中心通孔和中心螺纹孔，中心通孔与中心螺纹孔相互连通设置，使得衬底的固定和更换方便容易，小圆柱段外侧壁上加工有外螺纹，夹具上盖与小圆柱段螺纹连接，用来固定衬底，与现有的衬底夹具相比稳定性更好。

附图说明

图1是本实用新型的具体实施方式一中夹具上盖1的立体图，图2是图1的主剖视图，图3是具体实施方式一中夹具主体的主视图，图4是图3的主剖视图，图5是图3的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～5所示，本实施方式的用于激光镀膜的衬底夹具，包括夹具上盖1、夹具主体2，所述夹具上盖1为圆柱体，夹具上盖1沿其长度方向依次加工有中心通孔1-1和中心螺纹孔1-2，中心通孔1-1与中心螺纹孔1-2相互连通设置；所述夹具主体2包括小圆柱段2-1、圆台段2-2、大圆柱段2-3，小圆柱段2-1固装在圆台段2-2的小端，大圆柱段2-3固装在圆台段2-2的大端，小圆柱段2-1、圆台段2-2、大圆柱段2-3依次同轴固接为一体，小圆柱段2-1外侧壁上加工有外螺纹，夹具上盖1与小圆柱段2-1螺纹连接，三个定位销2-5沿大圆柱段2-3圆周方向均布设置，大圆柱段2-3加工有中心盲孔2-4。

通过三个定位销和大圆柱段2-3上的中心盲孔2-4将夹具固定在激光镀膜设备上，圆台段2-2母线与圆台底面间的夹角范围为35°～55°。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述夹具上盖1的中心通孔1-1的直径d小于中心螺纹孔1-2的小径D1。如此设计，可更好的固定衬底。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述的夹具上盖1的直径d3小于夹具主体2的圆台段2-2的小端直径d4。此设计，保证在调节靶材和衬底间距离时，衬底的侧边不会遮挡脉冲光线。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述的圆台母线与圆台底面间的夹角为45°。如此设计，可使此衬底夹具的圆台段2-2与脉冲光线的最佳入射角度平行，提高激光脉冲形成的羽辉在衬底表面沉积的效率。其它步骤与具体实施方式三相同。

工作原理：

激光束聚集在靶材表面，在足够高的能量密度下和短的脉冲时间内，靶材吸收激光能量并使光斑处的温度迅速升高至靶材的蒸发温度以上而产生高温及烧蚀，靶材汽化蒸发，这些被蒸发出来的物质反过来又继续和激光相互作用，其温度进一步提高，形成区域化的高温高密度的等离子体，等离子体通过逆韧致吸收机制吸收光能，形成等离子体火焰，等离子火焰与激光束继续作用，进一步电离，等离子体的温度和压力迅速升高，并在靶面法线方向形成大的温度和压力梯度，使其沿该方向向外作等温和绝热膨胀，迅速形成一个沿法线方向向外的细长的等离子体羽辉，激光等离子体中的高能粒子轰击衬底表面，使其产生不同程度的辐射式损伤，粒子在衬底上生长出薄膜。