[发明专利]高通量薄膜制备并原位微结构表征的装置及方法

说明书

本发明提供一种高通量薄膜制备并原位微结构表征的装置及方法，属于薄膜材料高通量制备、微纳加工及微结构表征技术领域。该装置包括基体、激光器、激光加热器、镀膜设备、夹持样品杆、红外测温仪、减薄设备、微结构表征腔、微结构测试样品杆、插板，其中，基体置于镀膜设备的夹持样品杆上，激光器、激光加热器和红外测温仪分别安装在镀膜设备上，镀膜设备、减薄设备、微结构测量部件依次顺序通过插板连接。本发明通过夹持样品杆和微结构测试样品杆完成原位传输及腔体内功能的实现，能最大程度避免外界环境条件对薄膜性能的影响，发挥高通量薄膜技术的优势，精准获得高通量组分和厚度薄膜的结构与物理性质的变化规律。

技术领域

本发明涉及薄膜材料高通量制备、微加工及微结构表征领域，特别是指一种高通量薄膜制备并原位微结构表征的装置及方法。

背景技术

传统材料科学研究主要依赖“试错”实验方法，按照“提出假设-实验验证”的方式顺序迭代，从而不断逼近目标材料。这种方法会造成材料研发与应用的割裂，且具有效率低下、控制变量无法做到真正保证等非常明显的缺陷。于是为了缩短研发周期和研发成本，材料基因组计划被提了出来。2012年，中国开始“材料基因组”工程计划，旨在通过高通量制备技术和高通量表征技术的发展带动材料研发模式的改变，大大提高新材料研发速度，使中国在材料领域迅速赶超欧美等工业大国。目前主流的高通量制备技术主要有掩膜法和共沉积法，这两种方法都可以得到成分或者厚度连续分布的材料。

这里微结构表征的原理是：由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束均匀电子束斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调焦和电磁透镜放大后，可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，属于埃“原子”量级，但是测试前样品需要很薄，以让电子可以穿透过薄膜，所以在测试微结构前，需要通过使用离子束轰击的方式将薄膜减薄至可以透过的厚度。

本装置将高通量薄膜制备、减薄及微结构表征联接一起可以完成高通量薄膜的原位微结构表征装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高通量薄膜制备并原位微结构表征的装置及方法。本发明获得成分及厚度变化的双变量薄膜之后，再通过特定设计的可夹持样品杆和微结构测试样品杆从而原位减薄为微结构表征制样，然后原位传入微结构表征部件中实现原位微结构表征。

该装置包括基体、激光器、激光加热器、镀膜设备、夹持样品杆、红外测温仪、减薄设备、微结构表征腔、微结构测试样品杆、插板，其中，基体置于镀膜设备的夹持样品杆上，激光器、激光加热器和红外测温仪分别安装在镀膜设备上，镀膜设备、减薄设备、微结构测试腔依次顺序通过插板连接，微结构表征腔中安装有微结构测试样品杆。

其中：

所述镀膜设备采用双靶位，基体位于镀膜设备的被溅射靶位的正上方。激光加热器作用在基体的背面，热辐射方式为均匀加热。

减薄设备内置检测器、液态镓金属源、电场加速配件。微结构表征腔内含场发射电子枪、聚光镜镜组、聚光镜光阑、物镜光阑、选区光阑、加速管、成像与放大系统。

夹持样品杆能够拆卸，且此样品杆中心区域样品槽可以再次拆卸置于微结构表征样品杆上，此样品杆形状设计也是完成原位减薄和微结构测试的关键，固定夹持的物品形状为片状物，尺寸为10*10mm；基体尺寸为10*10mm，厚度为几百um。

插板包括插板一和插板二，其中插板一连接镀膜设备和减薄设备，插板二连接减薄设备和微结构表征腔；减薄设备和微结构表征腔一直通过机械泵和分子泵维持在真空状态。

该装置的使用方法，包括步骤如下：