一種高通量組合材料制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料制備技術(shù)，具體是涉及一種高通量組合材料制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高通量組合材料制備技術(shù)的核心是在一塊較小的基片上同時(shí)集成生長成千上萬乃至上百萬種不同組分、結(jié)構(gòu)和性能的材料，并通過自動(dòng)掃描式或并行式快速表征技術(shù)獲得材料成分、結(jié)構(gòu)和性能等關(guān)鍵信息，快速構(gòu)建多元材料相圖或材料數(shù)據(jù)庫，從中快速篩選出性能優(yōu)良的材料或找到材料的“組分-結(jié)構(gòu)-性能”關(guān)聯(lián)性，以此提高材料研發(fā)的效率。在一塊較小基片上同時(shí)集成生長的不同組分、結(jié)構(gòu)和性能的材料被稱為高通量組合材料芯片，可與集成電路芯片或生物基因芯片類比。高通量組合材料芯片的制備過程通常分為“組合”和“成相”兩個(gè)階段，其中組合是將不同組成的材料按照一定順序和組合比例規(guī)律進(jìn)行順序堆疊，通?？刹捎眠B續(xù)掩模和分立掩模的方式來完成，然后通過分別采取低溫和高溫?zé)崽幚淼姆绞绞共牧习l(fā)生均勻混合和成相的過程，完成組合材料芯片的制備。
[0003]組合材料芯片通常可以通過磁控濺射、離子束濺射、溶液噴射等方式完成制備過程。其中離子束濺射鍍膜裝置相比其他幾種方法具有分辨率高、薄膜致密和控制精度高等特點(diǎn)，可以完成高樣品密度的、薄膜形態(tài)的組合材料芯片的精確制備。
[0004]2004 年，Xiao-Dong Xiang 在雜志《Applied Surface Science))上發(fā)表了文章(Xiao-Dong Xiang, High throughput synthesis and screening for funct1nalmaterials, Appl.Surf.Sc1., 223, 54-61，2004)。在該文中，公開了一種離子束派射鍍膜裝置，該裝置采用“鼓”狀的多靶材旋轉(zhuǎn)更換模塊，旋轉(zhuǎn)更換所需要靶材至石墨擋板窗口，使離子束可以入射至其表面，并濺射出靶材材料，結(jié)合連續(xù)或分立掩模在基片表面形成組合材料芯片如驅(qū)體的制備。
[0005]在上述的離子束濺射鍍膜裝置中，“鼓”狀靶材更換模塊雖可以完成靶材更換使用，但由于反濺出的原子運(yùn)動(dòng)的非定向性，易造成靶材的污染，進(jìn)而污染所制備的薄膜前驅(qū)體。而由于組合材料芯片前驅(qū)體要求高純度，雜質(zhì)存在可能提高低溫?cái)U(kuò)散過程的擴(kuò)散勢皇，同時(shí)易破壞外延薄膜晶格的完整性，造成一定程度的晶格缺陷，影響薄膜功能特性。
[0006]并且，在組合材料芯片的制備過程中，由于低溫和高溫?zé)崽幚磉^程對(duì)芯片的成相十分重要，往往該過程需要在一定的氣氛條件下完成，并且大氣中氧氣和水汽等氣體會(huì)對(duì)薄膜成分造成污染，上述的離子束濺射鍍膜裝置需要在大氣條件下將組合材料芯片取出，使組合材料芯片暴漏于空氣中，易對(duì)組合材料芯片造成污染。
[0007]另外，上述的離子束濺射鍍膜裝置只能內(nèi)置少量有限靶材于高真空環(huán)境下，更換靶材通常需要打開真空腔體，此過程中也造成靶材暴露于大氣條件下，由于上述問題，對(duì)于有些對(duì)氧氣敏感的靶材，該設(shè)備無法使用，降低了該設(shè)備的使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高通量組合材料制備裝置，在真空環(huán)境下實(shí)現(xiàn)多個(gè)靶材的更換和組合材料芯片前驅(qū)體的沉積，避免引入雜質(zhì)造成污染，以期得到高品質(zhì)的高通量組合材料芯片。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0010]一種高通量組合材料制備裝置，具有這樣的特征，包括:儲(chǔ)靶腔，用于儲(chǔ)存?zhèn)溆玫陌胁模恢苽淝?，通過離子束濺射在靶材表面并在基片表面反濺沉積多層薄膜材料從而形成組合材料芯片前驅(qū)體；以及換靶腔，在制備腔和儲(chǔ)靶腔之間傳遞或存取靶材；其中，儲(chǔ)靶腔內(nèi)、制備腔內(nèi)、以及換靶腔內(nèi)均為真空狀態(tài)。
[0011]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:還包括:原位熱處理腔，對(duì)組合材料芯片前驅(qū)體進(jìn)行原位熱處理；以及樣品過渡腔，向制備腔內(nèi)輸送基片，并將制備腔內(nèi)的組合材料芯片前驅(qū)體傳遞至原位熱處理腔。
[0012]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:換靶腔內(nèi)和樣品過渡腔內(nèi)均設(shè)有二維傳動(dòng)裝置。
[0013]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:儲(chǔ)靶腔與換靶腔之間、換靶腔與制備腔之間、制備腔與樣品過渡腔之間均由插板閥連接。
[0014]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:還包括設(shè)置在樣品過渡腔與原位熱處理腔之間的裝片臺(tái)；樣品過渡腔與裝片臺(tái)之間、原位熱處理腔與裝片臺(tái)之間均由插板閥連接。
[0015]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:儲(chǔ)靶腔內(nèi)設(shè)有容納若干靶材的活動(dòng)靶材架。
[0016]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:儲(chǔ)靶腔內(nèi)填充有降低氧分壓的吸氣劑。
[0017]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:制備腔內(nèi)設(shè)有:掩模板，承載靶材的靶材工作臺(tái)，以及承載基片的樣品臺(tái)。
[0018]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:原位熱處理腔為可拆卸式熱處理腔。
[0019]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:原位熱處理腔為可拆卸式熱處理腔；可拆卸式熱處理腔由快速拆卸法蘭連接插板閥。
[0020]進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置中，還可以具有這樣的特征:儲(chǔ)靶腔內(nèi)和制備腔內(nèi)的工作氣壓均小于5X 10_5托。
[0021]本發(fā)明在上述基礎(chǔ)上具有的積極效果是:
[0022]本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置，通過將儲(chǔ)靶腔、換靶腔、制備腔、樣品過渡腔、裝片臺(tái)、以及原位熱處理腔整合在一起并整體形成真空環(huán)境，在真空環(huán)境下實(shí)現(xiàn)靶材間的更換、組合材料芯片前驅(qū)體的沉積、到原位熱處理整個(gè)組合材料芯片全流程的制備，避免了靶材的污染，并減少制備裝置內(nèi)氧氣等污染源對(duì)薄膜造成的污染，從而得到高品質(zhì)的高通量組合材料芯片。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例中高通量組合材料制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的高通量組合材料制備裝置作具體闡述。
[0025]如圖1所示，本實(shí)施例提供的高通量組合材料制備裝置，其包括:儲(chǔ)靶腔1，換靶腔2，制備腔3，樣品過渡腔4，裝片臺(tái)5，以及原位熱處理腔6。
[0026]在本實(shí)施例提供的高通量組合材料制備裝置中，裝片臺(tái)5設(shè)置在樣品過渡腔4與原位熱處理腔6之間。并且，儲(chǔ)靶腔I與換靶腔2之間、換靶腔2與制備腔3之間、制備腔3與樣品過渡腔4之間、樣品過渡腔4與裝片臺(tái)5之間、原位熱處理腔6與裝片臺(tái)5之間均由插板閥7連接。
[0027]儲(chǔ)靶腔I用于儲(chǔ)存?zhèn)溆没驎簳r(shí)不用的靶材。具體的，儲(chǔ)靶腔I內(nèi)設(shè)有容納若干靶材的活動(dòng)靶材架11，活動(dòng)靶材架11設(shè)置為可升降運(yùn)動(dòng)、可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)向換靶腔2內(nèi)輸送或回收靶材，另外，由于靶材對(duì)氧環(huán)境十分敏感，因此，需要將儲(chǔ)靶腔I內(nèi)填充有降低氧分壓的吸氣劑以形成缺氧無水環(huán)境。
[0028]制備腔3設(shè)有:固定或者是連續(xù)移動(dòng)的掩模板31，承載靶材的靶材工作臺(tái)32，以及承載基片的樣品臺(tái)33。制備腔3內(nèi)通過高精度的