一种高通量组合材料芯片制备设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及组合材料芯片技术领域，特别涉及一种高通量组合材料芯片制备 设备。
【背景技术】
[0002] 材料是现代工业的基础，随着科学技术的发展，近年来新材料的研发速度逐渐不 能满足当代工业发展对新材料的迫切需求。自上世纪90年代以来，美国劳伦斯伯克利国家 实验室的项晓东等人受生物基因芯片和大规模集成电路发展的启发，发展了高通量组合材 料芯片技术。高通量组合材料芯片技术的实质是在一炔基片上集成生长和表征多达IO 8个 不同组分的材料样品，该技术改变了传统材料试验"试错"的方法，极大的加快新材料的研 发进程。项晓东等人开发的第一代高通量组合材料芯片制备设备由制备腔和过渡腔组成， 采用离子束或激光作为材料沉积源，可以在真空中完成材料沉积和原位热处理过程，结合 分立掩模板可以在1英寸基片上最多沉积2 1°个不同组分的样品。该设备极大的提高了材 料样品制备的通量，项晓东等人使用该设备进行了超导材料、相变材料等材料体系的新材 料快速筛选，并筛选出一系列具有优良性能的新材料。
[0003] 在授权公告号为CN104404468A(申请号为201410734080. 3)的中国发明专利申请 《一种高通量组合材料制备装置及制备方法》中，公开了一种高通量组合材料制备装置，该 装置包括制备腔、储靶腔、换靶腔、原位热处理腔、样品过渡腔，可实现真空下从靶材更换、 材料沉积到样品热处理全过程的组合材料芯片制备，避免了样品暴露于大气环境下造成样 品的污染。该装置采用离子束溅射方法完成组合材料芯片前驱体沉积，离子源虽然操作较 为简单、所制备的样品重复性较好、适合用于高品质薄膜的制备，但设备本身维护较为复 杂，价格昂贵，市场接受程度较低。例如，离子束溅射镀膜只能同时完成一种靶材的溅射，故 对于多层膜样品制备，完成每层材料的沉积都需要更换新的靶材，操作复杂，实验消耗时间 长，使用效率低。同时，离子束溅射镀膜的实现完全依赖于离子源的稳定工作，通常设备工 作每10-20小时即需要对离子源进行维护、清洗或更换离子源及其部件，限制了设备的使 用领域和接受范围。另外，该高通量组合材料制备装置进行组合材料芯片制备过程中，材料 扩散是采取多层膜低温扩散的方法，考虑到设备实际使用情况，对于氮化物等热力学窗口 较小的材料，该过程较难进行，限制了该设备的适用材料类型。
[0004] 相比离子束溅射技术，磁控溅射镀膜设备维护更为简单、发展更为成熟，虽然经过 长时间使用，所制备薄膜的均匀性会受到靶材刻蚀区影响，但可以通过调节磁场分布、增加 均厚板、改变沉积方式等方法进行缓解。早在上世纪70年代，磁控溅射技术就被用于高通 量样品的制备，但过去都是采取多靶磁控共溅射的方式，该方法并不能准确控制每种原料 在基片上的分布规律，故无法直接完成不同组分材料的线性梯度分布，还需要额外的成分 表征来确定不同组分材料的分布规律，在降低了高通量实验效率的同时，并不能实现完整 多兀材料空间的覆盖。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种结构简单，应用范 围广，并且不需要进行额外的靶材更换操作，就能实现多种原料按照不同组分分布规律进 行制备的高通量组合材料芯片制备设备。
[0006] 本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高通量组合材料芯片制 备设备，包括：
[0007] 制备腔，以供制备组合材料芯片前驱体；
[0008] 热处理腔，以供实现对组合材料芯片前驱体进行热处理；
[0009] 取样腔，以供放入基片和取出样品；
[0010] 过渡腔，与所述制备腔、热处理腔、取样腔分别能够进行连通，所述过渡腔内设置 有传递装置以带动基片在所述制备腔、热处理腔、取样腔之间进行传递；
[0011] 其特征在于：
[0012] 所述制备腔内设置有能够放置多个靶材的组合材料芯片前驱体沉积装置，从而使 得基片移动经过各个靶材下方，并按照不同组分所需要的分布方式，通过控制磁控溅射的 镀膜参数，完成基片上不同组分材料的规律分布，以完成组合材料芯片前驱体的制备。
[0013] 优选地，所述组合材料芯片前驱体沉积装置包括能够安装多个靶材的靶材架、设 置在靶材架内的多个永磁体、安装在所述靶材架正面上的至少一个所述靶材、与所述靶材 相对设置的基片、能覆盖在所述基片上的掩模、用于放置基片的放置台、用于驱动所述放置 台转动和移动的驱动装置，所述靶材架上具有多个用于安装所述靶材的安装位，多个所述 永磁体对应于所述安装位设置于所述靶材的背面，以调整靶材上的刻蚀区长度和刻蚀区形 状。
[0014] 优选地，多个所述安装位呈阵列分布。
[0015] 为了调节靶材的溅射效果并避免不同靶材的相互污染，所述组合材料芯片前驱体 沉积装置还包括用于隔离靶材的隔离板和用于调节材料沉积速度的调节机构；所述隔离板 连接在所述靶材架上并设置在两个相邻的安装位之间。
[0016] 可选择地，所述调节机构包括能够调节材料沉积速率的出射狭缝装置和/或能够 调节材料沉积范围的遮板；
[0017] 所述出射狭缝装置设置在所述靶材的正面上，所述出射狭缝装置上具有一宽度可 调的狭缝；
[0018] 所述遮板设置在所述靶材正面的一侧。
[0019] 为了方便更换不同的掩模，所述组合材料芯片前驱体沉积装置还包括用于更换掩 模的掩模更换装置。
[0020] 为了方便实现基片自转和移动，所述驱动装置包括用于驱动所述放置台旋转的旋 转机构以及用于带动放置台和旋转机构进行二维平面移动的传动机构；
[0021] 所述旋转机构设置在所述放置台下方，所述传动机构设置所述旋转机构下方。
[0022] 所述热处理腔内设置有非加热区和供组合材料芯片前驱体热处理的加热区。
[0023] 与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中高通量组合材料芯片制 备设备，通过在组合材料芯片前驱体沉积装置内设置多个靶材，从而利用磁控溅射镀膜技 术即能实现不同组分材料的梯度沉积、顺序沉积等不同沉积方式，简化了高通量组合材料 芯片制备设备的结构，使得整个制备过程所需的功耗小，对靶材的消耗量也大大减小，提高 了工艺的可重复性，同时对组合材料芯片前驱体沉积装置的维修更加方便。同时该高通量 组合材料芯片制备设备能够控制单层材料沉积厚度在原子尺度下，方便实现多种材料原子 尺度下均匀混合，可以完成组合材料芯片制备过程中的非晶态混合物的实现，避免了传统 组合材料芯片制备方法中热力学窗口对扩散热处理过程的限制，拓宽了该高通量组合材料 芯片制备设备的应用范围。
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型实施例中高通量组合材料芯片制备设备的示意图。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0026] 如图1所示，本实施例中的高通量组合材料芯片制备设备，包括用于制备组合材 料芯片前驱体的制备腔1、用于组合材料芯片前驱体热处理的热处理腔2、用于放入基片和 取出样品的取样腔3、过渡腔4。
[0027] 其中过渡腔4与制备腔1、热处理腔2、取样腔3分别能够进行连通，制备腔1、热处 理腔2、取样腔3分别与过渡腔4之间设置有阀门，通过阀门的开启和关闭实现过渡腔4与 制备腔1、热处理腔2、取样腔3之间的连通和隔离。如此在隔离状态下，制备腔1、热处理腔 2、取样腔3、过渡腔4则分别