脉冲激光沉积系统及其薄膜制备方法与流程

本发明涉及薄膜制造技术领域，尤其涉及一种脉冲激光沉积系统及其薄膜制备方法。

背景技术：

现有脉冲激光沉积系统(pulsedlaserdeposition，pld)在制造薄膜时，在基片沉积薄膜后需要等待冷却和手动更换基片，并不能连续制备多个样品，实现材料的高通量制备，且不能实时检测薄膜的沉积速率和优化调整薄膜制备参数，导致现有脉冲激光沉积系统薄膜制备的工作效率和控制便捷性不佳。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供一种脉冲激光沉积系统及其薄膜制备方法，解决现有脉冲激光沉积系统薄膜制备的工作效率和控制便捷性不佳的技术问题。

根据本发明的实施例，提供一种脉冲激光沉积系统，包括激光器、真空腔、基片加热台、抽真空设备和气氛气体通入设备，还包括靶材挡板、厚度测试模块、薄膜参数测试模块和计算机设备，所述靶材挡板设置在所述基片加热台正下方，所述靶材挡板设置有可正对靶材的靶材孔，所述计算机设备用于设置薄膜制备参数并对应控制薄膜制备环境、以及根据所述厚度测试模块测试的薄膜的沉积速率和所述薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据调整薄膜的制备参数。

优选的，所述基片加热台包括转动驱动机构，用于驱动所述基片加热台绕轴心转动，以切换不同基片正对所述靶材挡板上的靶材孔。

优选的，所述基片加热台为环形圆台，多个基片可通过粘贴或安装均匀地固定在所述基片加热台底面上。优选的，所述靶材挡板在远离所述靶材孔一端设置有的测试缺口，所述薄膜参数测试模块设置在所述缺口位置以测试已沉积薄膜的薄膜参数。

优选的，所述厚度测试模块为晶振测试模块，所述的薄膜参数测试模块为高能电子衍射模块。

优选的，所述晶振测试模块包括晶振单元、连接杆和转轴，所述晶振单元设置在所述连接杆末端并可沿着所述转轴水平转动，以使所述晶振单元移动到薄膜沉积位置。

优选的，所述的脉冲激光沉积系统还包括安装多个靶材的靶材转盘，所述靶材转盘可转动以切换不同靶材正对所述靶材挡板上的靶材孔并被所述激光器的脉冲激光45度入射。

优选的，所述靶材挡板可以上下移动以调节所述靶材挡板与所述基片加热台的距离。

根据本发明另一个实施例，还提供一种上述脉冲激光沉积系统的薄膜制备方法，包括：控制计算机设备设置薄膜制备参数，并对应控制薄膜制备环境进行薄膜沉积；控制厚度测试模块移动到薄膜沉积位置并测试薄膜的沉积速率；控制薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据；以及控制计算机设备根据所述厚度测试模块测试的薄膜的沉积速率和所述薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据调整薄膜的制备参数。

优选的，在所述控制薄膜制备环境进行薄膜沉积之后，还包括：当薄膜沉积完成后，控制切换靶材和基片以沉积新的薄膜。

优选的，所述控制计算机设备设置薄膜制备参数并对应控制薄膜制备环境进行薄膜沉积，包括：控制计算机设备设置薄膜制备参数；将多个基片固定在所述基片加热台上，并安装多个靶材；控制特定靶材正对靶材挡板的靶材孔；以及控制激光器产生脉冲激光对所述特定靶材轰击进行薄膜沉积。

优选的，所述薄膜制备参数包括薄膜成分、薄膜厚度、沉积温度、沉积气氛气体和真空度。

优选的，所述脉冲激光沉积系统的薄膜制备方法，还包括：控制切换靶材以制备包含多种靶材成分的组合材料。

本发明提供的脉冲激光沉积系统及其薄膜制备方法，包括激光器、真空腔、基片加热台、抽真空设备和气氛气体通入设备，还包括靶材挡板、厚度测试模块、薄膜参数测试模块和计算机设备，所述靶材挡板设置在所述基片加热台正下方，所述靶材挡板设置有可正对靶材的靶材孔，所述计算机设备用于设置薄膜制备参数并对应控制薄膜制备环境、以及根据所述厚度测试模块测试的薄膜的沉积速率和所述薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据调整薄膜的制备参数，通过控制基片加热台和靶材转盘转动而切换基片和靶材，并根据测试的薄膜沉积速率和已沉积薄膜的参数数据调整优化膜的制备参数，降低了薄膜制备的时间和成本，提升了薄膜制备的工作效率和控制便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中脉冲激光沉积系统的示意图。

图2为本发明另一个实施例中脉冲激光沉积系统的薄膜制备方法的流程示意图。

图3为本发明另一个实施例中脉冲激光沉积系统的薄膜制备方法中设置薄膜制备参数和控制薄膜制备环境的流程示意图。

图4为本发明又一个实施例中脉冲激光沉积系统的薄膜制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

图1为本发明一个实施例中脉冲激光沉积系统的示意图。如图所示，所述脉冲激光沉积系统，包括激光器10、真空腔20、基片加热台30、靶材挡板40、厚度测试模块50、薄膜参数测试模块60和计算机设备70、抽真空设备和气氛气体通入设备。

所述激光器10设置在所述真空腔20外部，其产生的脉冲激光可穿过所述真空腔20的石英玻璃窗口而45度入射安装在所述靶材转盘90上的靶材80。所述抽真空设备和气氛气体通入设备与所述真空腔20密封连接，所述抽真空设备用于对所述真空腔进行抽真空处理，所述气氛气体通入设备用于向所述真空腔20内通入气氛气体，以提供标准的薄膜沉积环境。

在本实施例中，多个靶材80均匀地分布在所述靶材转盘90上。所述靶材挡板40设置在所述靶材转盘90正上方且在所述基片加热台30正下方，所述靶材挡板40上设置有靶材孔41。所述靶材转盘90可通过转动驱动机构转动，以切换不同靶材80正对所述靶材挡板40上的靶材孔41并被所述激光器10的脉冲激光45度入射。所述靶材挡板90还可以上下移动，以调节所述靶材挡板90与所述基片加热台30的距离。

所述基片加热台30为环形圆台，多个基片31可通过粘贴或安装均匀地固定在所述基片加热台30底面上。所述基片加热台30包括转动驱动机构，可驱动所述基片加热台30绕轴心转动，以切换不同基片31正对所述靶材挡板40上的靶材孔41。所述靶材80被脉冲激光45度入射后生成辉羽，辉羽穿过所述靶材孔41沉积到所述基片加热台30上的基片31上而沉积成薄膜。

在本实施例中，所述厚度测试模块50为晶振测试模块，所述晶振测试模块50包括晶振单元51、连接杆52和转轴53。所述晶振单元51设置在所述连接杆52末端，可沿着所述转轴53水平转动，以使所述晶振单元51移动到薄膜沉积位置，以测试薄膜的沉积速率。所述靶材挡板40在远离所述靶材孔41一端设置有的测试缺口42。当上一个薄膜沉积完成时，可控制所述基片加热台30转动切换基片31，控制所述靶材转盘90切换靶材80，使新基片和靶材切换到沉积位置以沉积新的薄膜，使已沉积薄膜离开薄膜沉积位置而到达所述靶材挡板40的测试缺口42位置，所述薄膜参数测试模块60可选用高能电子衍射模块，配置在所述测试缺口42处测试，可测试已沉积薄膜的结构数据。

在本实施例中，所述计算机设备70可选用专用计算机，可人工设置薄膜的制备参数，比如薄膜成分、薄膜厚度、沉积温度、沉积气氛气体和真空度等。所述计算机设备70还可对应控制薄膜的常规制备环境，比如控制抽真空设备和气氛气体通入设备生成薄膜沉积的标准真空度和气氛气体，控制所述基片加热台30和所述靶材转盘90转动而切换基片31和靶材80，以使特定靶材80和特定基片31切换到正对所述靶材挡板40的靶材孔41，控制所述激光器10产生脉冲激光对特定靶材80进行沉积等，提高了薄膜制备的工作效率和便捷性。所述计算机设备70还可进一步根据所述厚度测试模块50测试的薄膜的沉积速率和所述薄膜参数测试模块60测试的已沉积薄膜的参数数据优化调整薄膜的制备参数。通过控制基片加热台30和靶材转盘90转动而切换基片31和靶材80，并根据测试的薄膜沉积速率和已沉积薄膜的参数数据调整优化膜的制备参数，降低了薄膜制备的时间和成本，提升了薄膜制备的工作效率和控制便捷性。

参见图2，基于上述实施例，本发明实施例还提供一种脉冲激光沉积系统的薄膜制备方法，包括：

步骤s101：控制计算机设备设置薄膜制备参数，并对应控制薄膜制备环境进行薄膜沉积。

在本实施例中，提供一种上述实施例中的脉冲激光沉积系统，控制计算机设备设置薄膜制备参数，并对应控制薄膜制备环境进行薄膜沉积。具体的，参见图3，所述控制计算机设备设置薄膜制备参数并对应控制薄膜制备环境进行薄膜沉积，具体包括：

步骤s201：控制计算机设备设置薄膜制备参数。

步骤s202：将多个基片固定在所述基片加热台上，并安装多个靶材。

步骤s203：控制特定靶材正对靶材挡板的靶材孔。

步骤s204：控制激光器产生脉冲激光对所述特定靶材轰击进行薄膜沉积。

在本实施例中，所述计算机设备可选用专用计算机，可人工设置薄膜的制备参数，比如薄膜成分、薄膜厚度、沉积温度、沉积气氛气体和真空度等。所述计算机设备还可对应控制薄膜的常规制备环境，比如控制抽真空设备和气氛气体通入设备生成薄膜沉积的标准真空度和气氛气体，控制将多个基片固定在所述基片加热台上并安装多个靶材，控制基片加热台和靶材转盘转动而切换基片和靶材，以使特定靶材和特定基片切换到正对靶材挡板的靶材孔，控制激光器产生脉冲激光对特定靶材进行沉积等，提高了薄膜制备的工作效率和控制便捷性。

步骤s102：控制厚度测试模块移动到薄膜沉积位置并测试薄膜的沉积速率。

在本实施例中，所述厚度测试模块选用晶振测试模块，可控制晶振测试模块沿转轴水平转动，以使晶振单元移动到薄膜沉积位置，以测试薄膜的沉积速率，方便快捷、准确地检测到当前薄膜的沉积速率。

步骤s103：控制薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据。

在本实施例中，当上一个薄膜沉积完成时，可控制基片加热台转动切换基片，控制靶材转盘切换靶材，使新基片和靶材切换到沉积位置以沉积新的薄膜，使已沉积薄膜离开薄膜沉积位置而到达靶材挡板的测试缺口位置，通过测试缺口处的薄膜参数测试模块测试已沉积薄膜的厚度和结构数据，方便快捷、准确地测试到已沉积薄膜的参数数据。

步骤s104：控制计算机设备根据所述厚度测试模块测试的薄膜的沉积速率和所述薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据调整薄膜的制备参数。

在本实施例中，所述计算机设备进一步根据所述厚度测试模块测试的薄膜的沉积速率和所述薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据优化调整薄膜的制备参数，通过控制基片加热台和靶材转盘转动而切换基片和靶材，并根据测试的薄膜沉积速率和已沉积薄膜的参数数据调整优化膜的制备参数，降低了薄膜制备的时间和成本，提升了薄膜制备的工作效率和控制便捷性。

参见图4，在本发明又一个实施例中，还提供一种激光沉积系统的薄膜制备方法，包括：

步骤s401：控制计算机设备设置薄膜制备参数，并对应控制薄膜制备环境进行薄膜沉积。

步骤s402：控制厚度测试模块移动到薄膜沉积位置并测试薄膜的沉积速率。

步骤s403：控制薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据。

步骤s404：控制计算机设备根据所述厚度测试模块测试的薄膜的沉积速率和所述薄膜参数测试模块测试的已沉积薄膜的参数数据调整薄膜的制备参数。

步骤s405：控制切换靶材以制备包含多种靶材成分的组合材料。

在本实施例中，在根据测试的薄膜沉积速率和已沉积薄膜的参数数据调整优化膜的制备参数的基础上，进一步通过控制靶材转盘转动而切换靶材，以制备包含多种靶材成分的组合材料，提高了多组分材料薄膜制备的工作效率和控制便捷性。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。