[发明专利]一种微型多源金属超薄膜电极超高真空蒸镀装置及方法

说明书

本发明公开了一种微型多源金属超薄膜电极超高真空蒸镀装置及方法，包括置于超高真空腔体中能够进行旋转的蒸发器盘体、n个微型蒸发器和样品台支架，样品台支架上固定有m个样品台，在样品台上固定有放置衬底的样品托；通过控制超高真空腔体真空度和加载到微型蒸发器与样品台的电流，利用金属材料与加热丝间的点接触，实现金属单原子、纳米团簇及超薄膜的蒸镀。且由于蒸发器的加热功率较小，避免了对样品造成升温破坏；同时使用掩膜法可在避免样品污染的前提下实现蒸镀图案化原子层薄膜。

技术领域

本发明属于二维半导体材料光电器件制造领域，具体涉及一种微型多源金属超薄膜电极超高真空蒸镀装置及方法。

背景技术

衬底表面稳定的金属单原子、纳米团簇因其内禀的量子效应和化学活性使其在量子器件和高效能贵金属异质催化等领域具有重要价值。金属超薄膜是指原子层数精确可控的薄膜，具有纳米级线宽的图案化金属超薄膜在微电子器件、光电器件及高密度集成电路等方面具有重要应用。

随着低维电子材料的发展，基于二维半导体材料的器件对制作工艺也提出了更高的要求。一方面要实现原子级清洁的表面和界面，以确保光、热、电荷、自旋流的传递符合器件功能对量子效应的要求；另一方面，不同二维材料所适合的电极材料需要根据功函数匹配来选择，往往不同的二维材料对应不同的电极材料，且电极工艺需要适配器件功能所需的微米或纳米线宽，而这要求所需蒸镀的材料量很少。

目前真空蒸镀大多将蒸发材料放置在坩埚内，蒸发材料与坩埚基本为面接触，无法实现金属单原子、纳米团簇的蒸镀；且目前使用的蒸发源大多功率较大，蒸发源温度过高导致样品升温，易对样品造成破坏。

此外，目前现有的高精度图案化制备方法大多采用光刻技术，这种技术不仅制备过程繁琐可控性低、容易出现图案缺陷、制备成本高且与后续工艺兼容性差，同时光刻胶对样品的接触污染大大影响材料性能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种微型多源金属超薄膜电极超高真空蒸镀装置及方法。在超高真空环境下，利用金属材料与加热丝间的点接触，可实现金属单原子、纳米团簇及超薄膜的蒸镀；且由于蒸发器的加热功率较小，避免了对样品造成升温破坏；同时使用掩膜法可在避免样品污染的前提下实现蒸镀图案化原子层薄膜。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明一方面提供了一种微型多源金属超薄膜电极超高真空蒸镀装置，包括置于超高真空腔体中能够进行旋转的蒸发器盘体，所述可旋转的蒸发器盘体上固定有n个微型蒸发器；所述微型蒸发器上方装有相对于蒸发器盘体可移动的样品台支架，所述样品台支架上固定有m个样品台，在样品台上固定有放置衬底的样品托；

通过控制超高真空腔体真空度和加载到微型蒸发器与样品台的电流，分别对微型蒸发器和样品台上的衬底进行加热，控制微型蒸发器中部分金属材料在加热丝上的点接触，将部分金属材料蒸镀到衬底上。

优选的，所述微型蒸发器包括加热丝，放置在加热丝上的金属材料，所述部分金属材料在加热丝上的点接触为部分金属材料与加热丝在被加热时产生的温度差所形成的接触点。

优选的，所述微型蒸发器中的加热丝为钽丝或钨丝，金属材料包括铬、钛、银、金、钴、铂、铜或钯。

优选的，所述样品台上设有样品托，样品托上设有样品座，样品座有两对高度不同的限位凹槽，掩模板和衬底分别固定在所述限位凹槽中。

本发明另一方面提供了所述装置的微型多源金属超薄膜电极超高真空蒸镀方法，包括：

在m个样品台上固定掩模板与衬底；同时将选用的蒸镀金属材料装入n个微型蒸发器加热丝中部；

将装有n个微型蒸发器的蒸发器盘体和装有m个样品台的样品台支架装入到超高真空环境中；

进行三种蒸镀方式：一个微型蒸发器蒸镀、一个微型蒸发器对多个样品台蒸镀和多个微型蒸发器对多个样品台蒸镀。