[发明专利]一种气相沉积薄膜的装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及气相沉淀技术领域，具体涉及一种气相沉积薄膜的装置及其使用方法。

背景技术

纳米量级颗粒构成的薄膜，由于尺度处于原子团簇和宏观物体的交接区域，具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，可以产生如巨电导、巨磁电阻效应、巨霍尔效应等性能。薄膜的性能强烈依赖于纳米颗粒的尺寸、分布、晶体结构与取向和薄膜的厚度、表面粗糙度等。通过对纳米颗粒复合过程的控制可以使薄膜具有满足应用要求的电、磁、光和催化等性能，这些性能在信息存储、半导体集成电路、微电子、超导和催化等领域具有重要的应用价值。由于纳米颗粒的原子价带因配位数减少而窄化从而使其磁矩增加，甚至出现非磁性向磁性的转变。纳米颗粒的这种磁性增强效应会受到强磁场的强烈作用，即使在高温时物质从铁磁性变成顺磁性，强磁场的作用仍然会存在。因此，在薄膜生长过程中施加强磁场，可以通过强磁场对薄膜生长时纳米颗粒结构演化的调控来制备具有不同结构和性能的薄膜。相关研究不但可以丰富强磁场材料科学的理论，还可以为纳米材料的可控制备提供理论依据和实验指导，具有重要理论价值和现实意义。

近年来，随着薄膜技术的发展，强磁场开始被尝试作为薄膜材料的控制手段，施加到薄膜的制备过程和后处理过程中。目前，人们尝试了将强磁场引入到各种薄膜制备方法中，包括电镀、化学镀、化学气相沉积、溅射和真空蒸发。发现强磁场可以通过对薄膜生长时颗粒的形核和生长的作用，来控制薄膜晶粒的尺度、形状、取向以及析出物的量与分布、降低薄膜的缺陷，进而影响薄膜结构和性能。在FePt薄膜强磁场热处理研究中发现，强磁场对铁磁性的有序颗粒和顺磁性的无序颗粒不同作用会诱导L10-FePt的有序相变。强磁场热处理还可以使纳米颗粒间的耦合作用发生改变从而提高铁磁性转变温度。因此，强磁场可以对薄膜中的颗粒产生作用，进而影响薄膜结构和性能。但是，如果薄膜制备时涉及到强磁场与化学反应、等离子体放电等镀膜手段的结合，不但会增加薄膜控制过程的复杂性，而且磁场是通过影响等离子放电、化学反应和在镀液中产生磁致电流等间接方式作用于薄膜生长过程，不利于精细观察强磁场对纳米颗粒的沉积、扩散迁移、凝结成核、晶核扩散和合并生长过程的影响，也很难使薄膜工艺的控制精度达到纳米级水平，无法揭示强磁场对纳米颗粒的作用机制。真空蒸发的方法由于是在真空条件下生长薄膜，没有化学反应和等离子体放电的影响，适于强磁场下薄膜生长的研究。但是真空蒸发源发射出的颗粒多是尺寸较大的微米量级、方向随机且无法控制，并且无法生长精确配比的合金薄膜和实现层层生长等，这限制了其在纳米薄膜研究领域的应用。而且，由于强磁场会对加热电阻的电流产生影响，使真空蒸发仅限于研究低熔点金属（如Zn、Te）的生长。另外，在上述的研究中，强磁场或者间接作用于颗粒生长成连续膜的过程，或者由于颗粒尺寸较大磁矩变小，强磁场磁化能的作用减弱。不利于深入研究强磁场对薄膜生长时纳米颗粒结构演化的作用规律，以及强磁场对薄膜生长过程和结构的影响。由于分子束源可以在原子级水平控制和选择各种元素团簇的尺寸，并且可以实现慢速生长，严格控制组元成分和杂质浓度，特别适于薄膜生长机理、表面结构、杂质掺入等基础性研究。因此，开展强磁场下气相沉积薄膜的研究对于实现薄膜的可控生长至关重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种气相沉积薄膜的装置及其使用方法。 

一种气相沉积薄膜的装置，由超导强磁体、真空镀膜室、样品台控制系统及蒸发束源系统构成，超导强磁体设置于真空镀膜室外侧，样品台控制系统及蒸发束源系统设置于真空镀膜室中，样品台控制系统通过上密封法兰与真空镀膜室连接，蒸发束源系统通过下密封法兰与真空镀膜室连接，超导强磁体通过固定架与真空镀膜室连接，真空镀膜室外壁设有镀膜室腔体冷却水套，真空镀膜室下端设有个蒸发束源安装空腔，真空镀膜室侧壁设有抽真空接口和化学气相沉积接口；