[发明专利]高通量组合材料芯片前驱体沉积设备及其沉积方法

说明书

技术领域

本发明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前驱体沉积设备，本发明还涉及一种高通量组合材料芯片前驱体沉积方法。

背景技术

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块基片上集成生长和表征多达10⁸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2¹⁰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。

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。

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成分材料的分布规律，在降低了高通量实验效率的同时，并不能实现完整多元材料空间的覆盖。

发明内容

本发明所要解决的第一个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前驱体沉积设备。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种不需要进行额外的靶材更换操作即能实现不同组分材料多种规律分布的沉积制备，同时能够实现多种原料均匀混合的高通量组合材料芯片前驱体沉积方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高通量组合材料芯片前驱体沉积设备，其特征在于包括：

靶材架，所述靶材架的正面上具有多个能够安装靶材的安装位；

靶材，包括至少一个，安装在所述靶材架的安装位上；

永磁体组，设置在所述靶材架内，所述永磁体组内具有多个永磁体，多个所述永磁体对应于所述安装位安装在所述靶材的背面，以调整靶材上的刻蚀区长度和刻蚀区形状；

基片，与所述靶材相对设置，用于沉积材料；

掩模，能覆盖在所述基片上；

放置台，用于放置基片；

驱动装置，用于驱动所述放置台进行转动和移动。

方便地，高通量组合材料芯片前驱体沉积设备还包括用于驱动和更换所述掩模的掩模更换装置。

为了调节靶材的溅射效果，高通量组合材料芯片前驱体沉积设备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。