[发明专利]一种集成生长与测量的分子束外延生长系统

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其是磁学、光学相结合的交叉领域，具体涉及到分子束外延生长的磁性薄膜、原位表征技术、表面磁光克尔效应、超高真空系统等。可原位表征分子束外延生长的各种磁性材料、纳米结构和基于磁性材料的器件。

背景技术

分子束外延生长的磁性薄膜和纳米结构是实现新型物理电子应用的理想平台。在自旋研究方面，磁光克尔效应是分析磁性薄膜最有力而应用广泛的技术之一。它的原理是磁光克尔效应：当一束线偏振光从磁性样品表面反射后，线偏振光的偏振面会发生偏转，偏转的大小与样品的磁性成正比。总的来说，磁光测量基本都在外部或者嵌入系统中进行，但以上两种情况往往需要再在磁性薄膜上覆盖一层非磁性或氧化的保护层，而这些操作会影响薄膜磁性的最终测量结果。出于对探测磁性薄膜本征特性的追求，发明了原位磁光表征技术并集成到分子束外延生长系统。

发明内容

本发明目的是，提出一种集成生长与测量的分子束外延生长系统，将原位磁光表征技术并集成到分子束外延生长系统。不会影响薄膜磁性的最终测量结果，而是得到精确的测量结果。

本发明的技术方案是，集成生长与测量的分子束外延生长系统，包括分子束外延生长腔室、(2)样品操纵杆、(3)可倾斜的样品台、(4)入射光、(5)反射光、(6)一对电磁铁、(7)偏振片、(8)检偏器、(9)激光二极管、(10)光电探测器、分子束外延的生长源；分子束外延生长腔室上设有一对视窗，这对视窗是分子束外延生长系统上激光入射光和出射光的高透明、对光低散射的视窗；原位磁光表征系统安装在分子束外延生长系统的腔室上；原位磁光表征系统包含产生S型线偏振光的激光二极管、调节线偏振光的起偏偏振片，原位磁光表征系统包含对样品表面反射回的椭偏光即出射光进行探测的检偏器；所述起偏偏振片产生激光入射光射至样品表面，所述检偏器对出射光检偏；原位磁光表征系统包含高响应的光电探测器，探测器将出射光的信号输入到锁相放大器；样品台侧设有电磁铁，电磁铁的磁性由电磁铁线圈的电流提供。样品操纵杆与可倾斜的样品台固定。

偏振片、检偏器、光电探测器既可以安装在视窗的法兰上或架在可调节的光学平台上。

样品操纵杆为三轴操纵杆。

原位磁光表征系统安装在分子束外延生长系统上，主要由激光二极管、偏振片产生激光入射光、经样品后的出射光经检偏器、光电探测器、锁相放大器和电脑组成。其中光学部分包括激光二极管、偏振片、检偏器、可安装在视窗外侧或光学平台的光电探测器。分子束外延生长系统上的三轴操纵杆和可倾斜的样品台便于测量时激光的对准。分子束外延生长系统上的激光入射和出射视窗具有高透明和对光低散射的特点。生长源为产生分子束进行分子束外延生长的生长源。

原位磁光表征系统包含程控的电脑，可通过程序对电磁铁的磁性设置并分析锁相放大器输出的信号。

原位磁光表征技术是基于磁性薄膜表面的磁光克尔效应；原位磁光表征系统封装在具备超高真空环境的分子束外延生长系统中，可以对原位生长的薄膜进行快速测量，避免了添加覆盖层而进行的外部磁光测量。分子束外延生长系统包含三轴样品操纵杆、可倾斜的样品台(便于原位测量时对激光进行对准)。

有益效果：本发明公开了一种可快速测量磁性薄膜的原位磁光表征技术，避免了额外生长覆盖层而进行的外部磁光测量。原位磁光表征技术是快速磁光测量的有力工具，避免了分子束外延生长材料在添加覆盖层后进行外部的磁光测量；允许研究人员在生长沉积过程中实时检测纯净薄膜的本征性质。通过持续监测原位生长薄膜的磁性和输运特性，样品厚度依赖性的特性变化可以在生长过程中准确获得。而外部磁光测量要获得上述相同的研究结果则需要生长一系列厚度变化的样品来进行实验。超高真空条件下的原位磁光表征可以反映出超薄膜本身的真正特性，杜绝了超薄膜表面覆盖层的再生长过程。这种原位磁光测量有效的排除了覆盖层对磁性样品的影响，真正展现了分子束外延生长的磁性样品的本征磁性等信息，使得实验更加可靠且重复性更强。

附图说明

图1是本发明原位磁光测量结构示意图。

具体实施方式