[发明专利]一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置

说明书

本发明涉及一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置，包括主机、真空抽气装置、电源及控制系统和机柜，主机包括工作腔室、样品架、五个磁控靶和样品挡板，五个磁控靶倾斜地环绕在工作腔室顶部，实现共溅射或依次溅射；每个磁控靶配有一个靶挡板，靶挡板通过收缩开合临时遮挡对应磁控靶；样品架设置在磁控靶的下方，样品架顶部设有样品罩，样品罩具有多个样品通孔，用于高通量制备多组份混合纳米薄膜和纳米多层功能薄膜器件。样品挡板设在样品罩的上方。镀膜制备装置的磁控靶的设计充分利用了工作腔室内部的空间，能够实现共溅射或依次溅射镀膜。样品罩具有不少于100个样品通孔，能够单次同时制备上百个同样的样品，为材料基因组高通量镀膜提供可能。

技术领域

本发明属于磁控溅射镀膜技术领域，具体涉及一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置。

背景技术

磁控溅射属于物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)中的一种，磁控溅射镀膜技术是一种重要的薄膜制备方法，可以在载体上制备金属、半导体、绝缘体等多材料的薄膜，具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强的优点。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。

专利CN201110358232.0提供了一种磁控溅射系统，包括磁控室、基片转台、基片转台驱动电机、传动机构、磁控靶、机台架、真空抽气系统及电动提升机构，磁控室安装在机台架上、与位于机台架内的真空抽气系统相连，在磁控室内均布有多个安装在磁控室下法兰上的磁控靶；基片转台转动安装在磁控室上盖上，所载基片位于磁控室内、各磁控靶的上方，磁控室上盖上还安装有基片转台驱动电机，基片转台通过传动机构由驱动电机驱动旋转；机台架内安装有电动提升机构，其输出端由机台架穿出、与磁控室的上盖相连接，带动上盖及上盖上的基片转台和基片转台驱动电机升降。

目前，本领域技术人员发开了包含多个磁控靶的磁控溅射设备，用于制备不同材料的薄膜，节省了重复上样、抽真空、溅射镀膜等操作步骤。自2011年本领域提出材料基因组计划后，国内磁控溅射镀膜高通量的研究取得一定进展，例如，专利CN201820416442.8公开了一种用于高通量镀膜工艺的五靶磁控溅射镀膜仪，包括机架，机架内上部设置有真空腔室，机架底部设置有PLC控制器，真空腔室内部设置有若干个磁控溅射靶头，真空腔室外顶部设置有若干个分别与各个磁控溅射靶头连接的高压连接器，高压连接器与PLC控制器连接，每个磁控溅射靶头下方安装有电动挡板，真空腔室的底部安装有样品台，样品台下方设置有加热平台，加热温度由温控表进行控制，样品台的上面覆盖一个旋转台，旋转台上设置有一孔，机架内部还设置有用于驱动旋转台旋转的电机，可一次性制备最多32个样品。

然而，目前的高通量磁控溅射镀设备研究较少，一次性处理样品量有待提高，并且如何实现一次性处理样品的高一致性，一直是本领域技术人员面临的问题，在高通量多层膜器件磁控溅射镀膜装置研究领域尚属空白。另外，磁控靶挡板和样品台挡板如何设计才能提高挡板运动时空间的利用率，使得磁控溅射镀设备内部更加紧凑，缩小整体设备的体积，实现磁控溅射镀设备的高通量化、微型化。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高通量磁控溅射纳米薄膜器件一体化制备装置，所述制备装置设有五个磁控靶，所述磁控靶设置在工作腔室的不同方位且具有倾斜角度，每个所述磁控靶配有一个靶挡板，所述靶挡板能够通过收缩开合的方式临时遮挡对应的磁控靶，充分利用了工作腔室内部的空间，能够实现共溅射或依次溅射镀膜。所述制备装置的样品架上方设置样品挡板，能够遮挡样品台上的不同区域，实现不同样品的差异化镀膜，所述样品架上方设有样品罩，样品罩具有不少于100个样品通孔，能够单次同时制备上百个同样的样品，为材料基因组高通量镀膜提供可能。所述制备装置特别适用于高通量制备纳米多层膜功能器件，如无机全固态电致薄膜器件，同时适用于相同条件下制备的上百个相同样品进行不同性能的破坏性和非破坏性测试。本发明通过对磁控靶、样品架、靶挡板和样品挡板的设计实现高通量样品镀膜一致性和装置结构紧凑的目的。