[发明专利]一种改进的载气团簇源发生方法与装置

说明书

一种载气团簇源装置，用于向目标提供团簇，包括：用于产生簇束的束源装置，所述束源装置包括用于发射原子束的蒸发源装置和气体混合室，其中载气与原子束混合以形成具有与原子团混合的原子簇的簇束；载气流量调节装置，用于在形成簇之后调节簇束，使得基本上所有簇都处于液态；和发射装置，其在撞击目标之前以几乎所有的集群处于液态的方式将调节后的集群束的集群发射到目标。

技术领域

本发明涉及薄膜的沉积，更具体地说，涉及成簇束的源。

背景技术

在基板上沉积薄膜是许多领域中重要的制造和研究工具。例如，通过将连续的膜层沉积到基底上以获得复合材料的特定电子性能来制备微电子器件。通过将光敏材料的薄膜沉积到基板上来制造光敏设备(如vidicon和太阳能电池)。通过在其表面上沉积薄膜可以改善镜片的光学性能。当然，这些例子仅说明了薄膜沉积技术的数千种应用。

在需要高质量薄膜的应用中，典型的高度受控的薄膜沉积方法是通过连续沉积薄膜的单层来形成薄膜，每一层为一个原子厚。沉积过程的力学最好用原子的术语来考虑。通常，在这样的过程中，必须小心地清洁衬底的表面，因为较小的污染物质量甚至污染物原子会显着阻碍所需的高度完美的膜的沉积。然后通过为各种应用而开发的许多技术之一来沉积膜的材料，例如，气相沉积，电子束蒸发，溅射或化学气相沉积，仅举几例。

在另一种沉积薄膜的技术中，原子的电离簇在簇沉积设备中形成。这些簇通常每个具有大约1000-2000个原子。簇被电离，然后通过电势向衬底目标加速，该电势将等于加速电压乘以簇的电离能级的能量赋予簇。到达基材表面后，这些团簇在撞击下会分解成自由在表面上移动的原子。分解后剩余的每个原子碎片的能量等于团簇的总能量除以团簇中的原子数。因此，在分解之前的团簇具有相对较高的质量和能量，而在分解之后剩余的每个原子具有相对较低的质量和能量。沉积在表面上的原子的能量使其在表面上具有流动性，因此它可以移动到表面上可能存在的纽结或孔洞。沉积的原子停留在缺陷中，从而消除缺陷并增加了薄膜的完美度和密度。已经开发了使用簇的其他方法，并且使用簇束的薄膜沉积是有前途的商业膜制造技术。

产生簇的簇源是簇束沉积设备的关键部件。团簇源应产生高质量的选定尺寸范围的团簇，并表现出很高的团簇形成效率。也就是说，簇束应具有束的质量的大部分而不是原子，否则会丢失使用簇的有益效果。群集源还应提供一个群集束，其中群集处于适当的能量状态。

一种类型的团簇源是载气团簇源，其中要被冷凝成团簇的原子流从坩埚发射到气体混合室中。在气体混合室中，载气与原子流混合，使原子淬灭至过饱和并形成团簇。从源头出来的团簇进入真空，被电离并朝目标加速。

载气团簇源比表面增长团簇源(另一类最重要的源)具有两个重要优势。载气团簇源具有更高的团簇形成效率，导致团簇束的质量中有很大一部分是团簇而不是原子。其次，载气团簇源可用于形成熔点极高的材料(例如难熔金属)的团簇束，这是表面生长团簇源无法实现的。

然而，已经通过实验观察到，使用常规载气团簇源沉积的膜倾向于颗粒状和粗糙。结果，该膜不适用于许多类型的要求苛刻的应用，例如微电子器件。期望改善从载气团簇源获得的沉积膜的质量，同时保留这些源目前享有的效率和通用性方面的优势。本发明满足了这一需求，并且进一步提供了相关的优点。

发明内容

本发明目的是，提供了一种改进的载气团簇源，其产生了经调节以在基板上沉积高质量的膜的团簇。该源保留了高的簇形成效率，因为形成过程没有实质性改变。该源还能够产生高温材料簇。改进后的构造与现有的团簇沉积系统完全兼容，并且可以经济地构造。

根据本发明，用于向目标提供簇的载气簇源包括用于产生簇束的束源装置，该束源装置包括发射原子束的蒸发源和气体混合体积，其中载气与原子束混合形成簇束，该束的原子簇与载气流混合。调节装置，用于调节簇束，使得基本上所有簇都处于液态。发射装置，用于在将全部已调整的束处于液态之前，在撞击目标之前，将调节后的束的束发射到目标。