激光沉积设备

摘要

本发明提供一种激光沉积设备，包括激光源、第一反射镜、第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜、真空室、三个用于固定不同的源材料靶材的第一固定平台、用于沉积复合材料的基片以及三个光通开关；所述第一固定平台以及所述基片均设置于所述真空室内；第一固定平台分别与所述基片的预设区域相对，所述真空室设置有通光部，所述激光源与所述第一反射镜的出光方向呈预设夹角，所述第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜均与所述第一反射镜相互平行。

权利要求

1.一种激光沉积设备，其特征在于，包括激光源、、第一反射镜、第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜、真空室、三个用于固定不同的源材料靶材的第一固定平台、用于沉积复合材料的基片以及三个光通开关；

所述第一固定平台以及所述基片均设置于所述真空室内；

第一固定平台分别与所述基片的预设区域相对，所述真空室设置有通光部，所述激光源与所述第一反射镜的出光方向呈预设夹角，所述第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜均与所述第一反射镜相互平行；

所述激光源发出的激光经过所述第一反射镜反射后射入所述第一分光镜，所述第一分光镜的反射光线经过所述通光部射至所述真空室内，所述第一分光镜的分光光线射至所述第二分光镜处，所述第二分光镜的反射光线经过所述通光部射入所述真空室内，所第二分光镜的分光光线经所述第二反射镜反射后通过所述通光部射入所述真空室，所述第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜的反射光线分别对应射至一所述第一固定平台处；

所述三个光通开关分别设置于所述第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜的反射光线的路径上，并位于所述真空室外；

还包括一控制组件，所述控制组件与所述激光源以及所述光通开关电连接;

还包括气压传感器，所述气压传感器、所述储气结构以及所述真空泵分别与所述控制组件电连接；

还包括一第二固定平台，所述三个第一固定平台固定设置于所述第二固定平台上。

2.根据权利要求1所述的激光沉积设备，其特征在于，所述基片上与所述第一固定平台相对的一面贴有掩模。

3.根据权利要求2所述的激光沉积设备，其特征在于，所述掩模上设置有多个呈矩阵分布的沉积孔。

4.根据权利要求3所述的激光沉积设备，其特征在于，所述基片的远离所述第一固定平台的一面设置有加热组件。

5.根据权利要求4所述的激光沉积设备，其特征在于，所述加热组件包括多个呈矩形阵列分布的加热元件，该多个加热元件分别与该多个沉积孔相对。

6.根据权利要求1所述的激光沉积设备，其特征在于，所述真空室的壁上设置有三个通孔，所述通光部包括覆盖在所述三个通孔处的三个石英玻璃。

7.根据权利要求1所述的激光沉积设备，其特征在于，还包括用于提供惰性气体的储气结构以及用于抽出惰性气体的真空泵；所述真空室的侧壁上开设进气孔以及出气孔，所述储气结构通过所述进气孔与所述真空室连通，所述真空泵通过所述出气孔与所述真空室连通。

说明书

激光沉积设备

[0001]

技术领域

[0002] 本发明涉及复合材料制备领域，特别涉及一种激光沉积设备。

[0003]

背景技术

[0004] 目前在材料学领域有非常大的热点集中于对复合材料的研究，譬如太阳能材料，这些复合材料的性能都主要由其成份决定。为了研究以及优化这些材料，通常方法是一个
一个地合成材料。这种探索的过程非常耗时间。因此非常有必要寻找一种高效的系统的探
索研究复合材料的方法。 这样复合材料的研究特别是还没有被充分开发利用的三成份或
者四成份的复合材料的研究效率会大大提高。

[0005] 1995年，项晓东等人发明了用于复合材料制备的组合方法。此方法是在反 应溅射法中采用了一系列的掩模(美国专利号5985356,6004617,6326090, 6346290,7442665)
(Xiang,et al.,Science 268:1738(1995)；Wang,et al., Science 279:1712(1998)；
Briceno,et al.,Science 270:273(1995))。沉积的薄膜被掩模分成一系列的小样品。图1
是这种组合方法使用的掩模。在合成过程中通过使用不同的掩模，旋转这些掩模，或者使用
不同的源材料，使各个小样品沉积的源材料，材料的沉积量，沉积的层数都不一样。这样在
基片热退火混合之后，基片上每个小样品的化学成份就都不一样。这些在基片的固定位置
上的小样品可以通过自动扫描来测试。这样材料的制备和测试就都可以大大加快。

[0006] 然而，这种把薄膜沉积和掩模组合在一起的方法是在沉积后再混合的。它带来了一系列的问题，譬如分相，掩模错位和过程复杂，等等。这些问题一直没办法解决，而且渐渐
成为这种方法的根本问题。

[0007] 因此，随着在材料领域对复合材料越来越浓厚的兴趣，一种更可靠更高效 的复合材料合成方法变得尤其重要。

[0008] 自从1987年被成功用于合成高温超导体YBa2Cu3O7-δ薄膜材料以来，脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,简称PLD)已经被广泛地用在材料研究领域(Dijkkamp,et 
al.,Applied Physics Letters 51:619(1987))。相比于其他材料合成技术，譬如化学气相
沉积，脉冲激光沉积具有它的很多优点。脉激光沉积最突出的优点就是等比分性，也就是它
合成的薄膜材料和源材料成份一致。等比分性在复合材料的合成中非常重要。另外脉冲激
光沉积是一项协调性强的技术。因为激光可以把自然界几乎所有的材料蒸发，因而很多材
料的合成都可以用脉冲激光沉积技术来生长。

[0009] 然而，脉冲激光沉积具有一个很突出的缺点，就是生长速率的不均匀性， 也就是在基片上各处薄膜厚度会不一致。然而在此发明中正是利用脉冲激 光沉积的生长速率不
均匀性来合成材料，从而使基片上各点的组分不一样。

[0010]

发明内容

[0011] 本发明实施例提供一种激光沉积设备，具有快速沉积多种不同复合材料的有益效果。

[0012] 本发明实施例提供一种激光沉积设备，其特征在于，包括激光源、、第一反射镜、第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜、真空室、三个用于固定不同的源材料靶材的第一固定
平台、用于沉积复合材料的基片以及三个光通开关；
所述第一固定平台以及所述基片均设置于所述真空室内；
第一固定平台分别与所述基片的预设区域相对，所述真空室设置有通光部，所述激光
源与所述第一反射镜的出光方向呈预设夹角，所述第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜均
与所述第一反射镜相互平行；
所述激光源发出的激光经过所述第一反射镜反射后射入所述第一分光镜，所述第一分
光镜的反射光线经过所述通光部射至所述真空室内，所述第一分光镜的分光光线射至所述
第二分光镜处，所述第二分光镜的反射光线经过所述通光部射入所述真空室内，所第二分
光镜的分光光线经所述第二反射镜反射后通过所述通光部射入所述真空室，所述第二反射
镜、第一分光镜、第二分光镜的反射光线分别对应射至一所述第一固定平台处；
所述三个光通开关分别设置于所述第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜的反射光线
的路径上，并位于所述真空室外。

[0013] 在本发明所述的激光沉积设备中，还包括一控制组件，所述控制组件与所述激光源以及所述光通开关电连接。

[0014] 在本发明所述的激光沉积设备中，所述基片上与所述第一固定平台相对的一面贴有掩模。

[0015] 在本发明所述的激光沉积设备中，所述掩模上设置有多个呈矩阵分布的沉积孔。

[0016] 在本发明所述的激光沉积设备中，所述基片的远离所述第一固定平台的一面设置有加热组件。

[0017] 在本发明所述的激光沉积设备中，所述加热组件包括多个呈矩形阵列分布的加热元件，该多个加热元件分别与该多个沉积孔相对。

[0018] 在本发明所述的激光沉积设备中，所述真空室的壁上设置有三个通孔，所述通光部包括覆盖在所述三个通孔处的三个石英玻璃。

[0019] 在本发明所述的激光沉积设备中，还包括用于提供惰性气体的储气结构以及用于抽出惰性气体的真空泵；所述真空室的侧壁上开设进气孔以及出气孔，所述储气结构通过
所述进气孔与所述真空室连通，所述真空泵通过所述出气孔与所述真空室连通。

[0020] 在本发明所述的激光沉积设备中，还包括气压传感器，所述气压传感器、所述储气结构以及所述真空泵分别与所述控制组件电连接。

[0021] 在本发明所述的激光沉积设备中，还包括一第二固定平台，所述三个第一固定平台固定设置于所述第二固定平台上。

[0022]

附图说明

[0023] 图1是本发明实施例中的激光沉积设备的一种结构示意图。

[0024] 图2是本发明实施例中的激光沉积设备的一种局部结构示意图。

具体实施方式

[0025] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参
考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0026] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于
描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在
本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0027] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间
接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术
人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0028] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它
们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在
第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示
第一特征水平高度小于第二特征。

[0029] 下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并
且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，
这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的
关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以
意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

[0030] 请参照图1，本发明实施例提供一种激光沉积设备，包括激光源10、一第一反射镜20、第二反射镜33、第一分光镜31、第二分光镜32、三个用于固定不同的源材料靶材的第一
固定平台60、第二固定平台50、用于沉积复合材料的基片70、真空室100以及三个光通开关
40。

[0031] 第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜均与所述第一反射镜相互平行。

[0032] 其中，该第一固定平台60、第二固定平台50、基片70均设置于所述真空室100内，该三个第一固定平台60设置于该第二固定平台50上。该第二固定平台50与该基片70平行且相
对。该三个第一固定平台60分别与基片70的预设区域相对，真空室100设置有通光部，所述
激光源10与所述第一反射镜30的出光方向呈预设夹角，在例如45度角。

[0033] 激光源发出的激光经过所述第一反射镜反射后射入所述第一分光镜，所述第一分光镜的反射光线经过所述通光部射至所述真空室内，所述第一分光镜的分光光线射至所述
第二分光镜处，所述第二分光镜的反射光线经过所述通光部射入所述真空室内，所第二分
光镜的分光光线经所述第二反射镜反射后通过所述通光部射入所述真空室，所述第二反射
镜、第一分光镜、第二分光镜的反射光线分别对应射至一所述第一固定平台处；所述三个光
通开关分别设置于所述第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜的反射光线的路径上，并位于
所述真空室外。

[0034] 在一些实施例中，该激光沉积设备还包括一控制组件。所述控制组件与所述激光源以及所述光通开关电连接。

[0035] 在一些实施例中，该光通开关为采用电控制其开关的快门组件。当该光通开关打开时，允许光通过，当该光通开关关闭时，不允许光通过。

[0036] 在一些实施例中，该基片70上与第一固定平台60相对的一面贴有掩模90。掩模90上设置有多个呈矩阵分布的沉积孔，该源材料靶材的蒸汽通过该沉积孔在基片70上的对应
区域进行沉积以形成复合材料。

[0037] 在一些实施例中，基片70的远离所述第一固定平台60的一面设置有加热组件80。

[0038] 在一些实施例中，请同时参照图2，在本发明所述的激光沉积设备中，所述加热组件80包括多个呈矩形阵列分布的加热元件81，该多个加热元件81分别与该多个沉积孔91相
对并对应。

[0039] 在一些实施例中，在本发明所述的激光沉积设备中，真空室100的壁上设置有三个通孔101，该通光部包括覆盖在三个通孔101处的三个石英玻璃。

[0040] 在一些实施例中，激光沉积设备中还包括用于提供惰性气体的储气结构120以及用于抽出惰性气体的真空泵130；所述真空室100的侧壁上开设进气孔以及出气孔，所述储
气结构120通过所述进气孔与所述真空室100连通，所述真空泵130通过所述出气孔与所述
真空室100连通。

[0041] 在一些实施例中，激光沉积设备中还包括气压传感器110，气压传感器110、所述储气结构120、加热组件80以及所述真空泵130分别与所述控制组件电连接。具体地，该加热组
件80的各个加热元件81分别与该控制组件电连接。

[0042] 另外，由于对应于不同的源材料靶材沉积时的最佳气压是不相同的，因此可以通过该控制组件来调节真空室内的惰性气体的气压，以使得沉积效果最佳。

[0043] 另外，由于采用掩摸之后，在基片上可以形成呈矩形阵列分布的多份复合材料，通过控制对应的各个加热元件的温度，可以使得沉积时基片各个区域的温度不相同，进而可
以使得制备出的复合材料的种类更丰富。

[0044] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的
具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书
中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特
征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

[0045] 综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润
饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。