一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源及真空沉積設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，它包括真空法蘭、支撐于所述真空法蘭任一側(cè)面上的熱屏蔽組件、嵌設(shè)于所述熱屏蔽組件遠(yuǎn)離真空法蘭一端的加熱組件、內(nèi)置于所述加熱組件內(nèi)的材料容器、安裝于所述材料容器附近用于測(cè)量其溫度的溫度測(cè)量組件、分別與所述加熱組件和溫度測(cè)量組件相電連接且安裝于真空法蘭上的真空電連接器、與所述真空電連接器相連接的控制電源，所述的蒸發(fā)源還包括安裝于熱屏蔽組件內(nèi)的顯微鏡，所述的真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對(duì)的觀察窗口。通過(guò)在熱屏蔽組件內(nèi)設(shè)置顯微鏡并且真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對(duì)的觀察窗口，能夠在沉積蒸發(fā)材料的同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控沉積材料在襯底表面形貌和光學(xué)性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源及真空沉積設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，同時(shí)還涉及一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控的真空沉積設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜材料在各個(gè)領(lǐng)域有著及其廣泛的應(yīng)用，如抗腐蝕、增透、光學(xué)透鏡、微電子器件和光電子等等。就目前而言，人們發(fā)展了多種方法來(lái)制備薄膜材料，如真空熱蒸發(fā)沉積、真空濺射、旋涂、提拉、噴射等等。對(duì)大多數(shù)光學(xué)和電子器件而言，其對(duì)所制作的薄膜要求極高，如均勻性、厚度控制、雜質(zhì)濃度等。在所發(fā)展的技術(shù)中，真空沉積技術(shù)是一種常規(guī)的薄膜制作方法。其優(yōu)點(diǎn)在于所制作的薄膜質(zhì)量高、重現(xiàn)率高、可控性好、以及設(shè)備簡(jiǎn)單等。
[0003]就目前而言，真空蒸發(fā)沉積技術(shù)在半導(dǎo)體薄膜器件中的應(yīng)用尤為廣泛，比如說(shuō)，分子束外延，有機(jī)小分子半導(dǎo)體真空沉積，以及常用的金屬薄膜熱蒸發(fā)及濺射等等。一般來(lái)講，薄膜材料以及薄膜器件的性能跟生長(zhǎng)過(guò)程關(guān)聯(lián)密切。
[0004]目前商業(yè)化的蒸發(fā)源一般只有蒸發(fā)的功能，其所制備的材料只有通過(guò)后期的測(cè)量，比如說(shuō)原子力顯微鏡、X-射線衍射儀、光學(xué)以及電學(xué)測(cè)量進(jìn)行推演。由于沉積過(guò)程極其復(fù)雜，在很多情況下薄膜具有多層結(jié)構(gòu)，所以事后測(cè)量并推演的方法非常困難，往往導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，原位觀察在材料沉積中顯得非常重要。
[0005]電子衍射技術(shù)是一個(gè)常用的用于原位觀察晶體生長(zhǎng)過(guò)程的技術(shù)，其基于單一能量的電子在晶體表面產(chǎn)生 衍射來(lái)推導(dǎo)晶體表面結(jié)構(gòu)的技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于分子束外延以及有機(jī)分子在單晶表面自組織；其缺點(diǎn)在于所用的襯底必須導(dǎo)電，或者電子由于荷電作用無(wú)法到達(dá)樣品表面。另外，所用的高能電子對(duì)材料可能由破壞，特別是有機(jī)材料，從而導(dǎo)致材料的性能劣化，甚至失效。這個(gè)技術(shù)只能得到表面結(jié)構(gòu)信息，其他重要信息如形貌、光學(xué)性能無(wú)法得到；更重要一點(diǎn)是這個(gè)技術(shù)只能應(yīng)用于晶體材料。進(jìn)一步發(fā)展的電子衍射顯微鏡技術(shù)部分解決了電子衍射技術(shù)的不足，其可以進(jìn)行形貌觀察，并且得到不同非晶材料的襯度；但是所要求的導(dǎo)電襯底以及對(duì)材料的破壞性仍然限制其進(jìn)一步推廣到所有材料。因此，現(xiàn)有的真空沉積設(shè)備仍缺少對(duì)所沉積材料的表面進(jìn)行直接觀察的組件，不能實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中原位形貌和光學(xué)性能的監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能夠?qū)Τ练e材料進(jìn)行原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，它包括真空法蘭、支撐于所述真空法蘭任一側(cè)面上的熱屏蔽組件、嵌設(shè)于所述熱屏蔽組件遠(yuǎn)離真空法蘭一端的加熱組件、內(nèi)置于所述加熱組件內(nèi)的材料容器、安裝于所述材料容器附近用于測(cè)量其溫度的溫度測(cè)量組件、分別與所述加熱組件和溫度測(cè)量組件相電連接且安裝于真空法蘭上的真空電連接器、與所述真空電連接器相連接的控制電源，所述的蒸發(fā)源還包括安裝于熱屏蔽組件內(nèi)的顯微鏡，所述的真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對(duì)的觀
察窗口。
[0008]優(yōu)化地，所述的蒸發(fā)源還包括設(shè)于光學(xué)組件，所述的光學(xué)組件靠近觀察窗口且與熱屏蔽組件位于真空法蘭的不同側(cè)。
[0009]優(yōu)化地，所述的蒸發(fā)源還包括與光學(xué)組件相連接的成像組件。
[0010]進(jìn)一步地，所述的蒸發(fā)源還包括與光學(xué)組件相連接的光譜儀、與光譜儀相連接的的探測(cè)器。
[0011]進(jìn)一步地，所述的蒸發(fā)源還包括分別與光學(xué)組件相連接的光譜儀和成像組件、與光譜儀相連接的的探測(cè)器、分別與成像組件及探測(cè)器相連接的用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0012]優(yōu)化地，所述觀察窗口的材料為玻璃、石英或藍(lán)寶石。
[0013]優(yōu)化地，所述加熱組件的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，所述容器、溫度測(cè)量組件、真空電連接器和控制電源的數(shù)量分別與加熱組件的數(shù)量一致。
[0014]本發(fā)明還提供一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控真空沉積設(shè)備，含有上述的蒸發(fā)源。
[0015]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，通過(guò)在熱屏蔽組件內(nèi)設(shè)置顯微鏡并且真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對(duì)的觀察窗口，能夠在沉積蒸發(fā)材料的同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控沉積材料在襯底表面形貌和光學(xué)性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖1為本發(fā)明原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為附圖1的側(cè)視圖；
附圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例2原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖5為本發(fā)明實(shí)施例3原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1、真空法蘭；2、熱屏蔽組件；3、加熱組件；4、材料容器；5、溫度測(cè)量組件；6、真空電連接器；7、控制電源；8、顯微鏡；9、觀察窗口，10、光學(xué)組件；11、成像組件；12、光譜儀；13、探測(cè)器；14、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]如圖1和圖2所示的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，主要包括真空法蘭1、熱屏蔽組件2、加熱組件3、材料容器4和顯微鏡8。
[0019]其中，熱屏蔽組件2支撐于真空法蘭I任一側(cè)面上；加熱組件3可以加工成各種形狀，嵌設(shè)于熱屏蔽組件2遠(yuǎn)離真空法蘭I的一端；材料容器4內(nèi)置于加熱組件3中，它的內(nèi)部盛放有蒸發(fā)材料，由加熱組件3加熱到一定溫度，產(chǎn)生所需要的原子、分子或者團(tuán)簇束流；溫度測(cè)量組件5位于材料容器4附近用于測(cè)量其溫度；真空電連接器6安裝在真空法蘭I上，分別與加熱組件3及溫度測(cè)量組件5相電連接；控制電源7與真空電連接器6相連接，一方面能夠接收真空電連接器6反饋的溫度測(cè)量組件5測(cè)得溫度，另一方面能夠進(jìn)一步控制加熱組件3對(duì)材料容器4繼續(xù)加熱或者停止加熱；當(dāng)蒸發(fā)材料以原子、分子或者團(tuán)簇束流方式從材料容器4中噴射出來(lái)沉積在襯底上時(shí)，安裝于熱屏蔽組件2內(nèi)顯微鏡8能夠用于對(duì)其進(jìn)行顯微觀察，而且真空法蘭I上設(shè)有與顯微鏡8位置相對(duì)的觀察窗口 9，用于形貌觀測(cè)和光學(xué)性能測(cè)量。加熱組件3可以采用電阻加熱、電子束加熱、熱傳導(dǎo)、微波加熱等方式進(jìn)行加熱，它的數(shù)量可以根據(jù)需要配置一個(gè)或多個(gè)，相應(yīng)的材料容器4、溫度測(cè)量組件5、真空電連接器6和控制電源7的數(shù)量與其一致，從而可以對(duì)一種或者多種蒸發(fā)材料同時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)，提聞其效率。
[0020]熱屏蔽組件2為圓筒狀，用保溫絕熱材料制成，可以阻斷熱量的散發(fā)，提高加熱組件3的熱使用效率，同時(shí)熱屏蔽組件2阻止加熱組件3產(chǎn)生的熱量向內(nèi)置顯微鏡傳遞以保護(hù)內(nèi)置顯微鏡鏡頭的安全。顯微鏡8設(shè)于熱屏蔽組件2的中間，它可以為各種電子顯微鏡或者光學(xué)顯微鏡；為了簡(jiǎn)單和不阻擋蒸發(fā)源所產(chǎn)生的束流，顯微鏡8采用長(zhǎng)工作距離顯微鏡為佳，其照明方式可以采用內(nèi)置式或者外置式。
[0021]實(shí)施例1
如圖3所示的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，除上述的部件外，還包括相連接的光學(xué)組件10和成像組件11。該光學(xué)組件10與熱屏蔽組件2位于真空法蘭I的不同側(cè)，并且靠近觀察窗口 9，用于將顯微鏡8顯示的實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行光學(xué)處理從而在成像組件11顯示出來(lái)，使得操作人員能夠以舒適的角度進(jìn)行監(jiān)控。光學(xué)組件10可以由玻璃、石英、藍(lán)寶石、光子晶體等材料制成。
[0022]實(shí)施例2
如圖4所示的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，與實(shí)施例1中蒸發(fā)源的基本構(gòu)造一致，不同點(diǎn)在于不含有 成像組件11，而是將光譜儀12分別與光學(xué)組件10、探測(cè)器13相連接，從而能夠更加精確地記錄沉積蒸發(fā)材料時(shí)的光學(xué)性能。光譜儀12可以是光譜儀加強(qiáng)度探測(cè)器或者電荷耦合元件(CCD)等，用來(lái)實(shí)時(shí)記錄薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中各種光學(xué)信息如光熒光和拉曼信息的變化，它一般包括光源、準(zhǔn)直鏡、分光鏡或者光柵、信號(hào)收集探測(cè)器。
[0023]實(shí)施例3
如圖5所示的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，與實(shí)施例1中蒸發(fā)源的基本構(gòu)造一致，不同點(diǎn)在于:光學(xué)組件10還與光譜儀12連接，而光譜儀12還與探測(cè)器13相連接，以及還包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14，分別與成像組件及探測(cè)器相連接，用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。同時(shí)配置成像組件11、光譜儀12和探測(cè)器13，能夠?qū)崿F(xiàn)形貌和光學(xué)性能相關(guān)聯(lián)的演變，并可以對(duì)薄膜表面進(jìn)行微區(qū)分析；連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14后，能夠?qū)λ鶞y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，并通過(guò)同一計(jì)算機(jī)對(duì)所有的操作進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等等。
[0024]將實(shí)施例1至3中任一原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源安裝在現(xiàn)有的真空腔體上(例如機(jī)械泵、分子泵、離子泵、擴(kuò)散泵、冷凝泵或者其他真空部件)即可構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控的真空沉積設(shè)備。
[0025]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:它包括真空法蘭、支撐于所述真空法蘭任一側(cè)面上的熱屏蔽組件、嵌設(shè)于所述熱屏蔽組件遠(yuǎn)離真空法蘭一端的加熱組件、內(nèi)置于所述加熱組件內(nèi)的材料容器、安裝于所述材料容器附近用于測(cè)量其溫度的溫度測(cè)量組件、分別與所述加熱組件和溫度測(cè)量組件相電連接且安裝于真空法蘭上的真空電連接器、與所述真空電連接器相連接的控制電源，所述的蒸發(fā)源還包括安裝于熱屏蔽組件內(nèi)的顯微鏡，所述的真空法蘭上設(shè)有與顯微鏡位置相對(duì)的觀察窗口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述的蒸發(fā)源還包括設(shè)于光學(xué)組件，所述的光學(xué)組件靠近觀察窗口且與熱屏蔽組件位于真空法蘭的不同側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述的蒸發(fā)源還包括與光學(xué)組件相連接的成像組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述的蒸發(fā)源還包括與光學(xué)組件相連接的光譜儀、與光譜儀相連接的的探測(cè)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述的蒸發(fā)源還包括分別與光學(xué)組件相連接的光譜儀和成像組件、與光譜儀相連接的的探測(cè)器、分別與成像組件及探測(cè)器相連接的用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述觀察窗口的材料為玻璃、石英或藍(lán)寶石。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控蒸發(fā)源，其特征在于:所述加熱組件的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，所述容器、溫度測(cè)量組件、真空電連接器和控制電源的數(shù)量分別與加熱組件的數(shù)量一致。
8.—種原位形貌和光學(xué)性能監(jiān)控真空沉積設(shè)備，其特征在于:包括如權(quán)利要求1至7中任一所述的蒸發(fā)源。
【文檔編號(hào)】C23C14/52GK103805956SQ201410070043
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】遲力峰, 王文沖 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)