掠角反應(yīng)沉積設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于化工設(shè)備領(lǐng)域，具體來說，涉及一種掠角反應(yīng)沉積設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]掠角反應(yīng)沉積(Reactive Ballistic Deposit1n)是一種高真空條件下，在活性氣體氛圍中，利用電子束高溫轟擊金屬靶材，在冷基底上沉積并且反應(yīng)的生成薄膜的方法。具體來說，掠角反應(yīng)沉積是通過電子束高溫轟擊，加熱金屬靶材，使金屬原子束流在活性氣體氛圍中，沿著一定角度撞擊在低溫基底上，發(fā)生吸附以及化學反應(yīng)而形成化合物薄膜。在冷基底表面會形成活性氣體吸附層，當高溫金屬原子束流到達基底表面，會在基地表面附著，并且與表面的吸附活性氣體發(fā)生化學反應(yīng)。掠角反應(yīng)沉積的條件，只需要滿足達到被蒸發(fā)靶材在相應(yīng)真空度下的升華溫度，就可以進行沉積反應(yīng)。它是一種自下而上的納米制備技術(shù)，能夠制備結(jié)構(gòu)規(guī)整，比表面積大的多孔結(jié)構(gòu)薄膜。掠角反應(yīng)沉積制備的納米結(jié)構(gòu)薄膜具有獨特的物理、光學特性，細微的薄膜結(jié)構(gòu)，能夠控制薄膜特性的連續(xù)變化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)極大地增大了制備薄膜的比表面積。掠角反應(yīng)沉積技術(shù)在太陽能光電轉(zhuǎn)化，燃料電池，氣體傳感器，催化材料以及電容器等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]為了簡單便捷、高效利用掠角反應(yīng)沉積技術(shù)制備多孔結(jié)構(gòu)薄膜材料，本實用新型提供了一種新型的掠角反應(yīng)沉積設(shè)備，其使用操作簡單有效，成本低廉，能夠制備較高質(zhì)量的多孔結(jié)構(gòu)薄膜材料。
[0004]本實用新型的技術(shù)目的可通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0005]掠角反應(yīng)沉積設(shè)備，包括高真空腔室、第一泵、第二泵、樣品操縱桿、活性氣體微調(diào)閥、電子束轟擊蒸發(fā)源和膜厚監(jiān)測儀，其中:
[0006]所述高真空腔室與腔室門活動連接，在高真空腔室的一側(cè)設(shè)置有高真空擋板閥，所述高真空擋板閥與第一泵的入口相連，第一泵的出口通過第一管路與第二泵相連，所述高真空腔室通過第二管路與第二泵相連，在所述高真空腔室上設(shè)置樣品操縱桿、活性氣體微調(diào)閥、電子束轟擊蒸發(fā)源、真空表和膜厚監(jiān)測儀；所述活性氣體微調(diào)閥通過管路，與外部儲氣罐相連，用于高真空腔室內(nèi)的氣體組分調(diào)節(jié)，可對高真空腔室的真空度從大氣到高真空范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；
[0007]所述高真空腔室為球形，樣品操縱桿貫穿高真空腔室的室壁并密封，位于高真空腔室內(nèi)的一端設(shè)置固定夾，用于夾持和固定基底材料，所述樣品操縱桿能夠進行360度角的旋轉(zhuǎn)，進而帶動固定夾進行旋轉(zhuǎn)，以使基底材料滿足不同沉積角度，所述樣品操縱桿沿高真空腔室徑向進行直線運動，以將固定夾穩(wěn)定在球形高真空腔室的中心位置；
[0008]膜厚監(jiān)測儀貫穿高真空腔室的室壁并密封，位于高真空腔室內(nèi)的一端設(shè)置膜厚監(jiān)測儀探頭，所述膜厚監(jiān)測儀沿高真空腔室徑向進行直線運動，以將膜厚監(jiān)測儀探頭穩(wěn)定在球形高真空腔室的中心位置，用于監(jiān)測這一位置的薄膜沉積速率；
[0009]電子束轟擊蒸發(fā)源設(shè)置在高真空腔室的底部，并與靶材相連，所述靶材正對球形高真空腔室的中心位置，利用高能量電子束轟擊金屬靶材，使金屬靶材局部溫度升高，達到熔點，實現(xiàn)金屬的蒸發(fā)。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述第一泵為渦輪分子泵；所述第二泵為機械泵。
[0011 ] 在上述技術(shù)方案中，在所述第二泵上設(shè)置第二泵出氣口。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述腔室門與高真空腔室通過密封膠圈進行密封連接，腔室門的內(nèi)徑優(yōu)選大于200毫米且小于500mm。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述真空表用于測量高真空腔室的真空度，量程從I個大氣到 5.0 X 10 10mbaro
[0014]在本實用新型的技術(shù)方案中，高真空腔室通過高真空擋板閥與渦輪分子泵相連，機械泵作為系統(tǒng)的前級泵，有兩個支路，分別與渦輪分子泵和高真空腔室相接；腔室門在高真空腔室的正面，作為樣品進出制備系統(tǒng)的開口 ；樣品操縱桿安裝在高真空腔室的右側(cè)，操縱樣品在真空腔室內(nèi)的位置；膜厚監(jiān)測儀安裝在高真空腔室的右后方，檢測沉積反應(yīng)時，薄膜的沉積厚度；真空表安裝在高真空腔室的右前方，檢測制備系統(tǒng)的真空度；活性氣體微調(diào)閥安裝在真空腔室的右下方，控制活性氣體通入制備系統(tǒng)內(nèi)的量；兩套電子束轟擊蒸發(fā)源安裝在高真空腔室的底部，作為金屬靶材的蒸發(fā)源。
[0015]本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，操作簡單。在進行鍍膜沉積前，先將沉積基底安裝在操縱桿連接的樣品夾上，依次開啟前級機械泵以及渦輪分子泵，使高真空腔室達到一個較高且穩(wěn)定的真空度。利用活性氣體微調(diào)閥控制反應(yīng)所需的活性氣體達到所需要的分壓。通過控制高溫電子束轟擊蒸發(fā)源的輸出功率，根據(jù)膜厚監(jiān)測儀監(jiān)測信號，調(diào)整所需要沉積材料的蒸發(fā)束流。在沉積系統(tǒng)內(nèi)，沉積基底處于一個穩(wěn)定的高真空環(huán)境中，并且在基底表面發(fā)生穩(wěn)定的薄膜沉積過程，并伴隨化學反應(yīng)的發(fā)生。沉積速率可以穩(wěn)定控制在一定的數(shù)值，通過控制沉積反應(yīng)的時間，可以控制薄膜沉積的厚度。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(I)，其中I為高真空腔室，2為第一泵，3為高真空擋板閥，4為樣品操縱桿，5為腔室門，6為真空表，9為膜厚監(jiān)測儀，10為第一管路，11為第二管路，12為第二泵，13為第二泵出氣口。
[0017]圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(2)，其中I為高真空腔室，2為第一泵，3為高真空擋板閥，4為樣品操縱桿，5為腔室門，6為真空表，7為活性氣體微調(diào)閥，8為電子束轟擊蒸發(fā)源。
[0018]圖3是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(3)，其中I為高真空腔室，4為樣品操縱桿，7為活性氣體微調(diào)閥，8為電子束轟擊蒸發(fā)源，14為固定夾，16為靶材。
[0019]圖4是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(4)，其中I為高真空腔室，4為樣品操縱桿，9為膜厚監(jiān)測儀，14為固定夾，15為膜厚監(jiān)測儀探頭。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實施例進一步說明本實用新型的技術(shù)方案。
[0021]如附圖1和2所示分別為本實用新型掠角反應(yīng)沉積設(shè)備的俯視圖和主視圖，包括高真空腔室、第一泵、第二泵、樣品操縱桿、活性氣體微調(diào)閥、電子束轟擊蒸發(fā)源和膜厚監(jiān)測儀，其中:
[0022]所述高真空腔室與腔室門活動連接，在高真空腔室的一側(cè)設(shè)置有高真空擋板閥，所述高真空擋板閥與第一泵的入口相連，第一泵的出口通過第一管路與第二泵相連，所述高真空腔室通過第二管路與第二泵相連，在所述高真空腔室上設(shè)置樣品操縱桿、活性氣體微調(diào)閥、電子束轟擊蒸發(fā)源、真空表和膜厚監(jiān)測儀；所述活性氣體微調(diào)閥通過管路，與外部儲氣罐相連，用于高真空腔室內(nèi)的氣體組分調(diào)節(jié)，可對高真空腔室的真空度從大氣到高真空范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；
[0023]如附圖3和4所示，本實用新型掠角反應(yīng)沉積設(shè)備中高真空腔室、膜厚監(jiān)測儀、樣品操縱桿和電子束轟擊蒸發(fā)源的位置關(guān)系，具體來說:
[0024]所述高真空腔室為球形，樣品操縱桿貫穿高真空腔室的室壁并密封，位于高真空腔室內(nèi)的一端設(shè)置固定夾，用于夾持和固定基底