一种分子束外延的材料生长原位监测装置制造方法及图纸

一种分子束外延的材料生长原位监测装置，其中，包括激光光源模块、接收模块、数据处理模块和分子束外延腔体，所述分子束外延腔体内设置有用于监测的样品，所述激光光源模块用于发射光束照射所述样品，经样品反射后形成反射光束，被所述接收模块接收，所述数据处理模块与接收模块连接，用于处理反射光束携带的信息。本实用新型专利技术提供的一种分子束外延的材料生长原位监测装置具有结构简单、采集信息准确、计算误差小以及制造成本低的特点，同时，有效解决了国外产品中功能单一的问题，实现样品材料的多种信息监测与计算，极大地满足科研人员和本领域技术人员的使用需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及材料生长的监测系统，尤其涉及基于分子束外延的材料生长原位监测装置。
技术介绍
随着时代的发展，各种高科技材料被应用于航空工业、电子信息技术产业、制造业等领域，同时，为了满足不同领域的使用要求，判断材料的特性也显得尤为重要。传统的材料监测方法中，采用红外高温计、反射高能电子衍射仪(reflection high-energy electron diffraction，RHEED)、实时温度测试仪(Bandit)等监测设备无法对生长材料的组份、表面粗糙度、折射率、吸收系数进行有效地监测研究，特别是对失配材料在生长时的应力演变过程，从而无法对材料生长的参数作实时调整，使外延层材料的质量无法提高。目前，为了解决对材料生长进行监测的问题，国外的公司基于分子束外延技术研发了一种监测装置，分子束外延(Molecular beam epitaxy，MBE)是使单晶材料生长的一种方法，该监测装置主要由德国的Laytec公司和美国的KSA公生产、垄断，而且都具有产品功能单一、价格昂贵的缺陷。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种分子束外延的材料生长原位监测装置，解决材料在生长过程中无法实时监测材料的组份、表面粗糙度、反射率、吸收系数等问题，并降低实时监测成本。为了达到上述专利技术目的，本技术采用了如下的技术方案：一种分子束外延的材料生长原位监测装置，其中，包括激光光源模块、接收模块、数据处理模块和分子束外延腔体，所述分子束外延腔体内设置有用于监测的样品，所述激光光源模块用于发射光束照射所述样品，经样品反射后形成反射光束，被所述接收模块接收，所述数据处理模块与接收模块连接，用于处理反射光束携带的信息。进一步地，所述激光光源模块包括激光器、激光分束透镜、准直透镜，所述激光器用于产生激光光束，激光光束经过所述激光分束透镜后形成阵列光束，阵列光束再经过所述准直透镜形成平行光束。进一步地，所述分子束外延腔体设有入光口和出光口，所述入光口与所述激光光源模块发射光束的位置对应，所述出光口与接收模块接收光束的位置对应。进一步地，所述接收模块包括图像传感器和光电开关，所述光电开关用于控制所述图像传感器对所述样品进行数据采集。进一步地，数据处理模块内部设置有信号处理模块，所述信号处理模块用于分析反射光束的强度和光束位置变化以及原位应力测量。优选地，激光器为红光激光器，功率稳定性小于5％。优选地，激光分束透镜采用达曼光栅作为光束分束器件。优选地，准直透镜内部设有焦距调节模块，用于调节准直光束点阵。优选地，所述图像传感器为高分辨率面阵的二维CCD，用于采集反射光束的强度和光束位置。优选地，所述光电开关为反射式光电开关，样品上设置有用于控制样品转动的马达，所述反射式光电开关用于随所述马达转动保持同步采集。本技术的有益效果：本技术提供的一种分子束外延的材料生长原位监测装置具有结构简单、采集信息准确、计算误差小以及制造成本低的特点，同时，有效解决了国外产品中功能单一的问题，实现样品材料的多种信息监测与计算，极大地满足科研人员和本领域技术人员的使用需求。附图说明图1是本技术实施例分子束外延的材料生长原位监测装置的结构示意图。具体实施方式为了更好地阐述本技术的技术特点和结构，以下结合本技术的优选实施例及其附图进行详细描述。参阅图1，本技术提供的一种分子束外延的材料生长原位监测装置，包括激光光源模块10、接收模块20、数据处理模块30和分子束外延腔体6，该分子束外延腔体6内部设置有用于监测的样品。其中，激光光源模块10产生平行光束，从分子束外延腔体6的一端射入，照射样品5，并在样品5的表面反射形成反射光束，反射光束携带着样品材料的信息从分子束腔体6的另一端射出，该反射光束被接收模块20接收后，传送至数据处理模块30进行分析，从而得到样品5材料生长的表面粗糙度、生长速率、薄膜厚度、薄膜光学常数的信息。由于样品5经过分子束外延生长后，样品5材料的平整度发生变化，导致样品5表面对平行光束的反射发生偏移，从而得到样品5材料生长后的信息。数据处理模块30通过对反射光束强度和位置的变化进行分析，即可计算得出分子束外延材料的质量。具体地，激光光源模块10包括激光器11、激光分束透镜12、准直透镜13。该激光器11设置于激光光源模块10的内部，用于产生单束激光光束，激光分束透镜12为达曼光栅，用于对激光光束进行分束，该激光光束经过激光分束透镜12后形成发散的阵列光束，发散的阵列光束再经过准直透镜13后形成平行光束。其中，激光光源模块10还设有机械支架，激光器11、激光分束透镜12和准直透镜13依次安装于该机械支架上，使得激光器11、激光分束透镜12和准直透镜13的光学中心在同一条直线上。需要说明的是，激光光束被分束后，达曼光栅对激光光束进行整形准直处理，可以形成高质量的阵列光束。具体地，接收模块20至少包括图像传感器21和光电开关22，该图像传感器为高分辨率面阵的二维CCD，通过光电开关22控制数据采集，用于将二维图像转变为视频信号并输出。其中，采用多帧CCD，避免了CCD采集速率低于样品转速的问题，从而解决采集数据遗漏的问题，同时，高分辨率面阵的二维CCD采集反射光束强度和光束位置时，不用附加器件和其他设备，降低该装置的制造成本；该光电开关采用反射式光电开关，通过与样品5上设置的用于控制样品5转动的马达配合工作，该马达装有反射片，当马达转动到任一工作位置时，反射片能够反射激光光源模块发射的平行光束，从而驱动光电开关打开，保证图像传感器21进行样品5材料的实时信息采集，实现了采集的同步性。具体地，分子束外延腔体6设有入光口3和出光口4，激光光源模块10安装于分子束外延腔体6的入光口3处，激光光源模块10产生的平行光束可沿入光口3输入分子束外延腔体6的内部，同时，本实施例还外设调节装置，该调节装置安装于机械支架的下方，包括粗调旋钮和微调旋钮，用于精确转动激光光源模块10，使得平行光束改变不同角度射入到分子束外延腔体6的内部。而接收模块20安装于分子束外延腔体6的出光口4处，该出光口4沿分子束外延腔体6的中心线与入光口3相互对称，且图像传感器21的位置于出光口4对应，保证经样品表面反射后的反射光束能够完全被图像传感器21接收。具体地，数据处理模块30内部设置有信号处理模块，该信号处理模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分子束外延的材料生长原位监测装置，其特征在于，包括激光光源模块(10)、接收模块(20)、数据处理模块(30)和分子束外延腔体(6)，所述分子束外延腔体(6)内设置有用于监测的样品(5)，所述激光光源模块(10)用于发射光束照射所述样品(5)，经样品(5)反射后形成反射光束，被所述接收模块(20)接收，所述数据处理模块(30)与接收模块(20)连接，用于处理反射光束携带的信息。

【技术特征摘要】
1.一种分子束外延的材料生长原位监测装置，其特征在于，包括激光光源
模块(10)、接收模块(20)、数据处理模块(30)和分子束外延腔体(6)，所述分子束
外延腔体(6)内设置有用于监测的样品(5)，所述激光光源模块(10)用于发射光束
照射所述样品(5)，经样品(5)反射后形成反射光束，被所述接收模块(20)接收，
所述数据处理模块(30)与接收模块(20)连接，用于处理反射光束携带的信息。
2.根据权利要求1所述的分子束外延的材料生长原位监测装置，其特征在
于，所述激光光源模块(10)包括激光器(11)、激光分束透镜(12)、准直透镜(13)，
所述激光器(11)用于产生激光光束，激光光束经过所述激光分束透镜(12)后形成
阵列光束，阵列光束再经过所述准直透镜(13)形成平行光束。
3.根据权利要求1所述的分子束外延的材料生长原位监测装置，其特征在
于，所述分子束外延腔体(6)设有入光口(3)和出光口(4)，所述入光口(3)与所述激
光光源模块(10)发射光束的位置对应，所述出光口(4)与接收模块(20)接收光束的
位置对应。
4.根据权利要求1所述的分子束外延的材料生长原位监测装置，其特征在
于，所述接收模块(20)包括图像传感器(21)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝吉，赵勇明，季莲，陆书龙，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：新型
国别省市：江苏;32