一种用于制备氧化物薄膜的加热装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于制备氧化物薄膜的加热装置，其采用连续光纤激光器作为光源，包括真空腔体以及激光调节模块。其中，真空腔体至少包括设置于其内部的样品架、放置于样品架上的样品托、以及设置于真空腔体表面的视窗。样品托上设置有碳化硅吸收片，其用于放置样品。激光调节模块包括光纤准直镜以及扩束透镜。光纤准直镜、扩束透镜、视窗以及样品托沿激光光路依次设置，且光纤准直镜设置于扩束透镜的焦点处。点处。点处。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备氧化物薄膜的加热装置


[0001]本专利技术涉及真空薄膜制备技术，特别涉及一种用于制备氧化物薄膜的加热装置。

技术介绍

[0002]利用磁控溅射和脉冲激光分子束制备复杂氧化物薄膜样品，例如钇钡铜氧(YBCO)高温超导薄膜、钇铁石榴石(YIG)铁氧体薄膜、镧锶锰氧(LSMO)庞磁阻薄膜等的时候，通常需要1Pa左右的氧气氛围，同时样品还需要加热到800℃左右，这就对加热器的耐氧性能提出了较高的要求。
[0003]目前，制备复杂氧化物薄膜时多采用碳化硅加热器或者是红外激光加热器。
[0004]其中，碳化硅(SiC)是半导体材料，掺杂后具备较低的电阻率，因此碳化硅加热器采用电阻加热原理，即通过电流的焦耳效应把电能转变成热能，然后通过热辐射的形式来加热样品。碳化硅在氧气中加热时表面会生成一层非常薄的、致密的、与基体结合牢固的二氧化硅(SiO2)薄膜，这层二氧化硅薄膜能阻碍氧向碳化硅内部扩散，限制碳化硅的氧化，使得碳化硅有较好的抗氧化性。碳化硅的早期氧化物为玻璃态的二氧化硅薄膜，但是随着温度升高到约800～1140℃时候，玻璃态的二氧化硅薄膜开始发生晶化，这个相变过程将使二氧化硅体积发生变化，使得二氧化硅保护膜结构变得疏松而与碳化硅基体结合变得不牢固，使得氧化保护作用减弱，因此，碳化硅加热器在氧气环境下，通过热辐射方式把样品加热到800℃已经是其上限。此外，由于二氧化硅在500℃以下热膨胀系数变化较大，而碳化硅基材热膨胀系数变化不大，因此二氧化硅保护膜与碳化硅基材间的热应力变化较大，一旦升降温速率过大，二氧化硅保护膜极易破裂。因此，碳化硅加热器在氧气氛围下寿命一般只有一千小时左右。
[0005]而红外激光加热器的原理则是将大功率红外激光经透镜扩束后直接照射到样品或者样品托上，使得样品或者样品托吸收红外激光，进而温度升高。其中，所述红外激光是指波长范围从0.75微米至300微米的激光,其可进一步地细分为近红外(0.75微米至2.5微米)、中红外(2.5微米至25微米)、远红外光(25微米至300微米)三个区域。相较于碳化硅加热器，红外激光加热器的寿命特别长，可达2万小时以上。同时，采用红外激光加热器可以使得样品升降温的速度非常快，且只要激光功率足够高，或者把激光聚焦后使用，样品的加热温度没有上限，甚至可以把样品融化。此外，激光器是在真空腔外，通过光纤、扩束透镜、熔融石英视窗再引入真空腔，因此维护方便。
[0006]但是，红外半导体激光加热器在800℃、1Pa氧气的生长条件下，加热所需要的激光功率密度大概为100W/cm2。而出于吸收率的考虑，目前多采用的0.808微米的半导体激光器。光纤耦合的0.808微米的半导体激光器的最大功率只能到400W，且价格昂贵，这就使得单台0.808微米激光器所能加热的最大样品只有2厘米左右，这就限制了红外激光加热器的使用场景，若需要加热2厘米以上样品通常需要采用多台激光组成阵列来提高功率，一是增加了光路的复杂程度，二是温度的均匀性无法保证，此外还大幅增加了生产成本。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的部分或全部问题，本专利技术提供一种用于制备氧化物薄膜的加热装置，其采用连续光纤激光器作为光源，包括：
[0008]真空腔体，其至少包括：
[0009]样品架，设置于所述真空腔体的内部；
[0010]样品托，其放置于所述样品架上，且其包括碳化硅吸收片，样品放置于所述碳化硅吸收片上；以及
[0011]视窗，其设置于所述真空腔体表面，且被配置为能够使红外激光照射至所述样品托；以及
[0012]激光调节模块，包括光纤准直镜以及扩束透镜，所述光纤准直镜、扩束透镜及视窗沿激光光路依次设置，且所述光纤准直镜设置于所述扩束透镜的焦点处。
[0013]进一步地，所述碳化硅吸收片的表面积小于经所述扩束透镜扩束后的光斑直径，但大于所述样品的表面积。
[0014]进一步地，所述碳化硅吸收片的材料为P型掺杂的无压烧结碳化硅。
[0015]进一步地，所述光斑直径根据所述扩束透镜的焦距以及光纤的孔径角计算得到。
[0016]进一步地，所述扩束透镜及光纤准直镜通过支架固定于所述真空腔体上，且所述扩束透镜的位置沿激光光路可调。
[0017]进一步地，所述样品托还包括支撑框，所述碳化硅吸收片固定于所述支撑框上。
[0018]进一步地，所述碳化硅吸收片通过螺丝及第一压片固定于所述支撑框上，和/或所述样品通过螺丝及第二压片固定于所述碳化硅吸收片上。
[0019]进一步地，所述支撑框和/或螺丝和/或第一压片和/或第二压片为镍基合金材料。
[0020]进一步地，所述真空腔体还包括气体入口，用于向所述真空腔体内输送氧气或臭氧。
[0021]进一步地，所述真空腔体还包括测温口，用于设置温度检测装置。
[0022]本专利技术提供的一种用于制备氧化物薄膜的加热装置，其使用碳化硅作为红外吸收材料，有效提高了红外激光的吸收率。其仅需采用一台1.08微米的连续光纤激光器作为光源，就能够实现4英寸及以上的大面积氧化物薄膜样品的制备，而不需要多台红外激光组成阵列，大大简化了光路设计，降低了成本。
附图说明
[0023]为进一步阐明本专利技术的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本专利技术的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本专利技术的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
[0024]图1示出多种金属在室温下的光谱吸收率；
[0025]图2示出P型掺杂的无压烧结碳化硅在室温下的光谱吸收率；
[0026]图3示出本专利技术一个实施例的一种用于制备氧化物薄膜的加热装置的结构示意图；
[0027]图4示出本专利技术一个实施例的一种用于制备氧化物薄膜的加热装置的光路示意
图；以及
[0028]图5a示出本专利技术一个实施例的样品托的结构示意图；以及
[0029]图5b示出本专利技术一个实施例的样品托的零件分解示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本专利技术。应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
[0031]在本专利技术中，除非特别指出，“布置在
…
上”、“布置在
…
上方”以及“布置在
…
之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在
…
上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在
…
下或下方”，反之亦然。
[0032]在本专利技术中，各实施例仅仅旨在说明本专利技术的方案，而不应被理解为限制性的。
[0033]在本专利技术中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备氧化物薄膜的加热装置，其采用连续光纤激光器作为光源，其特征在于，包括：真空腔体，其包括：样品架，设置于所述真空腔体的内部；样品托，放置于所述样品架上，且包括碳化硅吸收片，所述碳化硅吸收片被配置为能够放置样品；以及视窗，设置于所述真空腔体表面，且被配置为能够使红外激光照射至所述样品托上；以及激光调节模块，包括光纤准直镜以及扩束透镜，所述光纤准直镜、扩束透镜及视窗沿激光光路依次设置，且所述光纤准直镜设置于所述扩束透镜的焦点处。2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述碳化硅吸收片的表面积小于经所述扩束透镜扩束后的光斑直径D，但大于所述样品的表面积。3.如权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述光斑直径D根据所述扩束透镜的焦距f以及光纤的孔径角θ计算得到：D＝2f tanθ。4.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述扩束透镜及光纤准直镜通过支...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾金虎，殷立峰，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：