一种原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置及方法，反应腔底部安装有光栅透镜、平面超透镜和激光光源。在分子束外延工艺过程中，激光光源通过平面超透镜变为平行光，再通过光栅透镜形成平面微结构图案并垂直照射到衬底表面。光栅透镜与衬底分别通过磁力驱动机构和电机控制系统实现同步旋转。本发明专利技术专利可实现原位在线调控薄膜图形化生长。专利可实现原位在线调控薄膜图形化生长。专利可实现原位在线调控薄膜图形化生长。

【技术实现步骤摘要】
一种原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置及方法


[0001]本专利技术属于薄膜制备
，特别涉及一种原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置及方法。

技术介绍

[0002]分子束外延是一种高精密度的薄膜制备技术，随着薄膜器件的发展，人们不仅需要在厚度方向上制备多层微结构，也需要在外延平面上实现特殊的图形微结构，例如微米柱结构，或者光学晶体结构等等。现有的常规分子束外延设备只能制备面内均匀的外延薄膜，配备有激光扫描系统的分子束外延设备虽然也可以实现图形化平面结构，但一方面激光照射到衬底表面有一定的入射角度，随着薄膜厚度增加，激光光斑照射位置发生移动，另一方面衬底在生长中通常要进行旋转，激光扫描整个衬底表面需要有一定的时间，在这个过程中薄膜厚度不断增加，激光照射某处之后再移动到另一处照射，由于薄膜厚度增加激光逐层调控薄膜的一致性将会有所降低。因此需要有一种技术实现薄膜生长过程中垂直入射图形化光源，对所生长的外延薄膜进行面内调控，从而实现原位制备图形微结构薄膜。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对高性能图形化微结构薄膜器件的发展对分子束外延反应装置提出的更高要求，提供一种原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置及方法。
[0004]本专利技术所提供的原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置，其特征在于，反应腔体顶部中心设置有衬底托架，所述衬底托架固定在旋转环上，所述旋转环通过磁力传动机构一与反应腔体外部的伺服电机一耦合，实现转动运动。反应腔体底部中心安装有图形化光源装置，所述图形化光源装置从下而上包含激光光源、平面超透镜和光栅透镜。所述图形化光源装置通过磁力传动机构二与伺服电机二耦合。反应腔体侧边还分别设置有进样口和真空抽气口，反应腔体底部安装有源炉。
[0005]可选的，前述激光光源为飞秒激光。
[0006]为保证薄膜沉积的均匀性，衬底在生长过程中需要以一定速度旋转，本专利技术通过两个伺服电机分别控制衬底和图形化光源装置的转速，所述伺服电机一和伺服电机二通过电机控制系统实现同步旋转，保证图形化光与衬底同步旋转，既保证了薄膜生长的均匀性，又实现了图形化生长。
[0007]使用前述原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置的外延方法工作流程如下：在进行薄膜生长过程中，飞秒激光光源通过平面超透镜扩束为平行光，通过光栅透镜之后形成微结构图形光源，所述微结构图形光源照射在衬底表面，并与衬底表面同步旋转，实现分子束外延薄膜的图形化微结构调控与生长。
[0008]本专利技术的优点是可以实现薄膜生长过程中垂直入射图形化光源，对所生长的外延薄膜进行面内调控，从而实现原位制备图形微结构薄膜。
附图说明
[0009]图1是本专利技术示意的结构侧视剖面图。
[0010]附图标记说明：101反应腔体，102进样口，103衬底托架，104衬底，105电极导柱，106旋转环，107光栅透镜，108平面超透镜，109激光光源，110源炉一阀门，111源炉一，112源炉二阀门，113源炉二，114真空抽气口，201电机控制系统，202伺服电机一，203伺服电机二，204磁力传动机构一，205磁力传动机构二。
具体实施方式
[0011]本专利技术所设计的一种原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置如图1所示。其中，反应腔体101顶部中心设置有衬底托架103，所述衬底托架103固定在旋转环106上，旋转环106通过磁力传动机构一204与反应腔体101外部的伺服电机一202耦合，实现转动运动。反应腔体101底部中心安装有图形化光源装置，图形化光源装置从下而上包含激光光源109、平面超透镜108和光栅透镜1007。图形化光源装置通过磁力传动机构二205与伺服电机二203耦合。反应腔体101侧边还分别设置有进样口102和真空抽气口114，反应腔体底部安装有源炉111和源炉113，源炉111上设置有源炉阀门110，源炉113上设置有源炉阀门112。在进行薄膜生长过程中，激光光源109通过平面超透镜108扩束为平行光，通过光栅透镜107之后形成微结构图形光源，所述微结构图形光源照射在衬底104表面，并与衬底104表面同步旋转，实现分子束外延薄膜的图形化微结构调控与生长。
[0012]以上实施例主要说明了利用本专利技术提出原位制备图形微结构薄膜的分子束外延腔体及其工作过程，尽管只对其中一种本专利技术实施方式进行了描述，但本专利技术在不偏离其主旨与范围内可以以许多其他方式实施。因此，应该理解的是，以上实施例并不限于本专利技术，凡在本专利技术精神和原则内，所做的修改、替换等，均应包含在本专利技术的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位制备图形微结构薄膜的分子束外延装置，其特征在于，反应腔体顶部中心设置有衬底托架，衬底托架固定在旋转环上，旋转环通过磁力传动机构一与反应腔体外部的伺服电机一耦合，实现转动运动，反应腔体底部中心安装有图形化光源装置，图形化光源装置从下而上包含激光光源、平面超透镜和光栅透镜，图形化光源装置通过磁力传动机构二与伺服电机二耦合，反应腔体侧边还分别设置有进样口和真空抽气口，反应腔体底部安装有源炉。2.根据权利要求1所述的一种原位制备图形微结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，甘志银，沈桥，植成杨，严晗，
申请(专利权)人：广东众元半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：