[设备]脉冲激光沉积系统

功能介绍

脉冲激光沉积系统的工作原理：就是将激光聚焦于靶材上一个较小的面积，利用激光的高能量密度将部分靶材料蒸发甚至电离，使其能够脱离靶材而向基底运动，进而在温度较低的基底上沉积，从而形成相应的各种物质薄膜，甚至还用来制备一些难以合成的材料膜，如金刚石、立方氮化物膜等。同时，能够用反射高能电子衍射（RHEED）系统实时监控薄膜的生长过程，实现对膜厚与沉积速率的精确控制。

脉冲激光沉积系统可以用来获得期望化学计量比的多组分薄膜，沉积速率高，试验周期短，衬底温度要求低，制备的薄膜均匀；可任意调节工艺参数，制备不同种类薄膜。同时配件RHEED可得到样品表面的结构信息，探索晶体生长、吸附、表面缺陷等，是原子级人工合成材料工程中强有力的原位分析与监控的科学技术。

主要技术参数

1 沉积室
1.1 直径16英寸的圆柱形，材质为电抛光304不锈钢，全金属密封。
1.2 腔体上配备多个法兰口，以便将来系统升级；
1.3 真空度优于5*10-8 mbar；
2 预真空室
2.1 预真空室和沉积室通过闸阀隔离，配有观察窗；
2.2 配备德国浦发分子泵，抽速为80L/s本底真空度优于5*10-8 Torr；
3 衬底加热系统
3.1 三维样平台，Z方向行程100mm，面内转动，可倾斜100°；
3.2 加热器工作温度：样品的最高加热温度850℃，温控精度<1℃；温度不均匀性<1%。
3.3 加热器工作氛围：在一个大气压的氧气环境中，加热器也可在最高温度下正常工作。
4 靶材台系统
4.1 靶材台位置与取向：靶材台置于沉积室下方，靶面平行于地面并朝上；
4.2 靶材数量： 6个1英寸靶材配置；配有靶材挡板，各个靶材之间互相隔离；
4.3 靶材运动方式：每个靶材须同时实现自传、公转和摆动
5 真空实现及控制系统
5.1 配有真空组件的统一控制系统，可同时测量或控制真空、气流和阀门；
5.2 所有真空腔均采用涡轮分子泵与无油机械干泵进行抽真空；整个系统应配备3套Pfeiffer分子泵及其配套干泵、高真空阀门及不锈钢抽气管路，分别用于对沉积室、预真空室的抽真空；
5.3 3组真空测量组件：一套中真空测量计（10-5Torr～ATM）和一套高真空测量计（3*10-10Torr～ATM）进行真空测量，软件自动控制真空计切换；
5.4 气压控制组件
5.4.1 包含一套独立的气流通道，一套气体流量控制器，预留3个气体通道借口。
5.4.2 气体流量来可通过软件控制，实现对沉积腔气压的实时反馈控制，气压控制精度<+/-1%。
6 光学组件包
6.1 光学组件包由5个45°激光反射镜、50cm焦距的透镜及稳定的光学镜片支架组成，所有部件的相对位置保持固定。整个光学组件包固定在面包板上。
6.2 整个光学组件包置于对激光完全阻挡的防护罩中。
7 软件控制系统
7.1 操作软件基于LabVIEW 8.0语言编写，可控制以下程序：
7.2 激光器控制：激光的触发、脉冲频率和脉冲数量；
7.3 马达控制：样品台旋转的方向和转速；样品挡板的关闭和打开；靶材的公转、自传和摆动；
7.4 温度控制：加热器温度的监测、设定及升降温速率；
7.5 控制质量流量计及分子泵；
7.6 系统必须具有通过软件自动控制沉积室气压的功能；
8 激光器系统
8.1 相干公司201准分子激光器。
8.2 波长： 248nm
8.3 最大脉冲能量：700mJ
8.4 最大频率：10Hz
8.5 能量稳定性：+/- 1%
8.6 脉冲宽度：25ns
9 系统主机
9.1包括4英寸旋转脚轮和水平支脚
9.2冷却风扇防止热堆积在框架内
9.3配电和互连集成在主机上
10 高压反射高能电子衍射仪
10.1德国STAIB公司Torr-RHEED系统，包括手动门阀
10.2电子能量范围：0~30keV
10.3工作能力范围：高达0.4Torr
10.4分析系统：相机系统和软件

应用项目

本设备用于“高效金属-氧化物复合催化剂的理性设计与性能调控”的课题中。本课题的主要内容是研究金属氧化物与贵金属复合催化剂的制备与性能研究。脉冲激光沉积系统适用于研究可作为催化剂的多组分薄膜，避免了其他沉积设备对靶材的限制。此外，RHEED（反射高能电子衍射仪）的实时监控功能，可以很容易得到样品表面的结构信息，研究晶体生长、吸附、表面缺陷等。