專利名稱：一種脈沖激光沉積系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于激光技術領域，尤其涉及一種脈沖激光沉積系統(tǒng)。
背景技術：
脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition,PLD)是近年來迅速發(fā)展的制備高質量薄膜材料的方法之一，其具有獨特的優(yōu)勢，例如可制備成分復雜、熔點高、硬度大的薄膜，且薄膜與靶材的成分一致、薄膜與襯底附著力強、結構致密、結晶質量高，參數(shù)靈活，適用面廣等等。但是，由于激光斑點小，在制備大面積均勻薄膜方面存在一定困難。目前，用控制系統(tǒng)移動靶材或基片來實現(xiàn)均勻薄膜是一種較為有效的解決方案， 但系統(tǒng)復雜，成本高。而且，在通常情況下激光焦點在靶材上刻蝕形成的微柱會導致羽輝偏向入射激光的方向，影響了薄膜厚度以及成分的均勻性。另一種方案是控制激光斑點在靶材表面掃描，但目前的裝置中都存在一些不可避免的缺點，比如激光入射到反射鏡上，由于反射鏡的偏轉使得激光的入射角不斷變化，反射率也在不斷變化，導致激光在靶材上的不同位置具有不同的能量，影響了薄膜的均勻性；更嚴重的是，由于振鏡偏轉，使激光在靶材上的各作用點到聚焦鏡的距離不同，造成激光斑點大小也不同，激光的功率密度在不同作用點也就不相同，最終導致薄膜均勻性差。

實用新型內容本實用新型實施例的目的在于提供一種脈沖激光沉積系統(tǒng)，旨在解決采用現(xiàn)有脈沖激光沉積系統(tǒng)制備出的薄膜均勻性差的問題。本實用新型實施例是這樣實現(xiàn)的，一種脈沖激光沉積系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生脈沖激光的激光器、使所述脈沖激光投射于靶材的振鏡、將所述脈沖激光聚焦于所述靶材的聚焦鏡、驅動所述振鏡振動的振鏡轉軸、驅動所述靶材旋轉的靶材轉軸以及驅動基片使其相對于所述靶材旋轉的基片轉軸，所述振鏡傾斜設置于所述振鏡轉軸，所述振鏡轉軸與投射于所述振鏡的脈沖激光束共線，且平行于所述靶材轉軸和基片轉軸；各轉軸均繞其中軸線旋轉。本實用新型實施例采用同軸振鏡掃描，將振鏡傾斜設置于振鏡轉軸，使投射于振鏡的脈沖激光與振鏡轉軸共線(同軸)，振鏡轉軸繞其中軸線旋轉驅動振鏡振動，各脈沖激光于振鏡上的入射角相同，反射率不變，經(jīng)振鏡反射后的能量一致；各脈沖激光經(jīng)振鏡反射所形成的軌跡為同一圓錐的母線，于靶材上的作用點至聚焦鏡的距離嚴格相等，振鏡振動過程中各脈沖激光于靶材上的光斑大小相同，因而產(chǎn)生羽輝的成份、能量及其角度分布一致，沉積薄膜的均勻性佳。

圖1是本實用新型實施例提供的脈沖激光沉積系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例提供的脈沖激光的掃描路徑圖；[0009]圖3是本實用新型實施例提供的脈沖激光沉積薄膜的對比效果圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型實施例采用同軸振鏡掃描，將振鏡傾斜設置于振鏡轉軸，使投射于振鏡的脈沖激光與振鏡轉軸共線(同軸)，振鏡轉軸繞其中軸線旋轉驅動振鏡振動，各脈沖激光于振鏡上的入射角相同，反射率不變，經(jīng)振鏡反射后的能量一致；各脈沖激光經(jīng)振鏡反射所形成的軌跡為同一圓錐的母線，于靶材上的作用點至聚焦鏡的距離相等，振鏡振動過程中各脈沖激光于靶材上的光斑大小相同，因而產(chǎn)生羽輝的成份、能量及其角度分布一致，沉積薄膜的均勻性佳。本實用新型實施例提供的脈沖激光沉積系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生脈沖激光的激光器、使所述脈沖激光投射于靶材的振鏡、將所述脈沖激光聚焦于所述靶材的聚焦鏡、驅動所述振鏡振動的振鏡轉軸、驅動所述靶材旋轉的靶材轉軸以及驅動基片使其相對于所述靶材旋轉的基片轉軸，所述振鏡傾斜設置于所述振鏡轉軸，所述振鏡轉軸與投射于所述振鏡的脈沖激光束共線，且平行于所述靶材轉軸和基片轉軸；各轉軸均繞其中軸線旋轉。以下結合具體實施例對本實用新型的實現(xiàn)進行詳細描述。如圖1所示，本實用新型實施例提供的脈沖激光沉積系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生脈沖激光 1的激光器(圖中未示出)、使該脈沖激光1投射于靶材8的振鏡3、將該脈沖激光1聚焦于靶材8的聚焦鏡2、驅動該振鏡3振動的振鏡轉軸4、驅動該靶材8旋轉的靶材轉軸9以及驅動基片6使其相對于靶材8旋轉的基片轉軸5。該振鏡3傾斜設置于振鏡轉軸4，該振鏡轉軸4與投射于振鏡3的脈沖激光束1共線(同軸)，且平行于靶材轉軸9和基片轉軸5。本實用新型實施例中，脈沖激光1經(jīng)聚焦鏡2投射至振鏡3，振鏡3振動過程中，其入射光線與振鏡法線的夾角不變，即于振鏡上的入射角α不變。脈沖激光為自然光偏振或圓偏振光時，入射角不變，反射率不變，即每一脈沖激光經(jīng)振鏡3反射后能量相同。如圖2所示，振鏡轉軸4繞其中軸線旋轉，驅動振鏡3旋轉一周，脈沖激光經(jīng)振鏡 3反射后所形成的曲面為圓錐面。該圓錐面由靶材8所在的平面截取，得到一以脈沖激光1 于振鏡3上的入射點為頂點，以脈沖激光1于振鏡3上的入射點與脈沖激光1于靶材8上的作用點間的連線(如ΧΑ、Χ0、ΧΒ)為母線的圓錐，各脈沖激光于振鏡3上的入射點與其于靶材8上的作用點間的距離均為該圓錐的母線長度。因此各脈沖激光從聚焦鏡2投射至靶材8的行程相等，同時經(jīng)振鏡3反射后于靶材8表面的入射角β為π-2α (固定值)，各脈沖激光作用于靶材8的光斑大小相同，即各脈沖激光作用于靶材8的功率密度相等，使各脈沖激光1與靶材8相互作用中能量一致。最終各脈沖激光從靶材8中轟擊出的等離子體羽輝的成份、質量、能量、電離程度以及角度分布相同，從根本上保證了薄膜的均勻性。如圖 3所示，本沉積薄膜厚度的均勻性較其他沉積鍍膜方式的均勻性佳。通常，靶材8和基片6均垂直于各自轉軸，基片6平行于靶材8。應當理解，脈沖激光1于靶材8上作用點的軌跡為上述圓錐的底面圓弧的一部分。 脈沖激光1于靶材表面掃描的弧線路徑經(jīng)過靶材8的中心；振鏡3振動半個周期，脈沖激光1從靶材8的中心掃描至靶材8的邊緣；振鏡3接著振動半個周期，脈沖激光1從靶材8的邊緣掃描至靶材8的中心。隨著靶材轉軸9驅動靶材8旋轉，脈沖激光1對靶材8進行全面掃描。 振鏡轉軸4旋轉角速度ω0即振鏡3振動的頻率與多個參數(shù)有關，如靶材8與基片6間的距離、基片6的旋轉速度等。遠離基片6的中心需沉積鍍膜的面積越大，所需羽輝 7數(shù)越多。脈沖激光的重復頻率f為恒定值時，羽輝7垂直投影于基片6，其中軸線的投影點靠近基片6的中心時，振鏡3的轉動速度高，使落于基片6的羽輝較少；其中軸線的投影點遠離基片6的中心時，振鏡3的轉動速度低，使落于基片6的羽輝較多，這樣于整個基片 6表面沉積鍍膜的厚度將更加均勻。本實用新型實施例通過調整振鏡3的傾斜角度，使振鏡3與振鏡轉軸4的夾角為 20 30°。脈沖激光1經(jīng)振鏡3反射于靶材8上的入射角為30 50°，此時羽輝7的中軸線垂直于靶材8，靶材表面不易形成微柱，從而消除了羽輝偏向現(xiàn)象，確保各個羽輝具有相同的分布和方向，沉積薄膜更加均勻。作為優(yōu)選，本實用新型實施例采用離軸方案，即靶材轉軸5與基片轉軸9不共線， 同時使靶材轉軸5與振鏡轉軸4間的距離等于基片轉軸9與振鏡轉軸4間的距離，即可實現(xiàn)大面積均勻薄膜的沉積。靶材8垂直投影于基片6時，基片6的中心位于靶材投影面的邊緣，從靶材8濺射出的羽輝的中軸線垂直于基片6，這樣羽輝7將由基片6充分接收并沉積。本實用新型實施例采用同軸振鏡掃描，將振鏡傾斜設置于振鏡轉軸，使投射于振鏡的脈沖激光與振鏡轉軸共線(同軸)，振鏡轉軸繞其中軸線旋轉驅動振鏡振動，各脈沖激光于振鏡上的入射角相同，反射率不變，經(jīng)振鏡反射后的能量一致；各脈沖激光經(jīng)振鏡反射所形成的軌跡為圓錐母線，于靶材上的作用點至聚焦鏡的距離相等，振鏡振動過程中各脈沖激光于靶材上的光斑大小相同，因而產(chǎn)生羽輝的成份、能量及其角度分布一致，沉積薄膜的均勻性佳。同時，保持脈沖激光的重復頻率恒定，羽輝中軸線垂直于基片，其投影點靠近基片的中心時，振鏡的轉動速度高；其投影點遠離基片的中心時，振鏡的轉動速度低，于整個基片表面沉積鍍膜的厚度將更加均勻。此外，采用離軸方案，使靶材轉軸與振鏡轉軸間的距離等于基片轉軸與振鏡轉軸間的距離，即可實現(xiàn)大面積均勻薄膜的沉積。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種脈沖激光沉積系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生脈沖激光的激光器、使所述脈沖激光投射于靶材的振鏡、將所述脈沖激光聚焦于所述靶材的聚焦鏡、驅動所述振鏡振動的振鏡轉軸、驅動所述靶材旋轉的靶材轉軸以及驅動基片使其相對于所述靶材旋轉的基片轉軸，其特征在于，所述振鏡傾斜設置于所述振鏡轉軸，所述振鏡轉軸與投射于所述振鏡的脈沖激光束共線，且平行于所述靶材轉軸和基片轉軸；各轉軸均繞其中軸線旋轉。
2.如權利要求1所述的脈沖激光沉積系統(tǒng)，其特征在于，所述靶材和基片均垂直于各自轉軸，所述基片平行于所述靶材。
3.如權利要求1或2所述的脈沖激光沉積系統(tǒng)，其特征在于，經(jīng)所述振鏡反射后的脈沖激光與所述靶材表面的夾角為30 50°。
4.如權利要求3所述的脈沖激光沉積系統(tǒng)，其特征在于，所述振鏡與振鏡轉軸的夾角為20 30°。
5.如權利要求4所述的脈沖激光沉積系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖激光經(jīng)所述振鏡反射所形成的軌跡為同一圓錐的母線。
6.如權利要求3所述的脈沖激光沉積系統(tǒng)，其特征在于，所述靶材轉軸與基片轉軸位于不同直線上，所述靶材轉軸與振鏡轉軸間的距離等于所述基片轉軸與振鏡轉軸間的距
7.如權利要求5所述的脈沖激光沉積系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖激光掃描所述靶材的弧線路徑經(jīng)過所述靶材的中心。
8.如權利要求3所述的脈沖激光沉積系統(tǒng)，其特征在于，所述靶材濺射出的羽輝的中軸線垂直于所述基片，所述基片的中心位于所述靶材投影面的邊緣。
專利摘要本實用新型適用于激光技術領域，提供了一種脈沖激光沉積系統(tǒng)，所述脈沖激光沉積系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生脈沖激光的激光器、使所述脈沖激光投射于靶材的振鏡、將所述脈沖激光聚焦于所述靶材的聚焦鏡、驅動所述振鏡振動的振鏡轉軸、驅動所述靶材旋轉的靶材轉軸以及驅動基片旋轉的基片轉軸，所述振鏡傾斜設置于所述振鏡轉軸，所述振鏡轉軸與投射于所述振鏡的脈沖激光束共線，稱為同軸振鏡；所述靶材轉軸和基片轉軸不共線。本實用新型采用同軸振鏡掃描，各脈沖激光于振鏡上的入射角相同，反射率不變，經(jīng)振鏡反射后的能量一致；振鏡振動過程中各脈沖激光于靶材上的光斑大小相同，因而產(chǎn)生羽輝的成份、能量及其角度分布一致，沉積薄膜的均勻性佳。
文檔編號C23C14/28GK202054887SQ201120009949
公開日2011年11月30日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權日2011年1月13日
發(fā)明者刁雄輝, 劉毅, 施葦, 李啟文, 林曉東, 胡居廣, 鐘健, 龍井華 申請人:深圳大學