本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是磁學(xué)、光學(xué)相結(jié)合的交叉領(lǐng)域，具體涉及到分子束外延生長(zhǎng)的磁性薄膜、原位表征技術(shù)、表面磁光克爾效應(yīng)、超高真空系統(tǒng)等?？稍槐碚鞣肿邮庋由L(zhǎng)的各種磁性材料、納米結(jié)構(gòu)和基于磁性材料的器件。

背景技術(shù)：

分子束外延生長(zhǎng)的磁性薄膜和納米結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)新型物理電子應(yīng)用的理想平臺(tái)。在自旋研究方面，磁光克爾效應(yīng)是分析磁性薄膜最有力而應(yīng)用廣泛的技術(shù)之一。它的原理是磁光克爾效應(yīng)：當(dāng)一束線偏振光從磁性樣品表面反射后，線偏振光的偏振面會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的大小與樣品的磁性成正比?？偟膩?lái)說(shuō)，磁光測(cè)量基本都在外部或者嵌入系統(tǒng)中進(jìn)行，但以上兩種情況往往需要再在磁性薄膜上覆蓋一層非磁性或氧化的保護(hù)層，而這些操作會(huì)影響薄膜磁性的最終測(cè)量結(jié)果。出于對(duì)探測(cè)磁性薄膜本征特性的追求，發(fā)明了原位磁光表征技術(shù)并集成到分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是，提出一種集成生長(zhǎng)與測(cè)量的分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)，將原位磁光表征技術(shù)并集成到分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)。不會(huì)影響薄膜磁性的最終測(cè)量結(jié)果，而是得到精確的測(cè)量結(jié)果。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，集成生長(zhǎng)與測(cè)量的分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)，包括分子束外延生長(zhǎng)腔室、(2)樣品操縱桿、(3)可傾斜的樣品臺(tái)、(4)入射光、(5)反射光、(6)一對(duì)電磁鐵、(7)偏振片、(8)檢偏器、(9)激光二極管、(10)光電探測(cè)器、分子束外延的生長(zhǎng)源；分子束外延生長(zhǎng)腔室上設(shè)有一對(duì)視窗，這對(duì)視窗是分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)上激光入射光和出射光的高透明、對(duì)光低散射的視窗；原位磁光表征系統(tǒng)安裝在分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)的腔室上；原位磁光表征系統(tǒng)包含產(chǎn)生S型線偏振光的激光二極管、調(diào)節(jié)線偏振光的起偏偏振片，原位磁光表征系統(tǒng)包含對(duì)樣品表面反射回的橢偏光即出射光進(jìn)行探測(cè)的檢偏器；所述起偏偏振片產(chǎn)生激光入射光射至樣品表面，所述檢偏器對(duì)出射光檢偏；原位磁光表征系統(tǒng)包含高響應(yīng)的光電探測(cè)器，探測(cè)器將出射光的信號(hào)輸入到鎖相放大器；樣品臺(tái)側(cè)設(shè)有電磁鐵，電磁鐵的磁性由電磁鐵線圈的電流提供。樣品操縱桿與可傾斜的樣品臺(tái)固定。

偏振片、檢偏器、光電探測(cè)器既可以安裝在視窗的法蘭上或架在可調(diào)節(jié)的光學(xué)平臺(tái)上。

樣品操縱桿為三軸操縱桿。

原位磁光表征系統(tǒng)安裝在分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)上，主要由激光二極管、偏振片產(chǎn)生激光入射光、經(jīng)樣品后的出射光經(jīng)檢偏器、光電探測(cè)器、鎖相放大器和電腦組成。其中光學(xué)部分包括激光二極管、偏振片、檢偏器、可安裝在視窗外側(cè)或光學(xué)平臺(tái)的光電探測(cè)器。分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)上的三軸操縱桿和可傾斜的樣品臺(tái)便于測(cè)量時(shí)激光的對(duì)準(zhǔn)。分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)上的激光入射和出射視窗具有高透明和對(duì)光低散射的特點(diǎn)。生長(zhǎng)源為產(chǎn)生分子束進(jìn)行分子束外延生長(zhǎng)的生長(zhǎng)源。

原位磁光表征系統(tǒng)包含程控的電腦，可通過(guò)程序?qū)﹄姶盆F的磁性設(shè)置并分析鎖相放大器輸出的信號(hào)。

原位磁光表征技術(shù)是基于磁性薄膜表面的磁光克爾效應(yīng)；原位磁光表征系統(tǒng)封裝在具備超高真空環(huán)境的分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)中，可以對(duì)原位生長(zhǎng)的薄膜進(jìn)行快速測(cè)量，避免了添加覆蓋層而進(jìn)行的外部磁光測(cè)量。分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)包含三軸樣品操縱桿、可傾斜的樣品臺(tái)(便于原位測(cè)量時(shí)對(duì)激光進(jìn)行對(duì)準(zhǔn))。

有益效果：本發(fā)明公開(kāi)了一種可快速測(cè)量磁性薄膜的原位磁光表征技術(shù)，避免了額外生長(zhǎng)覆蓋層而進(jìn)行的外部磁光測(cè)量。原位磁光表征技術(shù)是快速磁光測(cè)量的有力工具，避免了分子束外延生長(zhǎng)材料在添加覆蓋層后進(jìn)行外部的磁光測(cè)量；允許研究人員在生長(zhǎng)沉積過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)純凈薄膜的本征性質(zhì)。通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)原位生長(zhǎng)薄膜的磁性和輸運(yùn)特性，樣品厚度依賴性的特性變化可以在生長(zhǎng)過(guò)程中準(zhǔn)確獲得。而外部磁光測(cè)量要獲得上述相同的研究結(jié)果則需要生長(zhǎng)一系列厚度變化的樣品來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。超高真空條件下的原位磁光表征可以反映出超薄膜本身的真正特性，杜絕了超薄膜表面覆蓋層的再生長(zhǎng)過(guò)程。這種原位磁光測(cè)量有效的排除了覆蓋層對(duì)磁性樣品的影響，真正展現(xiàn)了分子束外延生長(zhǎng)的磁性樣品的本征磁性等信息，使得實(shí)驗(yàn)更加可靠且重復(fù)性更強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明原位磁光測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，(1)分子束外延生長(zhǎng)腔室、(2)樣品操縱桿、(3)可傾斜的樣品臺(tái)、(4)入射光、(5)反射光、(6)一對(duì)電磁鐵、(7)偏振片、(8)檢偏器、(9)激光二極管、(10)光電探測(cè)器、(11)分子束外延系統(tǒng)上的視窗、(12)鎖相放大器、(13)計(jì)算機(jī)、(14)電纜線、(15)可移動(dòng)的光學(xué)平臺(tái)、(16)生長(zhǎng)源、(17)樣品原位磁光表征系統(tǒng)安裝在分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)的腔室上。首先，S型線偏振光(偏振光的電場(chǎng)矢量振動(dòng)方向垂直于光入射的平面)由激光二極管產(chǎn)生，并通過(guò)偏振片形成偏振度更高的線偏振光。當(dāng)線偏振光打到磁性表面時(shí)，樣品磁性使線偏振光發(fā)生磁光耦合進(jìn)而偏振光轉(zhuǎn)變成橢偏光。然后，橢偏光由表面反射并穿過(guò)檢偏器，被快速響應(yīng)的光電探測(cè)器采集。最后，采集到的信號(hào)經(jīng)鎖相放大器放大后傳送到電腦，通過(guò)軟件分析，繪制出樣品磁性的變化圖。分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)上激光入射和出射的視窗必須具備高透明，對(duì)光低散射的特點(diǎn)。

原位磁光表征系統(tǒng)與分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)高度集成，在生長(zhǎng)過(guò)程中可以實(shí)時(shí)快速的進(jìn)行薄膜測(cè)量。光學(xué)部分包括激光二極管、偏振片、檢偏器、光電探測(cè)器，其中光電探測(cè)器既可以安裝在視窗的法蘭上也可架在光學(xué)平臺(tái)上。激光入射和出射處都安裝視窗，其高度透明，對(duì)光的散射極低。

基于原位磁光表征系統(tǒng)的測(cè)量由電腦上的程序進(jìn)行控制，程序指令根據(jù)測(cè)量環(huán)境可以設(shè)置樣品兩端電磁鐵的磁性大小。特別的，本發(fā)明對(duì)需要保持超高真空環(huán)境的測(cè)量研究有重要意義。