分子束外延系统的制作方法

本发明涉及薄膜生长装置，具体涉及分子束外延系统。

背景技术：

分子束外延(mbe)是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的技术。在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。

分子束外延设备是目前用于分子束外延的设备。为了更好地进行分子束外延，通常需要对样品基片的表面进行预处理。然而，目前都是在商业化的分子束外延设备的腔体内对样品基片进行预处理，预处理过程中产生的一些杂质不可避免地吸附到分子束外延设备的样品台和腔体内壁上。在样品基片的表面生长薄膜的过程中，这些杂质会扩散到样品表面，从而对样品造成污染。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种分子束外延系统，包括：

分子束外延腔；

样品准备腔，其通过第一门阀与所述分子束外延腔相连接；

快速进样腔，其通过第二门阀与所述样品准备腔相连接；

传输装置，其用于当所述第二门阀打开时，将样品片从所述快速进样腔的腔体内传输至所述样品准备腔的腔体内，以及当所述第一门阀打开时，将样品片从所述样品准备腔的腔体内传输至所述分子束外延腔的腔体内。

优选的，所述快速进样腔、样品准备腔和分子束外延腔沿直线依次排列。

优选的，所述传输装置包括位于所述样品准备腔的同一侧的快速传样杆和准备腔传样杆，所述快速传样杆与所述快速进样腔相连，所述准备腔传样杆与所述样品准备腔相连。

优选的，所述快速传样杆和准备腔传样杆平行。

优选的，所述快速传样杆用于将所述快速进样腔的腔体内的样品片沿第一方向传输至所述准备腔的腔体内，所述准备腔传样杆用于将所述准备腔的腔体内的样品片旋转预定的角度后沿第一方向传输至所述分子束外延腔的腔体内。

优选的，所述传输装置还包括准备腔样品台操作装置，其用于使得所述样品准备腔的腔体内的样品片沿第二方向运动，其中所述第二方向垂直于所述第一方向。

优选的，所述准备腔样品台操作装置被布置为其轴向平行所述第二方向。

优选的，所述准备腔样品台操作装置包括位于所述样品准备腔的腔体内的准备腔样品台，所述准备腔样品台所在的平面平行于所述第一方向和第二方向所确定平面。

优选的，所述分子束外延腔的腔体内设有垂直于所述第二方向的分子束外延样品台。

优选的，所述分子束外延样品台位于所述准备腔传样杆的第一方向上。

本发明的分子束外延系统在对样品片进行外延过程中避免了对样品片造成污染。能够方便地将样品片从快速进样腔传输至分子束外延腔中。分子束外延系统占用的空间小、结构紧凑、方便操作者进行操作。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是包含了本发明较佳实施例的分子束外延系统的薄膜制备和表征系统的立体示意图。

图2是图1所示的分子束外延系统的立体示意图。

图3是图2所示的分子束外延系统中的传输装置处于第一操作位置的立体示意图。

图4是图3所示的传输装置处于第二操作位置的立体示意图。

图5是图3所示的传输装置处于第三操作位置的立体示意图。

图6是图3所示的传输装置处于第四操作位置的立体示意图。

图7是图3所示的传输装置处于第五操作位置的立体示意图。

图8是图7所示的区域a的放大示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。

图1是包含了本发明较佳实施例的分子束外延系统的薄膜制备和表征系统的立体示意图。如图1所示，薄膜制备和表征系统1包括分子束外延系统2和扫描探针显微镜3。分子束外延系统2用于在样品片表面上生长高质量单晶薄膜。扫描探针显微镜3用于对制备的薄膜进行表征和分析。

图2是图1所示的分子束外延系统的立体示意图。如图2所示，分子束外延系统2包括大体沿直线依次排列的分子束外延腔21、样品准备腔22和快速进样腔23。样品准备腔22位于分子束外延腔21和快速进样腔23中间，样品准备腔22的环形侧壁上具有接口221和接口222，样品准备腔22的接口221通过门阀223与分子束外延腔21的接口211相连接，样品准备腔22的接口222通过门阀224与快速进样腔23的接口231相连接。通过旋转门阀223上的手柄2231打开或关闭门阀223时，分子束外延腔21的腔体与样品准备腔22的腔体相连通或相隔离。类似的，通过旋转门阀224上旋钮打开或关闭门阀224时，样品准备腔22的腔体和快速进样腔23的腔体相连通或相隔离。

分子束外延系统2包括用于对样品片进行传输的传输装置，其包括与样品准备腔22连接的准备腔传样杆25、与快速进样腔23连接的快速传样杆24和准备腔样品台操作装置26。

为了叙述方便，在此定义快速进样腔23、样品准备腔22和分子束外延腔21的排列方向为第一方向d1，快速传样杆24指向准备腔传样杆25的方向为第二方向d2，分子束外延腔21指向扫描探针显微镜3的方向为第三方向d3。

准备腔传样杆25和快速传样杆24位于样品准备腔22的同一侧，且它们的轴向平行于第一方向d1。准备腔样品台操作装置26被布置为使其轴向平行于第二方向d2。快速传样杆24和准备腔传样杆25都是市场上可售的传样杆，其具体结构在此不再赘述。其中快速传样杆24用于将样品片(图2未示出)从快速进样腔23的腔体内传输至样品准备腔22的腔体内，准备腔传样杆25用于将样品片从样品准备腔22的腔体内传输至分子束外延腔21的腔体内。准备腔样品台操作装置26用于使得样品准备腔22的腔体内的样品片沿第二方向d2运动(下面将结合图3-8详细说明)。

分子束外延系统2还包括分子束外延样品台操作装置27，其用于使得分子束外延腔21的腔体内的样品片在分子束外延腔21指向扫描探针显微镜3的腔体的方向运动。

下面将结合图3-8详细描述本发明的样品片的传输过程。其中图3-8仅示出了分子束外延系统2的传输装置的立体示意图。

图3是图2所示的分子束外延系统中的传输装置处于第一操作位置的立体示意图。如图3所示，分子束外延系统2还包括位于样品准备腔22的腔体内的准备腔样品台28以及位于分子束外延腔21的腔体内的分子束外延样品台29。准备腔样品台28所在的平面平行于第一方向d1和第二方向d2所确定的平面，分子束外延样品台29所在的平面大致平行于第一方向d1和第三方向d3所确定的平面。

首先，将样品片241放置在快速传样杆24的端部的夹持件241上，通过操作快速传样杆24将样品片沿第一方向d1运输至快速进样腔23的腔体中。打开门阀224，操作快速传样杆24使得样品片4沿第一方向d1运动至准备腔样品台28处，将样品片4放置在准备腔样品台28的卡槽中。

图4是图3所示的传输装置处于第二操作位置的立体示意图。如图4所示，通过操作准备腔样品台操作装置26沿第二方向d2运动，从而带动样品片4沿第二方向d2运动相同的位移，此时样品片4与准备腔传样杆25的夹持件251在第一方向d1上相对准。

在预处理过程中，关闭门阀223。样品准备腔22上安装有用于将惰性气体离子化的离子源(未示出)，所产生的离子化的惰性气体在高压电场的驱动器轰击准备腔样品台28上的样品片4，从而对样品片4实现预处理。预处理过程产生的杂质并不会扩散或吸附到分子束外延腔21的分子束外延样品台29和腔体内壁上，避免了在外延过程中对样品片4造成污染。

图5示出了图3所示的传输装置处于第三操作位置的立体示意图。在对样品片4预处理之后，操作准备腔传样杆25沿第一方向d1运动，使得准备腔传样杆25的端部上的夹持件251将准备腔样品台28上的样品片4夹持并取出。

图6示出了传输装置处于第四操作位置的立体示意图。操作准备腔样品台操作装置26使其沿着第二方向d2运动一定的距离，以允许准备腔传样杆25能够沿第一方向d1朝向分子束外延样品台29运动。

接下来，通过操作准备腔传样杆25使得样品片4沿旋转箭头d4所指的方向旋转约90°，由此样品片4所在的平面平行于分子束外延样品台29所在的平面。

打开门阀223，使得分子束外延腔21的腔体和样品准备腔22的腔体相连通。进一步操作准备腔传样杆25使得样品片4沿第一方向d1运动并靠近分子束外延样品台29。图7示出了传输装置处于第五操作位置的立体示意图。

图8是图7所示的区域a的放大示意图。如图8所示，样品片4即将被放置在分子束外延样品台29的表面上。

当样品片4放置在分子束外延样品台29上后，即可在样品片4的表面外延生长高质量的薄膜。

本发明在分子束外延腔21和快速进样腔23的腔体之间设置了样品准备腔22，在准备腔22内对样品片4进行预处理过程中，产生的杂质并不会扩散或吸附到分子束外延腔21的分子束外延样品台29和腔体内壁上，从而避免了对样品片4造成污染。

本发明的分子束外延腔21、样品准备腔22和快速进样腔23沿直线依次排列，样品片4在从快速进样腔23传输到分子束外延腔21的整个传输过程中，其运动方式和运动轨迹简单，能够方便地实现样品片4从快速进样腔23传输至分子束外延腔21中。

位于分子束外延腔21的腔体内的分子束外延样品台29处于准备腔传样杆25的轴向上，准备腔传样杆25可以将预处理后的样品片4沿直线运输到分子束外延样品台29上。

快速传样杆24和准备腔传样杆25位于准备腔22的同一侧，由此允许操作者站在同一侧对快速传样杆24和准备腔传样杆25进行操作，方便操作者进行操作。

快速传样杆24和准备腔传样杆25平行布置，因此仅在一个方向上占用空间，使得分子束外延系统2占用的空间小、结构紧凑。

在样品片的传输过程中，准备腔样品台操作装置26用于使得样品片沿与第一方向d1垂直的第二方向d2运动，准备腔样品台操作装置26沿第二方向d2放置，并不会在水平面上占用额外的占地面积。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。