薄膜生长样品托的制作方法

    专利2022-07-11  121


    本申请属于半导体制备技术领域,更具体地说,是涉及一种薄膜生长样品托。



    背景技术:

    分子束外延(molecularbeamepitaxy,mbe)技术是一种很好的生长单晶薄膜的方法。将生长的物质放入蒸发源中,通过加热、通电或激光照射等方法使蒸发源中的分子或原子变成气体进入生长室并入射到基底上,然后在基底上沉积并形成薄膜;控制基底的温度可以控制薄膜的外延生长速度及生长情况。为了将基底放入生长室中,需要借助样品托对基底进行支撑。

    为了观察薄膜的生长情况,通常是采用透射电子显微镜(transmissionelectronmicroscope,tem)。受tem样品杆的限制,目前适用于mbe的样品托仅适用于厘米级的基底,而厘米级的基底无法直接放入tem的样品杆中,从而导致无法通过tem对薄膜进行观察。



    技术实现要素:

    本申请实施例的目的在于提供一种薄膜生长样品托,以解决相关技术中存在的分子束外延使用的样品托仅适用于厘米级的基底,而厘米级的基底无法直接放入tem的样品杆中,从而导致无法通过tem对薄膜进行观察的问题。

    为实现上述目的,本申请实施例采用的技术方案是:

    提供一种薄膜生长样品托,包括:

    托盘;

    压片,安装于所述托盘上,所述压片上开设有第一通孔;

    载物圆片,设于所述第一通孔中,用于承托薄膜的生长;

    其中,所述第一通孔远离所述托盘一端的直径小于2.8mm,所述第一通孔靠近所述托盘一端的直径大于或者等于3.2mm,所述载物圆片的直径范围为2.8mm-3.2mm。

    在一个实施例中,所述第一通孔的直径由所述压片朝所述托盘的方向逐渐增大。

    在一个实施例中,所述第一通孔的内周面为第一斜面,所述载物圆片的外周面为与所述第一斜面配合的第二斜面。

    在另一个实施例中,所述第一通孔包括第一过孔和与所述第一过孔同轴设置的第二过孔,所述第一过孔与所述第二过孔连通,所述第一过孔的直径大于所述第二过孔的直径,所述第一过孔与所述第二过孔之间形成支撑所述载物圆片的第一台阶面。

    在一个实施例中,所述托盘上开设有第二通孔,所述压片上对应开设有第三通孔,所述第三通孔与所述第一通孔间隔设置。

    在一个实施例中,所述第二通孔包括第三过孔和与所述第三过孔同轴设置的第四过孔,所述第三过孔与所述第四过孔连通,所述第三过孔的直径大于所述第四过孔的直径,所述第三过孔与所述第四过孔之间形成第二台阶面。

    在一个实施例中,所述第二通孔的截面积大于所述第三通孔的截面积。

    在一个实施例中,所述托盘上开设有多个第一安装孔,所述压片上对应于各所述第一安装孔的位置开设有第二安装孔;所述第二通孔与各所述第一安装孔间隔设置,所述第一通孔与各所述第二安装孔间隔设置,所述第三通孔与各所述第二安装孔间隔设置。

    在一个实施例中,所述载物圆片的直径为3mm。

    在一个实施例中,所述托盘的截面积大于所述压片的截面积。

    本申请实施例中的上述一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果之一:本申请通过在压片上开设第一通孔,该第一通孔靠近托盘一端的直径大于或者等于3.2mm,远离托盘一端的直径小于2.8mm,从而可供载物圆片伸入并对其固定。在通过分子束外延技术进行薄膜生长时,载物圆片上可形成直径约为3mm的薄膜。由于用于透射电子显微镜观测的样品的直径需要控制在3mm左右,载物圆片的直径满足透射电子显微镜的样品杆所需样品的尺寸要求,因此可直接将载有薄膜的载物圆片放入透射电子显微镜的样品杆中,方便对薄膜的观察,可有效解决厘米级的基底无法直接放入透射电子显微镜的样品杆中而对薄膜进行观察的问题。

    附图说明

    为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

    图1为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的结构示意图;

    图2为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的爆炸示意图;

    图3为本申请实施例一提供的压片与载物圆片连接的截面示意图;

    图4为本申请实施例一提供的压片与载物圆片连接的截面示意图的分解示意图;

    图5为图4中a处的放大示意图;

    图6为本申请实施例一提供的托盘的截面示意图;

    图7为图6中b处的放大示意图;

    图8为本申请实施例二提供的压片与载物圆片连接的截面示意图;

    图9为本申请实施例二提供的压片与载物圆片连接的截面示意图的分解示意图;

    图10为本申请实施例三提供的压片与载物圆片连接的部分截面示意图的分解示意图;

    图11为本申请实施例三提供的托盘的部分截面示意图。

    其中,图中各附图主要标记:

    1-托盘;10-第二通孔;101-第三过孔;102-第四过孔;103-第二台阶面;11-第一安装孔;12-定位槽;13-缺口;14-定位孔;

    2-压片;20-第一通孔;201-第一过孔;202-第二过孔;203-第一台阶面;204-第一斜面;21-第三通孔;22-第二安装孔;

    3-载物圆片;31-第二斜面。

    具体实施方式

    为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。

    需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

    此外,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。

    在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。

    在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

    在整个说明书中参考“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征,结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此,“在一个实施例中”或“在一些实施例中”的短语出现在整个说明书的各个地方,并非所有的指代都是相同的实施例。此外,在一个或多个实施例中,可以以任何合适的方式组合特定的特征,结构或特性。

    实施例一

    请参阅图1至图3,现对本申请实施例一提供的薄膜生长样品托进行说明。该薄膜生长样品托包括托盘1和安装于托盘1上的压片2,压片2上开设有第一通孔20;该薄膜生长样品托还包括设于第一通孔20中的载物圆片3。其中,载物圆片3的直径范围为2.8mm-3.2mm,第一通孔20远离托盘1一端的直径小于2.8mm,第一通孔20靠近托盘1一端的直径大于或者等于3.2mm,从而可供载物圆片3伸入并对其固定。托盘1可用于支撑基底。在通过分子束外延方式进行薄膜生长时,mbe中被蒸发出来的源会沉积于载物圆片3或基底上,从而可在载物圆片3或基底上生长薄膜。第一通孔20的数量可以根据实际需要进行调节,如四个、五个、六个等,在此不作唯一限定。

    使用时,将压片2与托盘1连接固定后翻转,使压片2朝下,托盘2朝上,压片2的第一通孔20之直径小的一端朝下,压片2的第一通孔20之直径大的一端朝上,从而便于对第一通孔20中的载物圆片3进行支撑固定。

    此结构,通过在压片2上开设第一通孔20,该第一通孔20靠近托盘1一端的直径大于或者等于3.2mm,第一通孔20远离托盘1一端的直径小于2.8mm,从而可供载物圆片3伸入并对其固定。在通过分子束外延技术进行薄膜生长时,载物圆片3上可形成直径约为3mm的薄膜。由于用于透射电子显微镜观测的样品的直径需要控制在3mm左右,载物圆片3的直径满足透射电子显微镜的样品杆所需样品的尺寸要求,因此可直接将载有薄膜的载物圆片3放入透射电子显微镜的样品杆中,方便对薄膜的观察,可有效解决厘米级的基底无法直接放入透射电子显微镜的样品杆中而对薄膜进行观察的问题。

    在一个实施例中,请参阅图5,作为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的一种具体实施方式,第一通孔20的直径由压片2朝托盘1的方向逐渐增加。此结构,载物圆片3可从第一通孔20直径较大的一端伸入至该第一通孔20中,第一通孔20直径较小的一端可防止载物圆片3从第一通孔20中滑出,进而可对载物圆片3进行支撑固定。通过将第一通孔20贯穿压片2设置,载物圆片3面向第一通孔20直径较小的侧面可用于生长薄膜。其中,载物圆片3可由纳米si-sin复合材料制成;压片2由钼材料制成。此结构,纳米si-sin复合材料和钼均具有良好的耐腐蚀性能、耐高温等性能,在薄膜的生长过程中,载物圆片3和压片2不易受外部条件而发生质变。在其它实施例中,载物圆片3和压片2也可以由其它材料制成,在此不作唯一限定。

    在一些实施例中,当压片2的厚度较小时,第一通孔20可向外延伸形成翻边,从而可解决压片2厚度不足而无法容置载物圆片3的问题。

    在一个实施例中,请参阅图5,作为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的一种具体实施方式,第一通孔20的内周面为第一斜面204,载物圆片3的外周面为与第一斜面204配合的第二斜面31。此结构,载物圆片3与第一通孔20可呈圆台结构;载物圆片3的直径由其顶部朝其底部的方向逐渐增大。当载物圆片3伸入至第一通孔20中时,第一斜面204可与第二斜面31配合实现对载物圆片3的引导,可使载物圆片3保持水平位置状态,进而获得均匀的薄膜。当载物圆片3伸入至第一通孔20中的某一位置时,第一通孔20可将载物圆片3卡住,防止其脱落。

    在一些实施例中,载物圆片3也可为圆柱体构型或其它构型。还有一些实施例中,载物圆片3的外周面上开设有多个凹槽,可避免载物圆片3的外周面与第一通孔20的内周面紧密吸合,而难以将载物圆片3从第一通孔20中取出。

    在一个实施例中,请参阅图2,作为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的一种具体实施方式,托盘1上开设有第二通孔10,压片2上对应开设有第三通孔21,第三通孔21与第一通孔20间隔设置。此结构,第二通孔10可支撑正常大小的厘米级别的基底,这样在生长过程中能通过被基底反射到荧光屏上的高能电子束的图像来观察薄膜生长情况。第三通孔21与第二通孔10对应设置,可便于对基底上的薄膜进行观察。

    在一个实施例中,请参阅图6和图7,作为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的一种具体实施方式,第二通孔10包括第三过孔101和与第三过孔101同轴设置的第四过孔102,第三过孔101与第四过孔102连通,第三过孔101的直径大于第四过孔102的直径,第三过孔101与第四过孔102之间形成第二台阶面103。此结构,通过第三过孔101与第四过孔102之间形成的第二台阶面103,可实现对基底的支撑。

    在一些实施例中,第三过孔101的深度可以等于或者小于第四过孔102的深度,第三过孔101的深度小于基底的厚度,便于基底的拿取。第三过孔101的深度与第四过孔102的深度都可以根据实际需要进行调节,在此不作唯一限定。

    在一个实施例中,请参阅图1和图2,作为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的一种具体实施方式,第二通孔10的截面积大于所述第三通孔21的截面积。此结构,当第二通孔10中盛装有基底时,由于第三通孔21的截面积小于第二通孔10的截面积,基底可被压片2紧压于托盘1上,从而可避免基底的晃动。其中,第三通孔21的横截面为三角形,在此不作唯一限定。在一些实施例中,第二通孔10的截面积小于或者等于第三通孔21的截面积。

    在一个实施例中,作为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的一种具体实施方式,载物圆片3的直径为3mm。此结构,载物圆片3的直径满足透射电子显微镜的样品杆所需样品的尺寸要求,载物圆片3可直接置于透射电子显微镜中,实现对薄膜的观察。在一些实施例中,载物圆片3的直径也可以根据实际需要进行调节,如2.8mm、2.9mm、3.1mm或3.2mm,在此不作唯一限定。

    在一个实施例中,请参阅图2,作为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的一种具体实施方式,托盘1上开设有多个第一安装孔11,压片2上对应于各第一安装孔11的位置开设有第二安装孔22;第二通孔10与各第一安装孔11间隔设置,第一通孔20与各第二安装孔22间隔设置,第三通孔21与各第二安装孔22间隔设置。此结构,螺栓穿过第一安装孔11和第二安装孔22,实现托盘1与压片2之间的连接固定。其中,第一安装孔11和第二安装孔22的数量可以根据实际需要进行调节,在此不作唯一限定。

    在一些实施例中,第一安装孔11和第二安装孔22均为螺丝孔,托盘1与压片2之间可通过螺丝连接固定。

    在一个实施例中,作为本申请实施例一提供的薄膜生长样品托的一种具体实施方式,托盘1的截面积大于压片2的截面积,便于对压片2的支撑。

    在一些实施例中,请参阅图2,托盘1上开设有容置压片2的定位槽12,各第一安装孔11设于定位槽12的底面。此结构,通过定位槽12可实现托盘1与压片2的快速定位连接,提高托盘1与压片2之间的连接精度,定位槽12也能防止压片2发生偏移。

    在一些实施例中,请参阅图2,托盘1的一端开设有缺口13,另一端开设有定位孔14。此结构,便于对托盘1的固定。

    实施例二

    请参阅图8至图10,现对本申请实施例二提供的薄膜生长样品托进行说明。本申请实施例二提供的薄膜生长样品托与上述实施例一提供的薄膜生长样品托的区别在于:第一通孔20包括第一过孔201和与第一过孔201同轴设置的第二过孔202,第一过孔201与第二过孔202连通,第一过孔201的直径大于第二过孔202的直径,第一过孔201与第二过孔202之间形成支撑载物圆片3的第一台阶面203。此结构,第一过孔201与第二过孔202之间形成的第一台阶面203可将载物圆片3支撑固定,可保证载物圆片3处于水平位置状态。其中,载物圆片3呈圆柱体构型。

    在一些实施例中,载物圆片3与第一过孔201呈圆台构型(可参照上述实施例一的对应描述),从而可方便载物圆片3伸入至第一通孔20中。

    在一些实施例中,第一过孔201的直径大于或者等于3.2mm,第二过孔202的直径小于2.8mm。

    在一些实施例中,载物圆片3的厚度大于第一过孔201的深度,方便将载物圆片3从第一过孔201中取出。载物圆片3的厚度、第一过孔201的深度和第二过孔202的深度都可以根据实际需要进行调节,在此不作唯一限定。

    本申请实施例二提供的薄膜生长样品托的其它结构与上述实施例一提供的薄膜生长样品托的对应结构相同,在此不再一一赘述。

    实施例三

    请参阅图11,现对本申请实施例三提供的薄膜生长样品托进行说明。本申请实施例三提供的薄膜生长样品托与上述实施例一提供的薄膜生长样品托的区别在于:第一通孔20可包括多个同轴连通的过孔,相邻两个过孔之间形成台阶面,从而可适配于不同尺寸的载物圆片3,如3mm的载物圆片3,或者4mm的载物圆片3,或者2mm的载物圆片3等,从而满足不同检测试验的需求。同理,第二通孔10可包括多个同轴连通的过孔,相邻两个过孔之间形成台阶面,从而可适配于不同尺寸的基底,从而满足不同检测试验的需求。其中,第一通孔20包含的过孔的数量和第二通孔10包含的过孔的数量、尺寸大小等都可以根据实际需要进行调节,在此不作唯一限定。

    在一些实施例中,第一通孔20中直径较大的过孔与载物圆片3均呈圆台构型(可参照上述实施例一的对应描述),方便载物圆片3伸入至第一通孔20中。

    本申请实施例三提供的薄膜生长样品托的其它结构与上述实施例一提供的薄膜生长样品托的对应结构相同,在此不再一一赘述。

    以上所述仅为本申请的可选实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。


    技术特征:

    1.薄膜生长样品托,其特征在于,包括:

    托盘;

    压片,安装于所述托盘上,所述压片上开设有第一通孔;

    载物圆片,设于所述第一通孔中,用于承托薄膜的生长;

    其中,所述第一通孔远离所述托盘一端的直径小于2.8mm,所述第一通孔靠近所述托盘一端的直径大于或者等于3.2mm,所述载物圆片的直径范围为2.8mm-3.2mm。

    2.如权利要求1所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述第一通孔的直径由所述压片朝所述托盘的方向逐渐增大。

    3.如权利要求1所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述第一通孔的内周面为第一斜面,所述载物圆片的外周面为与所述第一斜面配合的第二斜面。

    4.如权利要求1所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述第一通孔包括第一过孔和与所述第一过孔同轴设置的第二过孔,所述第一过孔与所述第二过孔连通,所述第一过孔的直径大于所述第二过孔的直径,所述第一过孔与所述第二过孔之间形成支撑所述载物圆片的第一台阶面。

    5.如权利要求1所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述托盘上开设有第二通孔,所述压片上对应开设有第三通孔,所述第三通孔与所述第一通孔间隔设置。

    6.如权利要求5所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述第二通孔包括第三过孔和与所述第三过孔同轴设置的第四过孔,所述第三过孔与所述第四过孔连通,所述第三过孔的直径大于所述第四过孔的直径,所述第三过孔与所述第四过孔之间形成第二台阶面。

    7.如权利要求5所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述第二通孔的截面积大于所述第三通孔的截面积。

    8.如权利要求5所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述托盘上开设有多个第一安装孔,所述压片上对应于各所述第一安装孔的位置开设有第二安装孔;所述第二通孔与各所述第一安装孔间隔设置,所述第一通孔与各所述第二安装孔间隔设置,所述第三通孔与各所述第二安装孔间隔设置。

    9.如权利要求1-8任一项所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述载物圆片的直径为3mm。

    10.如权利要求1-8任一项所述的薄膜生长样品托,其特征在于:所述托盘的截面积大于所述压片的截面积。

    技术总结
    本申请提供了一种薄膜生长样品托,包括托盘和安装于托盘上的压片,压片上开设有第一通孔,第一通孔中安装有载物圆片。第一通孔远离托盘一端的直径小于2.8mm,第一通孔靠近托盘一端的直径大于或者等于3.2mm,载物圆片的直径范围为2.8mm‑3.2mm。通过在压片上开设第一通孔,第一通孔可供载物圆片伸入并对其固定。在通过分子束外延技术进行薄膜生长时,载物圆片上可形成直径约为3mm的薄膜。由于载物圆片的直径满足透射电子显微镜的样品杆所需样品的尺寸要求,可直接将载有薄膜的载物圆片放入透射电子显微镜的样品杆中,方便对薄膜的观察,可解决厘米级的基底无法直接放入透射电子显微镜的样品杆中而对薄膜进行观察的问题。

    技术研发人员:严紫君;吴鹏阳;张润楠;王干;邱杨
    受保护的技术使用者:南方科技大学
    技术研发日:2020.06.19
    技术公布日:2021.03.12

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