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离子束刻蚀、镀膜系统

2018/8/8 22:56:10发布146次查看
  • 加工定制:
  • 品牌:LDJ
  • 型号:多种
  • 用途:微纳级材料表面再造
  • 提供加工定制:是
  • 别名:离子束机
  • 输入电压:220
  • 外形尺寸:多种
  • 电解液导电质:未知
  • 规格:

一、公司简介广州市研铭贸易有限公司是从事离子束刻蚀系统、离子束溅射沉积薄膜系统、微米及纳米器件微结构研制和薄膜材料研制的推广者,是先进商用技术产品的专业代理商。
我国著名离子束技术专家刘金声先生在国内最早创建了离子束刻蚀及离子束溅射沉积技术的系统理论和基本应用技术方法,在多项国家重大项目、军用型号和前沿课题技术应用研究中,做出显著贡献。
广州市研铭贸易有限公司的离子束系统和专项研究已广泛应用于航天航空、军工系统、中国科学研究院、大专院校、专业研究所和新兴的电子、光学及微型特种器件生产企业,获得了一致良好的高度评价。
二、lkj系列离子束刻蚀系统介绍lkj离子束刻蚀系统
lkj系列标准离子束刻蚀系统主要有lkj-1d-100和lkj-1d-150两种型号,此外还包括一些特殊应用的系统。
该系统为通用离子束刻蚀(ionmilling)系统,除了通过掩模在衬底表面刻蚀三维结构图形外,还可完成离子束清洗材料表面、材料表面终极抛光和材料致薄,并可实现化学辅助离子束刻蚀(caibe)。lkj系列离子束刻蚀系统适用刻蚀各种材料,包括金属、合金、半导体(si、sos、gaas及ⅲ-v)、金属氧化物、非金属氧化物、氮化物、碳化物、陶瓷、红外(hgcdte、lnsb和inp等)和超导(yba2cu3o7、nb、nbn)等材料。广泛应用于卫星、导弹、核聚变、雷达、半导体、x射线近代光学、通信、多种传感和超导等技术领域,制造各种声、光、电、磁、传感和集成器件。
一)、离子束刻蚀方法的功能特点:
1.刻蚀材料通用性:
ar+、kr+、和xe+离子束刻蚀属于纯物理溅射过程,因而可刻蚀任何材料。
在相同刻蚀条件下,刻蚀速率(er)因材料而异。在ar+离子能量500ev,束流密度1ma/cm2和垂直入射材料表面的标准刻蚀条件下,刻蚀速率最低和最高的材料为c和bi,分别为er(c)=11nm/min和er(bi)=880nm/min。
2.图形转移基本方法:
2.1、ar+离子束刻蚀可将三维掩模图形高保真度地转移为衬底表面三维图形。
在标准刻蚀条件下,绝大多数单质和化合物衬底材料刻蚀速率都高于30nm/min,在刻蚀深度要求2um~4um以下、材料刻蚀速率高于胶的刻蚀速率和刻蚀线条深宽比小于1:1时,通常可采用正胶(如az52t4pr)掩模或采用双层材料掩模。
2.2如果要求刻蚀深度更大,可采用化学辅助离子束刻蚀(caibe)方法,不仅可有效增加掩模材料与衬底材料的er选择比、减小掩模厚度要求,提高刻蚀线宽精细度和改善转移图形
的保真度(提高刻蚀沟槽边壁垂直度、减小或消除二次溅射效应和改善槽底面平整度),而且在辅助气体作用下,还可显著提高衬底材料的er和刻蚀图形的深宽比。
2.3具有高各向异性干法刻蚀方法的最高分辨率离子束刻蚀属于原子级加工手段,特别是ar+离子溅射过程不存在侧向腐蚀,具有顶级刻蚀分辨率,理论上认为可刻蚀 几个原子尺寸的结构。迄今为止,ibm专家采用电子束光刻和离子束刻蚀方法在极薄的pb0.4au0.6合金薄膜上制出的框架图形示于图1,刻蚀图形线宽达到了8nm,展示出离子束刻蚀的超微细加工能力。
3.离子束清洗及材料表面终极抛光方法
通过离子束轰击材料表面和溅射去除表面层过程,离子束清洗是材料表面纯净化的最彻底方法。对于清洗金属材料不存在任何问题;对于清洗合金、化合物和多元材料,采用改变离子束入射角和添加其它气体,可在保持清洗材料表面元素化学标准配比不变条件下进行快速致薄和抛光表面。
离子束抛光可获得极低的材料表面微粗糙度,实验证实某些材料的均方根微粗糙度可达到ra<2å。我司对linbo3、sio2和si等材料的研究表明,对linbo3晶片第一阶段的离子束抛光实验结果示于图2(a),第二阶段抛光实验结果示于图2(b);第三阶段抛光可制取ra<5å的linbo3表面。
图2
ar+离子束刻蚀insb(111)晶片和采用caibe方法致薄抛光insb(111)材料的典型实验样片sem照片分别示于图3(a)和(b),采用calbe方法消除了ar+离子束刻蚀表面形成的in岛,获得超级平滑表面,其x射线能谱图4表明,表面in与sb的成分配比为l:1。
图3、ar离子束刻蚀lnsb(111)晶片表         图4、cabie insb(111)晶面xes分析谱
面(a)及caibe致薄抛光lnsb(111) 晶片
表面(b)sem照片
二)、lkj-1 d系列离子束刻蚀系统的主要技术指标
三)、lkj-1 d系列离子束刻蚀系统构成及主要部件
(a)lkj型离子源
1、lkj-100及lkj-150离子源advanced研究所采用永磁发散场、可消除热形变mo制匹配等离子体浓度分布离子双栅光学、反射式主阴极组件、与源一体化浸没式中和阴极和插入式阳极等技术制造结构高稳定度、高可靠性和工作性能优良的离子源,具有有效束径与源口径比高、束流稳定性优于±1%/小时、便于拆装清洗、重量轻、高电效率等优良性能,内含多项创新技术,是国内外最为实用化的商用离子源。这种高可靠性离子源经20多年实用化验证,其性能/价格比在国际商用小口径离子源领域堪称一流。lkj型离子源及典型束流密度轮廓扫描图示干图5(a)和(b),其lkj-100和lkj-150离子源最佳化有效束径分别超过了
ф80mm和ф130mm,展示了极佳的离子束平度参数。
离子束能量:500ev     离子束束流:100ma 
加速极电压:280v      工作真空度:2.0x10-2pa  
阳极弧电流:1.0a      阳极弧电压:48v      
磁感应强度:28 x10-4t  本底真空度:4 0x10-4pa
离子束能量:500ev     离子束束流:160ma  
加速极电压:280v      工作真空度:2.0x10-2pa 
阳极强电流:1.3a      阳极弧电压:45v   
磁感应强度:1.8 x10-4t  本底真度4x10-4pa
(b)典型lkj-100及lkj-150离子源束流密度分布曲线
图5.离子源及典型束流密度分布曲线
2、刻蚀真空室组合部件
真空室组合部件包括上端水冷离子源室(可插入lkj-100或lkj-150离子源);右侧为束闸室,内装带法拉弟探头的型号为lkj-1c-01-3平移束闸板,左侧为真空室门板,装有型号为lkj-1c-01-2水冷旋转刻蚀工件台,如图6所示。
(a)刻蚀真空室
(b)刻蚀工件台
图6、刻蚀真空室内的工件台和束闸板
为了适应刻蚀均匀性要求极高的器件制造工艺,lkj-1d-150离子束刻蚀系统可装配三个子台直径为ф63mm的lkj-1c-01-4型行星式(planetary)旋转水冷刻蚀工件台,如图7所示。
图7.三子台式行星式刻蚀工件台
3、真空系统主要构成部件及性能
4、水枢纽系统构成及功能
离子束刻蚀系统配备由二套lx-300恒温水循环机、二件流量开关、一件水压力开关和一件电控阀门构成的水枢纽系统,以实现相关控制功能,该系统分为f1和f2二路供水分系统。
三、ldj-2a-f100-100系列双离子束溅射沉积薄膜系统产品介绍该系统为通用双离子束薄膜沉积系统,可用于溅射沉积各种材料的薄膜及膜系,包括金属、合金、化合物、氧化物和半导体材料,也可合成氧化物、氮化物和碳化物等,用于研制和批量生产多种声、光、电、磁和超导薄膜器件,并在制造纳米薄膜器件领域具有技术优势。
该系统是我国主流商用双离子束系统。北京advanced离子束技术研究所一直是该项技术产品的创新者和一流制造商,并由该所的国际著名专家刘金声建立了我国离子束溅射沉积薄膜及薄膜材料改性技术的系统理论和基本应用方法。
自1979年研发第一代双离子束溅射沉积薄膜系统以来,经过二十多年来的创新和不断改进,advanced精心设计和制造的ldj系列双离子束薄膜沉积系统,不仅取代了进口产品,而且在国家重大工程项目、军用武器系统和高科技研究领域发挥了不可取代的作用。
一)、双离子束薄膜沉积方法的功能特点1、工作原理
ldj-2a-f100-100双离子束溅射沉积薄膜系统工作原理示于图1,
图1.ldj-2a-f100-100双离子束薄膜沉积系统工作原理图
         1.衬底台;2.沉积薄膜速率及厚度监测探头;3.衬底台屏蔽闸板;
4.主源;  5.辅源;   6.外转动选靶的四靶台。
系统可执行的功能模式:
·离子束溅射清洗(ibc)
·离子束溅射沉积(ibsd)
·同时进行离子束溅射沉积和离子束辅助轰击
·lift-off方法制取薄膜图形
系统工作原理过程:
衬底台挡板(3)打开时,辅源(5)离子束溅射清洗衬底台(1)面上的衬底;完成清洗后关闭束闸板(3)和终止辅源(5)工作;主源(4)发射聚焦宽离子束轰击四靶台(6)中任意一种材料靶(四靶可在线转换),在完成对靶面的离子束清洗后,打开束闸板(3)进入离子束溅射沉积(ibsd)薄膜工作模式;与此同时,已按生长薄膜材料相关参数对膜厚监测仪某一沟道进行设置和调整后的晶体探头(2),实时在线测量薄膜生长速率及厚度;当生长薄膜达到预定厚度时,关闭束闸板(3);若制取单层材料薄膜,则已告完成;若制取多层材料膜系,转换靶台(6)上的靶位,对新靶进行清洗后,调整膜厚监测仪到相对应材料的沟道,则可打开束闸板(3)溅射沉积第二层材料薄膜,如此可重复制取四种材料膜层的膜系。
2、沉积薄膜前溅射清洗衬底的功能作用
在沉积薄膜之前,通过辅源轰击清洗衬底表面,不仅可彻底清除衬底表面的各种杂物层,而且离子轰击造成其表面层原子结构的活性化,十分有力干沉积原子生长小晶粒、小间隙的致密薄膜和提高薄膜与衬底的附着力。
3、高材料利用率和生长高纯度薄膜
该系统主源为聚焦宽束离子源,在靶面有效束径为ф80mm,靶材直径为ф100mm,主源发射的离子几乎全部轰击靶材,确保了生长薄膜的纯度。
通常,离子束溅射多种靶材产生的溅射原子通量为余弦函数角分布,沉积原子通量具有相对定向性和产生较高材料利用率。
4、控制生长薄膜结构和性质
通过改变溅射离子能量、溅射角、衬底接收溅射原子时的沉积角、工作气体压强、辅助轰击离子种类、离子能量及束流密度等工作参数,可改变生长薄膜的晶粒尺寸、晶向优选度、薄膜内应力、薄膜含气量、成分配比等,生长“m和d”模型中薄膜结构与性质优良的过渡晶带区域t的晶型结构,可有效地灵活控制薄膜的物理及化学性质。
5、材料合成及膜系制造方法 
该系统设置的四靶台通过换靶可连续溅射生长四种薄膜膜层,配置膜厚分辨率为≤o.2nm的监测仪,可精密控制膜系的生长,并可实现自动控制,成为制取纳米膜系的先进方法。此外,也可采用拼块靶和粉末压制靶溅射合成化合物及混合物薄膜,可准确控制薄膜成分配比。   
6、生长薄膜均匀
ldj-2b-f100-100系统配置衬底台为旋转或旋转加扫描工作模式,使不同衬底部位均衡接收溅射原子通量,生长厚度相当均匀的薄膜;如果系统配置行星式衬底台,可获得更高均匀度的薄膜。
二)、ldj-2a-f100-100系统标准配置及主要指标
(一)沉积薄膜真空室组合部件
ldj-2a-f100-100双离子束系统采用单开门板式真空室,图2所示为双离子束系统真空室正面图,其右下侧为水冷主源室,内插轰击靶的ldj-f100聚焦主源;左上侧为水冷辅源室,内插lkj-100辅源;背面门板安装水冷四靶台和扫描旋转式衬底台;正面板安装衬底台面挡板移动套筒、四靶台屏蔽套筒和薄膜生长厚度及生长速率监测探头等。
1、ldj-2a-f1 00-100双离子束系统真空室(图1)
2、ldj—f100离子源及束流密度分布曲线(图2)
离子束能量:900ev  离子束束流:90mv  加速极电压:-80v     工作真空度:1.8×10 -2pa
阳极孤电流:12a   阳极孤电压:46v    磁感应强度:28×10-4t 本底真空度:1.0×10-4pa
源一靶距:180mm
图3 ldj-f100离子源束流密度分布曲线
图3所示曲线表明,在ldj-f100离子源标准工作条件下,其峰值束束流密度13.8ma/cm2,靶面接收离子束流的有效束径为≤ф80mm,即在ф80mm范围内的积分束流≥98%。
3、lkj-100离子源及束流密度分布(图4)
图4 lkj-100离子源束流密度分布曲线
离子束能量:500ev  离子束束流:100ma 加速极电压:200v   工作真空度;2×10-2pa
阳极弧电流:1.0a   阳极弧电压:48v   磁感应强度;28×10-4t 本底真空度:4×10-4pa
4、水冷四靶体(图5)
5.旋转扫捕衬底台(图6)
图5 水冷四靶体图
图6 三子台行星式水冷衬底台
(二)真空系统配置及主要部件性能
(三)ldj-2a-f100-100系统主要技术指标
1、ldj-f100聚焦宽束离子源(主源)
  离子源发射束径:ф90mm;
  离子能量:     700ev~900ev;
  离子束流:     60ma~80ma。
2、lkj-100离子源(辅源)
  离子源发射束径:      ф90mm;
  离子束轰击范围直径:  >ф150mm;
  离子能量使用范围:    150ev-600ev;
  离子束流使用范围:    10ma~50ma;
  标准辅助离子束轰击角: 62º。
3、四靶台(带防护筒)(水冷、外部随机换靶)
  标准溅射角:            θs=45。;
  靶台一次可装不同材料靶数: 4靶;
  标准靶直径及厚度:   ф100mm,3mm;
 靶温(热接触条件):   <100℃
 (平均离子束功率密≤0.5w/cm2,靶台水温<10℃)。
4、扫描旋转式衬底台(水冷)
  标准沉积角:      15。;
  台面直径:        ф110mm;
  台面标准扫描范围:  中心两侧各为50mm;
  台面自转速率:    15rmp;
  台面扫描速率:    1mm/s;
  台面温度:        <5℃~>25℃。
5、沉积薄膜可控度
  沉积薄膜均匀性:   ±5%(ф≤50mm);
  薄膜生长速率测量分辨率: o.2nm/s;
  薄膜厚度测量分辨率:     o.2nm;
  典型薄膜沉积速率:  ≥20nm/min
(850ev,100ma条件溅射沉积ag)。
6、真空系统主要技术指标
  真空室极限压强:      ≤1.0×10-4pa;
  系统工作前本底压强:  ≤5×l0-4pa;
  ar气工作压强范围: 8×10-3pa~3×10-2pa;
 从大气抽至5×10-4pa时间:  ≤50分钟。
7、电源机柜配置
i#控机柜由5单元构成:真空系统控制、离子源冷却水控制、衬底台旋转及扫描控制单元;辅源主工作参数显示单元;辅源工作参数调整及显示单元;分子泵驱动电源单元和离子源组合电源单元。
ⅱ#电控机柜由4单元构成:薄膜生长厚度及生长速率监测仪单元;主源主工作参数显示单元主源工作参数调整及显示单元和离子源组合电源单元。
8、主机电控配置
   主机右侧正面板装配双路质量流量计;双路mfc气路截止阀开关;双贮气筒压力变送照示器;压强测量仪。
四、深圳市远铭科技有限公司·北京埃德万斯离子束研究所(advanced)业务范围
1.提供系统可靠性能优良的lkj系列离子束刻蚀和ldj系列双离子束溅射薄膜沉积成套标准系统或特殊功能要求的专用系统;
2.承接离子束刻蚀工艺研究并提供刻蚀技术及工艺软件(不含专利技术转让).
3.承接薄膜工艺研究和薄膜器件研制,提供薄膜制造技术和工艺;
4.培训离子束刻蚀系统、双离子束溅射薄膜沉积系统专业技术人员;
5.承接特殊要求离子源研制;
6.承接改造蒸发镀膜系统为离子束辅助蒸发沉积(ibad)系统;
7.承接制造各种真空室、高真空系统及标准电控机柜;工质气体控制及气路;水冷却系统等;
8.承接各种真空系统改造;提供在册用户设备的维修、保养及在册旧设备优惠价以旧换新。
高新企业证书
发明专利证书
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作者刘金生先生专业从事离子束领域基础理论及应用技术研究近40年,所著书籍备受业界欢迎。
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