本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種集紫外光/臭氧表面處理與電學(xué)性質(zhì)原位測試的真空設(shè)備，主要由真空腔室、紫外光源系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)和真空設(shè)備控制系統(tǒng)以及電子元件測試系統(tǒng)組成，真空腔室由高真空內(nèi)腔室和低真空外腔室組成：外腔室頂端固定紫外燈光源；內(nèi)腔室具有高度可調(diào)節(jié)的樣品臺(tái)，其內(nèi)置加熱和水冷系統(tǒng)。本發(fā)明專利技術(shù)能夠準(zhǔn)確控制紫外光/臭氧對(duì)材料的表面處理過程，如石墨烯，并對(duì)微納電子元件的電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行原位測量和表征，它在材料的表面清洗、改性以及電子元件的電學(xué)性能原位表征方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及紫外光/臭氧表面處理技術(shù)，更具體的說，涉及一種集紫外光/臭氧表面處理與電學(xué)性質(zhì)原位測試的真空設(shè)備。
技術(shù)介紹
紫外光/臭氧表面處理技術(shù)能夠有效清除大多數(shù)金屬、半導(dǎo)體和絕緣材料的有機(jī)污染物，在材料生長、表面改性和器件制備等基礎(chǔ)科研和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。 這項(xiàng)技術(shù)起源于二十世紀(jì)七十年代，它最初為紫外光照射空氣或氧氣，并逐步發(fā)展為真空紫外清洗技術(shù)以進(jìn)一步降低空氣中水汽、二氧化氮等氣體對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的影響；在規(guī)模上也從最初的小功率基片清洗設(shè)備向大功率自動(dòng)傳輸清洗設(shè)備發(fā)展。這種紫外光照清洗設(shè)備主要是基于低壓汞燈能發(fā)射出主要波長位于184. 9nm和253. 7nm的紫外光，氧氣在這兩種紫外光的照射下生成氧原子和臭氧，并與處于激發(fā)態(tài)的有機(jī)分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成水和二氧化碳等物質(zhì)，達(dá)到表面清洗的目的。紫外光/臭氧表面處理技術(shù)不僅對(duì)基底具有清洗效應(yīng)，氧原子的強(qiáng)氧化性還能夠?qū)⒁恍┙饘俨牧?譬如銀、鋁等)氧化或者刻蝕碳族材料(如石墨烯、碳納米管等)表面，實(shí)現(xiàn)材料改性。在這種光化學(xué)處理過程中，盡可能減少環(huán)境中非氧氣分子的影響對(duì)獲得高質(zhì)量的樣品至關(guān)重要。對(duì)于真空紫外清洗技術(shù)，即將紫外燈與樣品架置于同一真空腔室中，當(dāng)室內(nèi)達(dá)到一定本底真空度后再輸入一定壓強(qiáng)的氧氣并開啟紫外光照射，這種技術(shù)能有效清除腔室內(nèi)吸附的水汽和其它非氧氣體的影響。紫外光/臭氧改性技術(shù)本身還存在很大的局限性首先，將紫外燈管與樣品置于同一腔室中，會(huì)增大反應(yīng)腔室的體積，不利于準(zhǔn)確控制光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程和精度。其次，紫外光照射會(huì)引起環(huán)境溫度的起伏，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致臭氧分解成氧原子的速率發(fā)生起伏，從而影響紫外燈/臭氧表面改性的進(jìn)程。紫外光/臭氧光化學(xué)反應(yīng)技術(shù)對(duì)于碳族元素的表面處理過程來說，不僅具有表面清洗和載流子摻雜效應(yīng)，而且當(dāng)表面有機(jī)物消失殆盡時(shí)，它們又會(huì)對(duì)其產(chǎn)生刻蝕效應(yīng)，使其表面電阻急劇增大。以石墨烯的研究為例，我們知道碳族元素經(jīng)過紫外光/臭氧改性后，若將其暴露于大氣環(huán)境中，它表面會(huì)迅速(幾分鐘)吸附空氣中的氣體和雜質(zhì)，這不利于改性過程的準(zhǔn)確表征。如果在紫外光/臭氧改性過程中能原位測試電子元件的電學(xué)性能，我們就能對(duì)改性過程進(jìn)行準(zhǔn)確的控制和表征。為此，我們必須考慮這種原位電學(xué)性質(zhì)測試技術(shù)與紫外光/臭氧技術(shù)的兼容，從而對(duì)我們的設(shè)計(jì)提出了更高或者更為特殊的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種集紫外光/臭氧表面處理與電學(xué)性質(zhì)原位測試的真空設(shè)備，克服已有樣品表面改性技術(shù)中存在的問題，實(shí)現(xiàn)一種集紫外光/臭氧改性和電子元件性能測試于一體的真空設(shè)備，其可以準(zhǔn)確控制光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程，并能夠原位探測電子元件的導(dǎo)電性質(zhì)(包括高溫)，在材料和器件的干法清洗、表面改性以及電學(xué)性質(zhì)表征方面具有重要價(jià)值。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案如下一種集紫外光/臭氧表面處理與電學(xué)性質(zhì)原位測試的真空設(shè)備,主要由真空腔室、紫外光源系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)和真空設(shè)備控制系統(tǒng)以及電子元件測試系統(tǒng)組成，其中，所述紫外光源系統(tǒng)包括控制電源和紫外燈管，所述真空腔室包括外腔室和內(nèi)腔室，所述外腔室內(nèi)安裝所述紫外燈管，所述內(nèi)腔室內(nèi)設(shè)置樣品臺(tái)以及加熱和水冷裝置，并具有氣體輸入、 輸出端口，所述紫外燈管發(fā)射的光通過內(nèi)腔室的石英窗口，照射到樣品臺(tái)上，所述內(nèi)腔室具有一定壓強(qiáng)的氧氣，其經(jīng)過紫外光照射后生成臭氧和氧原子，對(duì)樣品臺(tái)上的樣品表面進(jìn)行清洗和改性；所述真空泵系統(tǒng)和真空設(shè)備控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生并控制真空腔室內(nèi)的真空度， 所述電子元件測試系統(tǒng)能夠?qū)﹄娮釉碾妼W(xué)性質(zhì)進(jìn)行原位測試表征。所述紫外燈管發(fā)射主要為184. 9nm和253. 7nm的紫外光。所述內(nèi)腔室上部主要由石英材料制成，下部主要為不銹鋼材料制成，內(nèi)腔室頂部具有在波長184. 9nm和253. Ixm處高透過率的石英窗口，所述石英窗口的尺寸不小于內(nèi)腔室的內(nèi)部孔徑，以有效避免內(nèi)腔室氧氣在紫外光照射下光化學(xué)反應(yīng)暗區(qū)的產(chǎn)生，所述氣體輸入、輸出端口設(shè)置在內(nèi)腔室下部不銹鋼部分。所述樣品臺(tái)的高度通過控制桿在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)和有效控制紫外光/臭氧表面處理。所述真空泵由兩級(jí)泵，即機(jī)械泵和分子泵組成。所述真空設(shè)備控制系統(tǒng)主要包括氣體流量計(jì)、真空計(jì)、溫度控制系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)。所述電子元件測試系統(tǒng)主要包括鎖相放大器、電壓源和電流計(jì)，能夠?qū)﹄娮釉碾妼W(xué)性質(zhì)進(jìn)行原位表征。與已有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案，集紫外光/臭氧表面處理與電子元件原位測試技術(shù)于一體，這種紫外光/臭氧的表面處理技術(shù)不僅能夠?qū)Ω男赃^程精確控制，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)常溫和高溫下電學(xué)性質(zhì)的原位探測與表征，在材料、電子
具有重要的應(yīng)用。本專利技術(shù)采用雙腔室的真空系統(tǒng)，即將紫外燈管和樣品臺(tái)分別置于外腔室和內(nèi)腔室中，并通過加熱和水冷系統(tǒng)對(duì)樣品臺(tái)溫度給予有效控制，從而能更好的控制光化學(xué)反應(yīng)過程。附圖說明圖I表示本專利技術(shù)的真空設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是樣品臺(tái)上固置的陶瓷底座結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述本專利技術(shù)中所設(shè)計(jì)的真空設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖I所示，主要由真空腔室、紫外光源系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)和真空設(shè)備控制系統(tǒng)、電子元件測試系統(tǒng)組成。I.紫外光源系統(tǒng)包括控制電源和紫外燈管I。控制電源能夠控制紫外燈的開關(guān)、輻射強(qiáng)度、輻射時(shí)間等。紫外燈管為低壓汞燈， 將其首先固定于鋁制反光板上，然后再將反光板固定于外腔室頂端，光源能夠發(fā)射主要為 184. 9nm和253. 7nm的紫外光。2.真空腔室包括外腔室2和內(nèi)腔室3。外腔室2由不銹鋼材料制作，其上端面固定紫外燈管。紫外燈管開啟后，外腔室的真空環(huán)境可以有效降低氣體分子對(duì)紫外光的吸收，避免不必要的臭氧產(chǎn)生以及可能對(duì)周圍環(huán)境的影響。內(nèi)腔室3分為兩部分，上部主要由石英材料制成，下部主要為不銹鋼材料。內(nèi)腔室頂端安置高純度石英窗口 4，內(nèi)置可升降樣品臺(tái)5、溫控裝置以及氣體輸入、輸出端口等。石英窗口 4透光尺寸不小于內(nèi)腔室內(nèi)徑，固定于不銹鋼法蘭上，能透過184. 9nm和 253. 7nm紫外光，降低內(nèi)腔室臭氧產(chǎn)生的不均勻性。內(nèi)腔室樣品臺(tái)5主要由不銹鋼材料制作，由控制桿6與外部控制系統(tǒng)連接，其內(nèi)置電路引線以及加熱和水冷系統(tǒng)，能夠在60mm范圍內(nèi)升降，距石英窗口下端面最近距離為 IOmm0內(nèi)腔室3下部不銹鋼部分具有氣體輸入端口、輸出端口。3.真空泵系統(tǒng)7 由兩級(jí)泵，即機(jī)械泵和分子泵組成，本底真空度可以達(dá)到2*10_4Pa。4.真空設(shè)備控制系統(tǒng)8 主要包括氣體流量計(jì)、真空計(jì)、溫度控制系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)。當(dāng)內(nèi)腔室充入一定氣體時(shí)，氣體流量計(jì)可以控制流入氣體的流量，內(nèi)腔室的真空度可以由高、低真空計(jì)檢測。5.電子元件測試系統(tǒng)9:電子元件測試系統(tǒng)主要是提供鎖相放大器、電壓源和電流計(jì)，能夠?qū)﹄娮釉碾妼W(xué)性質(zhì)進(jìn)行原位表征。對(duì)于上述集紫外光/臭氧表面改性與電子元件測試系統(tǒng)于一體的設(shè)備，下面以石墨烯納米電子元件為例，具體說明對(duì)其表面改性和測試的主要步驟I)打開主電源和真空計(jì)，打開氮?dú)忾y門，將氮?dú)獬淙胝婵涨皇覂?nèi)，氣壓超過一個(gè)大氣壓后關(guān)閉氮?dú)忾y門，依次打開外腔室和內(nèi)腔室。2)將石墨烯電子元件連接于芯片載體(chipcarrier)上,然后插入陶瓷基底插座上，通過控制桿將樣品臺(tái)置于內(nèi)腔室中，依次關(guān)閉內(nèi)、外腔室蓋。3)依次開啟內(nèi)腔室樣品臺(tái)的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種集紫外光/臭氧表面處理與電學(xué)性質(zhì)原位測試的真空設(shè)備，其特征在于，主要由真空腔室、紫外光源系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)和真空設(shè)備控制系統(tǒng)以及電子元件測試系統(tǒng)組成，其中，所述紫外光源系統(tǒng)包括控制電源和紫外燈管，所述真空腔室包括外腔室和內(nèi)腔室，所述外腔室內(nèi)安裝所述紫外燈管，所述內(nèi)腔室內(nèi)設(shè)置樣品臺(tái)以及加熱和水冷裝置，并具有氣體輸入、輸出端口，所述紫外燈管發(fā)射的光通過內(nèi)腔室的石英窗口，照射到樣品臺(tái)上，所述內(nèi)腔室具有一定壓強(qiáng)的氧氣，其經(jīng)過紫外光照射后生成臭氧和氧原子，對(duì)樣品臺(tái)上的樣品表面進(jìn)行清洗和改性；所述真空泵系統(tǒng)和真空設(shè)備控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生并控制真空腔室內(nèi)的真空度，所述電子元件測試系統(tǒng)能夠?qū)﹄娮釉碾妼W(xué)性質(zhì)進(jìn)行原位測試表征。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陶海華，張雙喜，王慶康，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。