一種新型高速制備各種功能、結(jié)構(gòu)薄膜的技術(shù)及設(shè)備制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)為一種使用噴液霧化-多元共析激光化學(xué)氣相沉積法制備功能、結(jié)構(gòu)薄膜的設(shè)備。該設(shè)備通過引入液體原料供給系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備所使用的固體原料加熱罐，能有效解決傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積法無法長時間提供精確、穩(wěn)定、持續(xù)的原料蒸氣以及在多元薄膜制備過程中無法實(shí)現(xiàn)薄膜成分的精確控制等難題。在此基礎(chǔ)上,本發(fā)明專利技術(shù)通過采用激光照射基板表面的方法，能大幅度降低氣相原料分子間的反應(yīng)活化能，提高化學(xué)反應(yīng)速率。故本發(fā)明專利技術(shù)能在極大速率下大規(guī)模精確、穩(wěn)定、持續(xù)地制備各種氧化物以及非氧化薄膜。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種新型高速制備各種功能、結(jié)構(gòu)薄膜的技術(shù)及設(shè)備 一、
: 本專利技術(shù)為一種使用噴液霧化-多元共析激光化學(xué)氣相沉積法制備各種功能、結(jié)構(gòu)薄膜的技術(shù)及設(shè)備，屬于新材料技術(shù)中表面加工、涂層
。 二、
技術(shù)介紹
: 化學(xué)氣相沉積法制備薄膜具有制備過程簡單、成本低、沉積均勻、產(chǎn)品性能高等優(yōu)點(diǎn)，因此在大規(guī)模生產(chǎn)制備各種功能、結(jié)構(gòu)薄膜方面具有巨大的實(shí)用前景。但從工業(yè)化應(yīng)用角度考慮，使用常規(guī)化學(xué)氣相沉積法的沉積速率仍相對偏低，使得生產(chǎn)效率相對偏低。因此，如何提高常規(guī)化學(xué)氣相沉積法的沉積速率，成為了提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的一個重要考慮因素。 另一方面，常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法制備薄膜時所采用的原料供給系統(tǒng)為固體原料罐分別加熱法。即把固體原料放入各自的加熱罐中，使固體原料蒸發(fā)，然后將原料蒸氣通過載流氣輸送到基板表面。該法在制備多元成分薄膜時，存在無法實(shí)現(xiàn)薄膜成分的精確控制的難題。該法另一缺點(diǎn)為在大規(guī)模制備薄膜的應(yīng)用中，無法長時間提供精確、穩(wěn)定、持續(xù)的原料蒸氣，使得薄膜成分偏離計量比，嚴(yán)重影響其各項(xiàng)性能指標(biāo)。另外，采用固體原料罐加熱法制備薄膜的過程中，還存在原料利用率低的缺點(diǎn)。 三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
: 本專利技術(shù)的目的在于提供一種新型高速制備各種功能、結(jié)構(gòu)薄膜的技術(shù)及設(shè)備，以解決常規(guī)化學(xué)氣相沉積法在大規(guī)模制備各種薄膜時存在的諸多難題，從而能在極大速率下大規(guī)模精確、穩(wěn)定、持續(xù)地制備各種氧化物以及非氧化薄膜。 針對常規(guī)化學(xué)氣相沉積法沉積速率較慢的問題，本專利技術(shù)專利的解決方法為:通過將激光引入反應(yīng)腔體照射基板表面，能大幅度降低原料分子間的反應(yīng)活化能，因而能在極大速率下制備各種氧化物及非氧化薄膜。實(shí)驗(yàn)證明，使用本設(shè)備制備薄膜的沉積速率是常規(guī)化學(xué)氣相沉積法的10-1000倍。 針對常規(guī)化學(xué)氣相沉積法在制備薄膜時無法長時間提供精確、穩(wěn)定、持續(xù)的原料蒸氣，無法實(shí)現(xiàn)薄膜成分的精確控制及原料利用率低等缺點(diǎn)，本專利技術(shù)專利的解決方法為:通過引入液體原料供給系統(tǒng)來取代常規(guī)法中的固體原料加熱罐，以實(shí)現(xiàn)薄膜成分的精確、穩(wěn)定、持續(xù)的控制。本專利技術(shù)專利中的噴液霧化-多元共析揮發(fā)腔7、液體原料輸送部件3、液體原料箱1、液體原料抽取管2以及液體原料輸送管4組成了上述的液體原料供給系統(tǒng)。 本專利技術(shù)專利的優(yōu)點(diǎn)在于: (1)能在極大速率下制備各種功能、結(jié)構(gòu)性的氧化物以及非氧化物薄膜； (2)能長時間提控精確、穩(wěn)定、持續(xù)的原料蒸氣，從而實(shí)現(xiàn)薄膜成分的精確控制； (3)原料利用率高； (4)適合大規(guī)模連續(xù)制備各種功能、結(jié)構(gòu)性的氧化物及非氧化物薄膜。四、 【附圖說明】 附圖1給出了本專利技術(shù)專利各部件結(jié)構(gòu)及連接示意圖。 示意圖1中各部件的標(biāo)號說明: 1液體原料箱，2液體原料抽取管，3液體原料輸送部件，4液體原料輸送管，5壓力室，6載流氣體存儲罐，7噴液霧化-多元共析揮發(fā)腔，8原料蒸氣輸送管，9混合噴管，10反應(yīng)劑氣體存儲罐，11基板，12加熱臺，13連續(xù)激光發(fā)生器，14激光束放大器，15反應(yīng)腔體，16激光引入窗，17真空泵，18設(shè)備控制柜，19連接電纜 五、實(shí)施方式: 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時，反應(yīng)腔體15在真空泵17的作用下，將其腔體壓強(qiáng)降至所需要的數(shù)值，為反應(yīng)的順利進(jìn)行，提供必要條件。 液體原料箱1中的液體原料經(jīng)液體原料抽取管2被液體原料輸送部件3抽取，并被持續(xù)、穩(wěn)定地經(jīng)由液體原料輸送管4壓送至壓力室5中。載流氣體存儲罐6中的氣體在壓力室5中產(chǎn)生壓力，并將已壓送至壓力室5中的液體原料迅速壓出，液體原料因而被霧化為小霧滴。當(dāng)霧化后的小霧滴被噴射到噴液霧化-多元共析揮發(fā)腔7壁時，由于揮發(fā)腔壁的熱效應(yīng)，小霧滴中的溶劑迅速揮發(fā)，此時溶解于其中的固體原料因溶劑的迅速揮發(fā)而析出，并瞬間蒸發(fā)為同比例的混合原料蒸氣。混合原料蒸氣在載流氣體的作用下，經(jīng)由原料蒸氣輸送管8被送至混合噴管9。與此同時，存儲于反應(yīng)劑氣體存儲罐10中的氣體在混合噴管9的底端出氣口處與原料蒸氣混合，混合后的氣體被送往基板11的表面。 連續(xù)激光發(fā)生器13產(chǎn)生連續(xù)波長的激光束，在激光束放大器14的作用下,經(jīng)由激光引入窗16而照射到基板11的表面。 基板11在加熱臺12和激光束的共同作用下被加熱到預(yù)定溫度。通過激光光子的活化，原料分子間的的反應(yīng)活化能被大幅度降低，因而能在極大速率下制備各種氧化物及非氧化薄膜。 在整個沉積過程中，液體原料箱1中液體體積讀取、液體原料供給部件3的供液速率、壓力室5壓力數(shù)值讀取、載流氣體存儲罐6中氣體流量的讀取及控制、噴液霧化-多元共析揮發(fā)腔7的加熱溫度控制、原料蒸氣輸送管8的加熱溫度控制、混合噴管9的加熱溫度控制，反應(yīng)腔體15壓強(qiáng)數(shù)值讀取、反應(yīng)劑氣體存儲罐10中氣體流量讀取及控制、加熱臺12加熱溫度控制以及連續(xù)激光發(fā)生器13輸出功率控制均通過設(shè)備控制柜18實(shí)現(xiàn)，設(shè)備控制柜18與上述部件之間通過連接電纜19連接。 本專利技術(shù)可以用于(不限制舉例): (1)第二代高溫超導(dǎo)薄膜的制備，如ReBa2Cu307_x (Re代表各種稀土元素)。 (2)各種氧化物薄膜的制備，如 Y203, MgO, A1203, Ce02, Si02, LaMn02, Gd2Zr207, Zr02 坐寸ο (3)各種非氧化物薄膜:如SiC，TiN，TiC等。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新型高速制備各種功能、結(jié)構(gòu)薄膜的技術(shù)及設(shè)備，其部件包括：液體原料箱(1)、液體原料抽取管(2)、液體原料輸送部件(3)、液體原料輸送管(4)、壓力室(5)、載流氣體存儲罐(6)、噴液霧化?多元共析揮發(fā)腔(7)、原料蒸氣輸送管(8)、混合噴管(9)、反應(yīng)劑氣體存儲罐(10)、基板(11)、加熱臺(12)、連續(xù)激光發(fā)生器(13)、激光束放大器(14)、反應(yīng)腔體(15)、激光引入窗(16)、真空泵(17)、設(shè)備控制柜(18)以及連接電纜(19)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種新型高速制備各種功能、結(jié)構(gòu)薄膜的技術(shù)及設(shè)備，其部件包括:液體原料箱(1)、液體原料抽取管(2)、液體原料輸送部件(3)、液體原料輸送管(4)、壓力室(5)、載流氣體存儲罐￠)、噴液霧化-多元共析揮發(fā)腔(7)、原料蒸氣輸送管(8)、混合噴管(9)、反應(yīng)劑氣體存儲罐(10)、基板(11)、加熱臺(12)、連續(xù)激光發(fā)生器(13)、激光束放大器(14)、反應(yīng)腔體(15)、激光引入窗(16)、真空泵(17)、設(shè)備控制柜(18)以及連接電纜(19)。2.如權(quán)利要求1中的壓力室(5)，其特征在于，它是一個與載流氣體存儲罐(6)連通的密閉室。3.如權(quán)利要求1中的噴液霧化-多元共析揮發(fā)腔(7)，其特征在于，它是一個中空的加熱密閉腔體，腔體一端開有一頂點(diǎn)指向腔體內(nèi)部的錐形孔，錐形孔的底面圓與壓力室(5)密封連通，腔體另一端的側(cè)面或者底面安裝有原料蒸氣輸出口。4.如權(quán)利要求1中的液體原料輸送管(4)，其特征在于，輸送管一端與壓力室(5)密封連通，且其頂端懸掛插入到如權(quán)利要求3中所述的噴液霧化-多元共析揮發(fā)腔(7)的錐形孔中，導(dǎo)管頂端與錐形孔之間的垂直距離為0.01-5mm，導(dǎo)管另一端與液體原料輸送部件(3)的液體輸出口連...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：不公告發(fā)明人，
申請(專利權(quán))人：趙培，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42