[发明专利]纳米粒子的产生

说明书

技术领域

本发明涉及纳米粒子的产生。

背景技术

一种用于沉积材料的已有方法是溅射沉积。根据该方法，把要被沉积的材料所构成的靶放置在处于包含诸如氩气之类低压惰性气体的腔室中的磁控管的上方。随后在靶的上方直接生成等离子体，并且与来自等离子体的气体离子的高能量碰撞使得靶(有效地)经历被迫蒸发而进入低压腔室。蒸发的材料不是热力学平衡的，并会冷凝到附近表面上，生成薄膜敷层。作为替代，可以使蒸发的原子经过适当的条件来生成纳米粒子。

然而，溅射沉积还未被广泛商业认可，并且(除了在专家背景下)主要还是作为一种实验室工具。这主要因为实现的是低沉积率以及在提高工艺方面的困难，这意味着批量生产量相对较小。这两个因素结合起来影响了溅射在工业规模上的应用。

不过，溅射在通过使得流中的原子在向基片飞行的期间部分地冷凝来产生纳米粒子的表面膜方面是有用的。通过稍微增大气体压力以在飞行路径中维持，可以促进这一点。

为了促使纳米粒子沉淀在基片表面，可以使其具有升高的电势。根据产生纳米粒子流的方法，一些纳米粒子会由于获取了电子而已变得带负电荷。溅射法由于涉及在材料源的表面产生等离子体而是适合的，因此纳米粒子(在一定程度上)会承接电荷并被吸引到带正电荷的基片。

发明内容

本发明致力于通过采用更易于对增大的规模进行运作的并且更易于大规模产生纳米粒子的几何学来使得溅射向更具商业规模方向发展。

因此，在第一方面，本发明提供了一种用于产生纳米粒子的设备，包括腔室和磁控管，所述磁控管位于所述腔室之内并且包括：圆柱形靶，其至少具有待沉积材料的外表面和中空内部；处于所述中空内部之内的磁通量源，其被布置为在相对于所述圆柱形靶的径向向外方向上呈现磁极；和驱动装置，其用于对所述靶和所述磁通量源施加轴向上的相对运动，所述腔室具有至少一个孔并且所述腔室被放置在与所述腔室的内部相比气压相对较低的容器内。

腔室优选地为实质圆柱形，并且理想地与靶实质同轴以便提供对称布置。

靶的运动表明其活性表面的侵蚀在较宽区域上扩展，而不是集中于局部区域。这使得更高效地使用靶材料，当需要价值更高的材料时这尤其有用。由于纳米粒子的大表面区域而展现出的催化性质是它们通常的用途所在，因此通常沉积诸如Pt或Pd之类的材料，这意味着高效利用靶材料对该工艺的成本有重大影响。

靶的运动优选地是往复运动，以使得能够使用单个不连续的靶。一般而言，如果磁通量源保持静止而靶运动则更加方便，但其他布置也是可以的。

磁通量源可以是多个永磁体或一个电磁体。此外，圆柱形靶可以包括至少一个用于冷却液的轴向延伸的管道。

磁通量源优选地在沿圆周隔开且轴向协同定位的多个第一位置处呈现出在径向向外方向上的北磁极，并且，在沿圆周隔开且轴向协同定位、并且与所述第一位置沿轴向隔开的多个第二位置处呈现出在径向向外方向上的南磁极。这在靶表面生成了沿轴向交替的磁场，在该磁场中可以生成用于溅射沉积的等离子体。更优选地，相同磁极围绕靶的整个圆周延伸，从而形成了围绕靶的交替的北磁极和南磁极的圆周带。还优选的是，磁极沿靶的轴向长度交替许多次；这些布置有利于靶的更大效率。

在本申请中采用了“磁体”，该术语意在指任何磁通量源。其明显包括存在各种类型的永磁体，但是也包括电磁体。

附图说明

现在将以示例方式参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1示出根据本发明的磁控管和靶的示意性示图；

图2示出图1的磁控管的径向截面；

图3示出在一个腔室内的轴向上的内部位置；和

图4示出图3的磁控管的后续瞬时示图。

具体实施方式

图1和图2示出适合在本发明中使用的磁控管。靶10形成为中空圆柱体形状，其具有同心内部空间12，保留环形材料部分14以形成靶。如图所示，靶是待沉积材料的实体环形，不过取决于对材料的选择，其还可替代地为带有外部层或涂敷了待沉积材料的惰性或实质惰性前体的形式。