[发明专利]共用电极的等离子体增强化学气相沉积装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种共用电极的等离子体增强化学气相沉积装置及方法。 

背景技术

近年来，纳米颗粒由于其在电子、光电子、光伏和生物医学领域非常广阔的应用前景，越来越引起人们的兴趣。一方面，它们可以容易地融入传统的器件制造工艺中，提高传统器件的性能；另一方面，它们极大地促进了新工艺和新材料的产生。例如，基于碳纳米颗粒的印刷电子将会深刻地改变金属和非金属器件的制造工艺，大大降低各种非金属器件如晶体管和太阳电池的成本。 

在纳米颗粒的研究及应用开发方面，首先涉及到的问题就是纳米颗粒的制备。目前，纳米颗粒，例如碳纳米颗粒，可以通过固相法、液相法和气相法来制备。 

当前制备纳米颗粒产率最高的方法是气相法，例如：利用激光(如Li等，等离子体法作为一种新型的纳米颗粒制备方式，通常是在通有反应气的石英管外壁放置射频电极和地电极，在两个电极之间激发反应气体产生等离子体，利用等离子体高的反应活性，合成纳米颗粒。由于采用等离子体法制备纳米颗粒方法简单，成本低廉，而得到的纳米颗粒尺寸小，分布均匀，不易出现化学合成方法中的团聚问题，因此越来越受到人们的关注。 

但是，上述的等离子体设备中，在射频电极和地电极之间纳米颗粒能够附着在等离子体腔体的内壁从而形成连续的膜，导致电极之间的导通，最终影响等离子体的稳定性，使纳米颗粒的制备难以持续进行。另外，不稳定的等离子体也难以保证获得高质量的纳米颗粒。因此，目前关于等离子体法制备纳米颗粒主要是应用于科学研究方面，低的产量是限制纳米颗粒在更广范围内应用的 主要瓶颈。面对等离子体法在纳米颗粒制备中的缺点，人们试图采用新的等离子体发生装置，解决纳米颗粒在射频电极和地电极之间聚集而限制连续性生产的问题。 

发明内容

本发明提供了一种共用电极的等离子体增强化学气相沉积装置及方法，采用同向性结构的射频电极和地电极作为电容进行耦合，在两电极之间产生等离子体制备纳米颗粒，该装置结构简单，可以持续稳定地生产，适合工业化生产的推广。 

一种共用电极的等离子体增强化学气相沉积装置及方法，包括于一内空外壳内部依次排设且中心重合的若干个侧板，分别作为首电极、若干个间电极和尾电极，所述相邻的首电极、间电极和尾电极之间设有腔体，腔体上设有进气口和出气口；所述首电极通过导线与外部的匹配箱和射频电源相连，作为射频电极；所述尾电极与大地相连，作为地电极。 

所述首电极、间电极和尾电极形状相同、大小不同、中心重合，均设于一内空的矩形外壳中。所述的首电极与尾电极之间的腔体为等离子反应体腔体。 

优选的，所述若干个间电极之间的间距为5-50毫米，以保证获得高密度的等离子体。 

优选的，所述首电极、间电极和尾电极均为对称性结构，例如为方形结构。这样既能保证等离子体的密度，也能保证等离子体的均匀性，不会因为等离子体的不均匀性使制备的纳米颗粒出现较大差别。 

优选的，所述进气口和出气口分别设在对应腔体的两端。 

优选的，所述首电极或尾电极的材料为铜或不锈钢。 

优选的，所述间电极的表面和首电极、尾电极的内表面均涂覆有绝缘层，以防止电极对制备的纳米颗粒的污染。所述绝缘层的材质为氮化硅、硼硅酸盐、二氧化硅、碳化硅或聚乙酸脂-氧化铝，优选采用氮化硅，因其溅射率相对较低，为最理想的绝缘材料。 

本发明的共用电极的等离子体增强化学气相沉积装置及方法，可用于制备不同的纳米颗粒，包括锗纳米颗粒、硅锗合金纳米颗粒。同时，通过改变反应气源，还能在纳米颗粒的制备过程中实现掺杂。例如，在合成锗纳米颗粒的过程中，通过在反应气体中加入硼烷或磷烷，实现在锗纳米颗粒中掺硼或掺磷。