[发明专利]一种原子层沉积设备和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工设备领域，具体来说涉及一种原子层沉积设备。

背景技术

原子层沉积(Atomic layer deposition)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。具体来说，原子层沉积是通过将气相前驱体交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应而形成沉积膜的，当前驱体达到沉积基体表面，它们会在基体表面化学吸附并发生表面反应。在前驱体交替之间需要用惰性气体对原子层沉积反应器进行清洗。随着纳米技术以及半导体集成电路对器件小型化的要求，迫切需要具有高精度、纳米级厚度等性能的薄膜材料，原子层沉积技术对薄膜生长可精确控制，膜层厚度可达到原子层级，薄膜具有平滑、均匀、重复性好等特点，这使得原子层沉积技术在微电子科学、光学薄膜、纳米科技、催化工程等领域中越来越受到重视。

发明内容

为了更加方便、低成本的利用原子层沉积技术制备原子层薄膜材料，本发明提供了一种新型的原子层沉积设备，其使用控制简便有效，成本较低，能够制备较高质量的原子层薄膜材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种原子层沉积设备，包括：惰性气体储罐，调节阀，输气管，第一流量计，第二流量计，第一电控阀，第一反应物料罐，第二电控阀，第二反应物料罐，真空泵，反应腔体，其中：

所述惰性气体储罐通过输气管分别连接第一流量计的进气口和第二流量计的进气口，在惰性气体储罐的出气口处设置有调节阀，通过调控阀来控制惰性气体储罐的开启与关闭；第一流量计的出气口和第二流量计的出气口分别通过输气管与反应腔体的进气口相连，反应腔体的出气口与真空泵相连；

在第一流量计的出气口和反应腔体的进气口之间的输气管路上还设置有第一反应物料罐，且第一反应物料罐通过第一电控阀与输气管相联通，第一电控阀用于控制第一反应物料罐与输气管之间的导通与关闭；在第二流量计的出气口和反应腔体的进气口之间的输气管路上设置有第二反应物料罐，且第二反应物料罐通过第二电控阀与输气管相联通，第二电控阀用于控制第二反应物料罐与输气管之间的导通与关闭；

第一反应物料罐内设置有第一温控装置，第二反应物料罐内设置有第二温控装置，反应腔体内设置第三温控装置。

在上述技术方案中，所述第一反应物料罐和第二反应物料罐竖直放置。

在上述技术方案中，所述反应腔体设置有腔体门，用于放入反应基底材料，在反应腔体和腔体门之间设置有橡胶密封圈。

在上述技术方案中，所述第一流量计，第二流量计分别与输气管密封连接，例如采用VCR密封接头进行连接。

在上述技术方案中，所述反应腔体与输气管密封连接，例如采用VCR密封接头进行连接。

在上述技术方案中，在所述反应腔体上设置压力传感器，用于监控反应腔体内的压力。

本发明结构简单，使用方便，成本降低，在进行使用时，在反应腔体内放置反应基片(即反应基底材料)，整个系统用惰性气体作为载气(例如氮气、氦气或者氩气)，同时出口使用真空泵抽真空，使腔体内保持在一定压力，两个流量计控制载气的流量，两个反应物料罐内分别盛放反应前驱体，通过控制电控阀的开关，来控制相应反应物料罐与输气管的导通，前驱体产生的在反应物料罐上端的蒸汽被载气带入到腔体，进行反应。通过第一和第二温控装置控制两个反应物料罐的温度，以产生反应前驱体蒸汽；再通过第三温控装置控制反应腔体的温度，以达到前驱体反应所需温度。前驱体蒸汽的通入可采用周期型沉积的方式进行，通过控制通入的周期数来控制生长的薄膜的厚度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，其中：1为惰性气体储罐，2为调节阀，3为输气管，4为第一流量计，5为第二流量计，6为VCR密封接头，7为第一电控阀，8为第一反应物料罐，9为第一温控装置，10为第二电控阀，11为第二反应物料罐，12为第二温控装置，13为第三温控装置，14为腔体门，15为真空泵，16为反应腔体。

图2是利用本发明进行Ta₂O₅原子层薄膜沉积的样品的透射电子显微镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如附图1所示，一种原子层沉积设备，包括：惰性气体储罐，调节阀，输气管，第一流量计，第二流量计，第一电控阀，第一反应物料罐，第二电控阀，第二反应物料罐，真空泵，反应腔体，其中：