[发明专利]一种用于大批量微纳米颗粒包裹的原子层沉积装置

说明书

本发明属于原子层沉积制备仪器相关领域，并公开了一种用于大批量微纳米颗粒包裹的原子层沉积装置，该装置包括颗粒容器和反应腔体，其中反应腔体的下端设置有进源口，进源口中密封设置有用于输入前驱体和载气的进气管；反应腔体的上端开设有腔门，颗粒容器可以自由放置于反应腔体中，或从中取出；颗粒容器下端设有进气孔，进气管通过进气孔进入颗粒容器的内腔。通过本发明，能够有效将气流内循环与外循环的方法相结合，显著增大颗粒间的碰撞及与气体分子的接触概率，提升反应速率和前驱体利用率，实现大批量微纳米颗粒的高质高效包覆。

技术领域

本发明属于原子层沉积制备仪器相关领域，更具体地，涉及一种用于大批量微纳米颗粒包裹的原子层沉积装置。

背景技术

微纳米尺寸的颗粒材料，由于相对普通材料而言比表面积相对更大，因此其拥有不同于一般宏观尺度上颗粒的物理化学特性，并被广泛应用于燃料、涂层、电子、催化剂等多个领域。但微纳米颗粒存在易团聚和氧化等缺点，因此，考虑在颗粒表面包覆保护膜，以克服上述缺陷。目前针对颗粒的包覆方法一般包括有固相法、液相法和气相法，其中原子层沉积作为一种特殊的化学气相沉积方法，与其他沉积技术相比，具有优良的均匀性和可控性。

然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍然具备以下的缺陷或不足：首先，目前原子性沉积技术通常仅应用于平面基板的包裹上，而对颗粒尤其是微纳米颗粒的包裹运用研究不足；其次，更重要的是，实践中发现微纳米颗粒的比表面积很大且很容易发生团聚现象，利用常规的普通原子层沉积设备或方法不仅难于实现对微纳米颗粒的均匀完整包裹，而且沉积过程中必需消耗大量的前驱体，难于实现工业化大批量制备，同时存在操控不便、难于精确地获得所需的指标等问题。相应地，本领域亟需对此作出进一步的研究和改进，以便更好地符合现代化微纳米颗粒包裹的大批量高质量原子层沉积需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于大批量微纳米颗粒包裹的原子层沉积装置，其中通过对该装置的整个构造布局重新进行设计，并对多个关键组件如颗粒容器、反应腔体的具体结构和相互设置方式以及整个工艺反应路线的关键参数设计等多个方面进行改进，相应能够充分利用气流内循环和外循环相结合的机理来显著促进沉积质量，同时实现了快速升温、提高反应效率，并具备批处理量大、前驱体利用率更高、包裹更为均匀完整等优点，因而尤其适用于工业化大批量实现微纳米颗粒包裹的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于大批量微纳米颗粒包裹的原子层沉积装置，其特征在于，该装置包括呈圆筒立式结构的反应腔体、以及同轴套设在该反应腔体内部的颗粒容器，其中：

所述反应腔体包括设置在其下端的进源口、设置在其上端的腔门和法兰接口，设置在其侧部的引入电极以及设置在其内腔的加热带，其中该进源口中密封安装有用于输入前驱体或载气的进气管，该法兰接口与真空泵相连用于为反应腔体的内腔创造所需的真空环境；该腔门与反应腔体的上端之间实现互接，并配备有预紧单元用于在关闭所述腔门的时候执行预紧；该引入电极用于接通外部电源为所述加热带供电，由此使得该加热带对反应腔体的内腔执行加热；此外，所述反应腔体还配备有用于监测内腔真空环境的实时气压值的真空计、以及用于监测内腔实时温度值的第一热电偶和用于监测所述加热带实时温度值的第二热电偶；