[发明专利]基于CVD技术在异形件表面制备三维金属单质薄膜的设备及方法

说明书

本发明涉及一种基于CVD技术在异形件表面制备三维金属单质薄膜的设备及方法。该设备包括反应室腔体、喷液雾化系统、气体供给系统、真空系统、温控系统、数据采集系统以及计算机控制系统，其中反应室腔体分别与喷液雾化系统、真空系统、温控系统连通，气体供给系统分别与反应室腔体、喷液雾化系统连通，计算机控制系统与数据采集系统相连，数据采集系统与反应室腔体、喷液雾化系统、气体供给系统、真空系统、温控系统相连。液态前驱体随惰性气体输送至挥发罐顶部气化喷出，在载流气和还原保护气作用下进入反应室腔体内部并再次喷出，最终沉积在加热台上的异形件表面，得到三维金属单质薄膜。该方法具有沉积速率高、沉积范围广、绕镀性好等优点。

技术领域

本发明涉及薄膜材料及化学气相沉积技术领域，具体涉及一种基于CVD技术在异形件表面制备金属单质薄膜的设备及方法。

背景技术

金属薄膜材料的应用越来越广泛，在航空航天、微电子器件、超大规模集成电路甚至生命科学等领域都能发现其身影。尤其是微电子领域，随着电子元器件的结构越来越趋向于微型化、薄型化及轻质化发展，其尺寸也更趋向于微米级甚至纳米级，这就需要研发性能更好的金属薄膜材料。在这个过程中金属薄膜材料起着至关重要的作用，其不仅有利于元器件的进一步微型化，而且显示出比块体材料更优异的性能。

目前，金属薄膜材料的制备方法主要包括物理气相沉积法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)。PVD技术(如磁控溅射)由于成膜速度快等优点被广泛使用，但该技术最大的缺点在于绕镀性差，从而使其阶梯覆盖率较差，即覆盖复杂工件的能力较差，此外该技术还存在工艺重复性不好及加工成本高等不足。因此，PVD技术仅适用于形状规则的基材，并不适用于形状复杂的基材或粉体。CVD技术可以解决这一问题。与PVD技术相比，CVD技术则是使用一种或多种包含薄膜元素的化合物以气相的状态在基板表面上发生化学反应形成薄膜。因此，CVD技术具有良好的绕镀性和阶梯覆盖性，能在形状复杂的基材上形成均匀、高质量的纳米结构薄膜，并很容易实现沟槽和孔的金属化。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于CVD技术在异形件表面制备金属单质薄膜的设备，该设备包括反应室腔体25、喷液雾化系统24、气体供给系统、真空系统、温控系统、数据采集系统以及计算机控制系统。所述反应室腔体25分别与喷液雾化系统24、真空系统、温控系统相连通；所述气体供给系统分别与反应室腔体25、喷液雾化系统24相连通；所述计算机控制系统与数据采集系统相连，所述数据采集系统与反应室腔体25、喷液雾化系统24、气体供给系统、真空系统、温控系统相连，用于监测各个子系统的运行状态并汇总给计算机控制系统。

进一步的，所述反应室腔体25包括位于腔体外部的载流管7以及位于腔体内部的喷管8、喷嘴9、加热台10，所述加热台10上布置有基板11，喷管8的喷嘴9正对基板11。

进一步的，所述喷液雾化系统24包括液态前驱体原料罐1、抽液开关2、喷雾器3、蒸发器5、挥发罐6，其中液态前驱体原料罐1通过管道依次与抽液开关2、喷雾器3、挥发罐6连通，所述喷雾器3的喷嘴位于挥发罐6顶部，所述蒸发器5位于挥发罐6内部；抽液开关2打开后，液态前驱体原料罐中的液体被抽送至喷雾器3喷出，喷雾4在下落过程中被蒸发器5加热，气化后的前驱体随载流气进入反应室腔体25内喷出，在基板11上沉积形成三维金属单质薄膜。

进一步的，所述气体供给系统包括惰性气瓶16(He气)、载流气瓶17(Ar气)、还原保护气瓶18(H₂或O₂气)。所述惰性气瓶16通过管道与喷液雾化系统24的液态前驱体原料罐1连通，用于防止液态前驱体氧化变质并将其压入管道；所述载流气瓶17通过管道与喷液雾化系统24的挥发罐6连通，用于携带前驱体(驱动物料)一同进入反应室腔体25；所述还原保护气瓶18通过管道与反应室腔体25外部的载流管7连通，用于防止金属单质薄膜在沉积过程中发生氧化，保护CVD顺利进行。