一种常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备制造技术

本发明专利技术属于微纳制造相关设备领域，并公开了一种常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备，它包括喷头模块及对应配备的液压传动模块，其中该喷头模块用于对基底进行原子层沉积，具有空间隔离的作用，并且四周的气浮区可以帮助喷头在经过曲面时改变方向达到曲面沉积的作用；该液压传动模块通过转阀来实时获取喷头转动角度的信息，并通过改变进出油口的相对连接位置而使得喷头总体上升或者下降或者保持不动。通过本发明专利技术，能够可获得一种开放式、具有自调整功能的原子层沉积薄膜制备设备，其不仅可在常温常压下即可执行各类曲面沉积操作，而且喷头能够根据曲面曲率的不同而快速改变角度及升降运动，进而与现有设备相比可显著提高作业效率和适用性。

An atomic layer deposition film preparation equipment for surface substrates under atmospheric pressure

The invention belongs to the field of micro-nano manufacturing related equipment, and discloses an atomic layer deposition film preparation equipment for curved surface basement under atmospheric pressure, which comprises a sprinkler module and a corresponding hydraulic transmission module, wherein the sprinkler module is used for atomic layer deposition on the basement, has the function of space isolation, and the surrounding air floatation. The area can help the sprinkler to change its direction to achieve surface deposition when it passes through the surface; the hydraulic transmission module obtains real-time information of the sprinkler rotation angle through the rotary valve, and makes the sprinkler rise or fall or remain motionless by changing the relative connection position between the inlet and outlet. Through the invention, an open and self-adjusting device for preparing atomic layer deposition film can be obtained, which not only can perform various surface deposition operations at room temperature and pressure, but also can rapidly change the angle and ascending and descending motion of the sprinkler according to the curvature of the surface, thus being obvious compared with the existing equipment. To improve operational efficiency and applicability.

【技术实现步骤摘要】
一种常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备
本专利技术属于微纳制造相关设备领域，更具体地，涉及一种常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备。
技术介绍
随着半导体技术的不断发展，在太阳能电池板、柔性电子等多个领域，对材料表面的封装要求也不断提高。ALD，即原子层沉积技术，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。此原子层沉积工艺虽然与普通的化学沉积有相似之处，但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。ALD的应用广泛，且可获得优良的薄膜沉积质量，因此日益引起关注。然而，进一步的研究表明，该技术工艺目前面临的主要技术难题在于：首先，整个沉积效率低下，往往需要花费相当的时间，难以实现工业化；其次，沉积过程的工艺要求非常高，不仅需要高成本的真空腔室等附属元件，而且对于具备复杂曲面特征的基底往往无法高精度调整喷头的作业参数，这同样很大程度上影响了ALD的适用性。相应地，本领域亟需做出做出进一步的研究和改进，以便更好地满足现代化原子层薄膜沉积的高效率及高精度需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备，其中通过对其整个构造布局重新进行设计，特别是对多个关键组件如喷头模块、液压传动模块等的具体结构及工作机理等方面进行设计改进，相应能够可获得一种开放式、具有自调整功能的原子层沉积薄膜制备设备，其不仅可在避免采用真空腔室，在常温常压下即可执行各类沉积操作，而且喷头能够根据曲面曲率的不同而快速改变角度及升降运动，进而与现有设备相比可显著提高作业效率、降低成本及改善适用性，同时进一步提高了最终的原子层沉积质量。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备，该设备包括喷头模块及对应配备的液压传动模块，其特征在于：所述喷头模块被设定为仅执行竖直方向的升降运动及环绕自身的旋转运动，并且它朝向待沉积薄膜基底的喷头表面区域具备气浮调整区、惰性气体隔离通道、第一前驱体通道、第二前驱体通道、惰性气体清洗通道和排气通道，其中该气浮调整区围绕于整个喷头表面区域的最外缘而设置，并经由多个节流小孔相对于曲面基底来喷射形成具备一定厚度的气膜层；该惰性气体隔离通道相对于所述气浮调整区布置于所述喷头表面区域的相对内侧，并用于通入惰性气体以便隔绝外界环境，由此形成一个相对封闭的沉积反应空间；该第一前驱体通道通有第一种前驱体，它用于在曲面基底的一个运动行程中，使得该第一种前驱体首先接触到基底表面并与其发生第一个半反应；该第二前驱体通道通有不同于第一种前驱体的第二种前驱体，并随着基底在本行程的继续向前运动，使得该第二种前驱体接触到基底表面，并与其发生第二个半反应由此生产一层原子级别的薄膜；该惰性气体清洗通道布置于所述第一前驱体通道与所述第二前驱体通道之间，并用于将两种前驱体进行隔离，同时将完成各个半反应后的反应产物及剩余反应物从喷头表面区域执行清洗，然后通过所述排气通道带到外界环境中；所述液压传动模块包括转阀、液压泵、推杆和油箱，其中该转阀具备转阀阀体和安装其中的转阀阀芯，同时借助于所述液压泵向其内部持续泵入液压油，所述转阀阀体被设定为与所述推杆固连在一起且不随着所述喷头模块的转动而转动，所述转阀阀芯则被设定为与所述喷头模块的喷头转角始终保持一致，由此当喷头发生转动时会带动此转阀阀芯也转动一定角度，相应促使液压油推入所述推杆自身所具备的腔体的上部或者下部；该推杆则在其腔体上部或者下部的液压油量发生变化后，相应带动与之相连的所述喷头模块沿着竖直方向执行向上或者向下的运动调整，由此确保所述喷头与曲面基底的表面保持恒定水平；此外，该油箱通过多个回路与所述转阀阀芯保持连通，并用于回收液压油。作为进一步优选地，对于所述喷头模块而言，其优选呈模块化结构且可执行所需方向上的自由扩展，并且各个模块化结构各自对应配套有独立的所述转阀、液压泵和推杆这些组件。作为进一步优选地，对于所述液压传动模块而言，其优选还包括安装在所述油箱的一个调速回路中的电液比例流量阀。作为进一步优选地，对于上述原子层沉积薄膜制备设备中所有可执行运动的组件而言，它们优选被设计有闭环的自反馈功能。作为进一步优选地，所述气膜层的厚度优选被设定为微米量级，更优选为100μm。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1、通过对其整个构造布局重新进行设计，同时对多个关键组件如喷头模块、液压传动模块等的具体结构及设置方式等多个方面进行设计改进，不仅可以实现对曲面表面没有损伤的基础上，自动根据表面的曲率变化而对喷头进行调整，而且整个调整过程不会因为曲面基底的变化而导致运动产生不平稳性，同时确保微米量级的间隙带的恒定维持；2、本专利技术不仅可以在大型平整的表面上镀膜，也可以在具备复杂曲率变化特征的曲面基底上镀膜，大大扩展了传统空间原子层沉积技术的应用范围；此外，还能够有效省去传统ALD设备的真空，大大降低了成本，并且节省了清洗等的时间，大大提高了效率，使原子层沉积可以迈向工业化高效率镀膜；3、本专利技术可以在横向纵向进行单元模块的扩展，以满足不同领域如航空航天、手机电子制造等领域的不同需求；此外，还可以根据需要具有一定的闭环自反馈功能，将省去大量的电子传感器等元器件设备，也省去大量计算步骤而还能达到较高的精度要求。附图说明图1是按照本专利技术所构建的常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备的整体构造示意图；图2是用于更为具体地显示图1中所示喷头模块的组成结构示意图；图3是用于更为具体地显示图1中所示液压传动模块的组成结构示意图；图4是用于解释说明按照本专利技术对喷头进行多方式支撑的原理示意图，其中通过保持恒定压力的节流小孔来支撑喷头的一部分重力，同时通过液压传动模块来支撑喷头的大部分重力；图5是用于示范性说明按照本专利技术的曲面沉积速度计算及处理的原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术所构建的常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备的整体构造示意图，图2和图3则分别更为具体地显示图1中所示喷头模块、液压传动模块的组成结构示意图。如图1-图3所示，该原子层沉积薄膜制备设备主要备包括喷头模块及对应配备的液压传动模块，下面将对其逐一进行具体解释说明。同时参看图2，所述喷头模块1被设定为仅执行竖直方向的升降运动及环绕自身的旋转运动，并且它朝向待沉积薄膜基底的喷头表面区域具备气浮调整区101、惰性气体隔离通道102、第一前驱体通道104、第二前驱体通道105、惰性气体清洗通道106和排气通道103，其中该气浮调整区101围绕于整个喷头表面区域的最外缘而设置，并经由多个节流小孔相对于曲面基底来喷射形成具备一定厚度的气膜层；该惰性气体隔离通道102相对于所述气浮调整区布置于所述喷头表面区域的相对内侧，并用于通入惰性气体以便隔绝外界环境，由此形成一个相对封闭的沉积反应空间；该第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备，该设备包括喷头模块及对应配备的液压传动模块，其特征在于：所述喷头模块被设定为仅执行竖直方向的升降运动及环绕自身的旋转运动，并且它朝向待沉积薄膜基底的喷头表面区域具备气浮调整区(101)、惰性气体隔离通道(102)、第一前驱体通道(104)、第二前驱体通道(105)、惰性气体清洗通道(106)和排气通道(103)，其中该气浮调整区(101)围绕于整个喷头表面区域的最外缘而设置，并经由多个节流小孔相对于曲面基底来喷射形成具备一定厚度的气膜层；该惰性气体隔离通道(102)相对于所述气浮调整区布置于所述喷头表面区域的相对内侧，并用于通入惰性气体以便隔绝外界环境，由此形成一个相对封闭的沉积反应空间；该第一前驱体通道(104)通有第一种前驱体，它用于在曲面基底的一个运动行程中，使得该第一种前驱体首先接触到基底表面并与其发生第一个半反应；该第二前驱体通道(105)通有不同于第一种前驱体的第二种前驱体，并随着基底在本行程的继续向前运动，使得该第二种前驱体接触到基底表面，并与其发生第二个半反应由此生产一层原子级别的薄膜；该惰性气体清洗通道(106)布置于所述第一前驱体通道(104)与所述第二前驱体通道(105)之间，并用于将两种前驱体进行隔离，同时将完成各个半反应后的反应产物及剩余反应物从喷头表面区域执行清洗，然后通过所述排气通道(103)带到外界环境中；所述液压传动模块包括转阀、液压泵(301)、推杆(303)和油箱(302)，其中该转阀具备转阀阀体(305)和安装其中的转阀阀芯(306)，同时借助于所述液压泵向其内部持续泵入液压油，所述转阀阀体(305)被设定为与所述推杆(303)固连在一起且不随着所述喷头模块的转动而转动，所述转阀阀芯(306)则被设定为与所述喷头模块的喷头转角始终保持一致，由此当喷头发生转动时会带动此转阀阀芯也转动一定角度，相应促使液压油推入所述推杆(303)自身所具备的腔体的上部或者下部；该推杆(303)则在其腔体上部或者下部的液压油量发生变化后，相应带动与之相连的所述喷头模块沿着竖直方向执行向上或者向下的运动调整，由此确保所述喷头与曲面基底的表面保持恒定水平；此外，该油箱通过多个回路与所述转阀阀芯保持连通，并用于回收液压油。...

【技术特征摘要】
1.一种常压下曲面基底的原子层沉积薄膜制备设备，该设备包括喷头模块及对应配备的液压传动模块，其特征在于：所述喷头模块被设定为仅执行竖直方向的升降运动及环绕自身的旋转运动，并且它朝向待沉积薄膜基底的喷头表面区域具备气浮调整区(101)、惰性气体隔离通道(102)、第一前驱体通道(104)、第二前驱体通道(105)、惰性气体清洗通道(106)和排气通道(103)，其中该气浮调整区(101)围绕于整个喷头表面区域的最外缘而设置，并经由多个节流小孔相对于曲面基底来喷射形成具备一定厚度的气膜层；该惰性气体隔离通道(102)相对于所述气浮调整区布置于所述喷头表面区域的相对内侧，并用于通入惰性气体以便隔绝外界环境，由此形成一个相对封闭的沉积反应空间；该第一前驱体通道(104)通有第一种前驱体，它用于在曲面基底的一个运动行程中，使得该第一种前驱体首先接触到基底表面并与其发生第一个半反应；该第二前驱体通道(105)通有不同于第一种前驱体的第二种前驱体，并随着基底在本行程的继续向前运动，使得该第二种前驱体接触到基底表面，并与其发生第二个半反应由此生产一层原子级别的薄膜；该惰性气体清洗通道(106)布置于所述第一前驱体通道(104)与所述第二前驱体通道(105)之间，并用于将两种前驱体进行隔离，同时将完成各个半反应后的反应产物及剩余反应物从喷头表面区域执行清洗，然后通过所述排气通道(103)带到外界环境中；所述液压传动模块包括转阀、液压泵(301)、推杆(303)和油箱(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈蓉，黄奕利，单斌，李云，曹坤，但威，王晓雷，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42