具有旋转反应器管的等离子体增强型原子层沉积系统技术方案

本发明专利技术揭示具有旋转反应器管的等离子体增强型原子层沉积系统，以及用于使用PE‑ALD及旋转反应器管涂布粒子的系统及方法。该反应器管为反应器管组件的部分，该反应器管组件可旋转及轴向移动使得其相对于等离子体产生装置可操作地安置。该等离子体产生装置具有自前驱气体产生等离子体的活动状态及传送该前驱气体而不形成等离子体的非活动状态。该反应器管驻留在腔室中，该腔室具有用于接近该反应器管的开放位置及支撑真空的关闭位置。该等离子体产生装置的输出端紧邻该反应器管的输入区段或在该反应器管的输入区段内驻留。此构造避免对于该等离子体产生装置的邻近该反应器管的外表面驻留的活动部分的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及原子层沉积(ALD)，且详言之，涉及一种具有旋转反应器管的等离子体增强型ALD(PE-ALD)系统，该旋转反应器管用于在于粒子上执行PE-ALD时使用。本文中提到的任何公开案或专利文献之全部揭示内容被以引用的方式并入，包括：美国专利第6,613,383号、第6,713,177号、第6,913,827号、第7,132,697号、第8,133,531号、第8,163,336号、第8,202,575号及第8,637,156号，及美国核准前公开案第2007/298250号、第2011/0200822号、第2012/0009343号、第2013/0059073号及第2013/0193835号，及以下技术公开案：1)Longrie等人之“用于在粉末及小物件上的热及等离子体增强型原子层沉积之旋转反应器(Arotaryreactorforthermalandplasma-enhancedatomiclayerdepositiononpowdersandsmallobjects)”表面及涂层技术212(2012)，183至191；及2)McCormick等人之“用于在大量奈米粒子上原子层沉积之旋转反应器(Rotaryreactorforatomiclayerdepositiononlargequantitiesofnanoparticles)”真空科学与技术杂志，A25(1)，2007年1月/2月，第67至74页。
技术介绍
ALD为以非常受控制之方式在对象上沉积薄膜之方法。通过使用呈蒸气形式的两种或两种以上化学品(“前驱体”)及依序且按自我限制方式在对象之表面上使其反应来控制沉积过程。重复依序过程以逐层堆积薄膜，其中所述层在厚度上为原子规模。PE-ALD利用等离子体传递前驱体中之至少一者。这是因为某些反应需要电离前驱体。在无此电离之情况下，前驱体可能不足够有反应性以形成所要的材料。ALD可用以在粒子上形成薄层。粒子之直径常为0.01微米至100多微米。在粒子上执行ALD比在基板之2D表面上难，因为粒子涂层为三维且涂层需要覆盖粒子之全部表面。同样，当需要涂布大量粒子时，经涂布之全部区较大。因此，存在对于用于在粒子上执行ALD的改良之系统及方法之持续需求。
技术实现思路
揭示用于使用PE-ALD及旋转反应器管涂布粒子之系统及方法。旋转反应器管为反应器管组件的部分，该反应器管组件可旋转及轴向移动使得其相对于等离子体产生装置可操作地安置。该等离子体产生装置具有自前驱气体产生等离子体的活动状态及在不形成等离子体之情况下传送前驱气体的非活动状态。反应器管驻留在一腔室中，该腔室具有用于接近反应器管的开放位置及支撑真空的关闭位置。等离子体产生装置之输出端紧邻反应器管之输入区段或在反应器管之输入区段内驻留。此构造避免对于等离子体产生装置的邻近反应器管的外表面驻留的活动部分的需求。本专利技术之一方面为一种用于使用至少第一与第二前驱气体执行粒子的等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)的系统。该系统包括具有界定一腔室内部之顶部区段及底部区段的一腔室。该腔室构造成使得该顶部区段及该底部区段具有一开放位置以提供到该腔室内部的通路，及其中该腔室内部保持真空的一关闭位置。该系统亦包括相对于该腔室可操作地设置的一反应器管组件。该反应器管组件包括一反应器管，该反应器管驻留于该腔室内部内且具有一中心轴线、一外表面、一内部、一输入区段、含有所述粒子的一中心区段及包括在该外表面中的至少一个孔隙的一输出区段。该反应器管组件构造成用以绕该中心轴线旋转该反应器管。该系统亦包括一气体供应系统，该气体供应系统包括至少第一前驱气体及第二前驱气体。该系统亦包括在该腔室内部内且邻近该反应器管的所述输入区段或至少部分在该反应器管的所述输入区段内沿着反应器管的所述中心轴线设置的一等离子体产生装置。该等离子体产生装置具有活动及非活动操作状态，且可操作地连接至该气体供应系统，且构造成用以接收该第一前驱气体及该第二前驱气体中之至少一者。当在该活动状态中时，自其形成至少一个对应的等离子体，该等离子体经自其输出且经由该输入区段至该反应器管的所述内部中。该系统亦包括一真空系统，其在该关闭位置中在该腔室内部中形成该真空，藉此在反应器管的所述内部中形成该真空，反应器管使该等离子体流经该反应器管的所述内部且与其中的所述粒子反应。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该等离子体产生装置及该反应器管中之至少一者可沿着该中心轴线轴向移动，使得该等离子体产生装置可相对于该反应器管的所述输入区段可操作地定位。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该顶部区段与该底部区段由一铰链机械耦接。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该反应器管由石英或陶瓷制造。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该等离子体产生装置由一平移装置可操作地支撑，该平移装置构造成用以至少沿着该反应器管的所述中心轴线平移该等离子体产生装置。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该反应器管组件进一步包括：一驱动马达，其驻留于该腔室内部外；一支撑板，其在该输出区段处支撑该反应器管；和一驱动轴，其将该支撑板机械连接至该驱动马达。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该驱动马达可移动使得该反应器管可沿着该中心轴线平移。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该系统进一步包括至少一个加热装置，其经可操作地设置以将热量提供至该反应器管中含有的所述粒子。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该等离子体产生装置包括中空阳极等离子体源或中空阴极等离子体源。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，用于该等离子体源之驱动频率在200kHz与15MHz之间。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该等离子体产生装置包括一电子回旋共振(ECR)等离子体源。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该ECR等离子体源具有2.4GHz的驱动频率。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该等离子体产生装置具有一大致圆柱形形状，其具有在大约50mm与100mm之间的一轴向长度及在大约20mm至50mm之间的一直径。本专利技术之另一方面为以上描述的系统，该反应器管具有该输入区段及该输出区段，该输入区段及该输出区段具有一第一直径D1。该中心区段具有一第二直径D2。满足以下不等式。(1.25)·D1≤D2≤(3)·D1。本专利技术之一方面为一种用于涂布粒子之一等离子体增强型原子层沉积(PE-ALD)系统之反应器管组件。该反应器管组件包括一反应器管，该反应器管具有一中心轴线、近开放端及远开放端、由介电材料制造且具有界定一内部的一外表面的一主体、包括该近开放端的一输入区段、包括彼远开放端的一输出区段、在该输入区段与该输出区段之间且经设定大小以含有所述粒子的一中心区段，其中至少一个孔隙形成于该外表面中该输出区段处。该反应器管组件亦包括一支撑板，其可操作地附接至该反应器管的所述远开放端。该反应器管组件亦包括一驱动马达及一驱动轴。该驱动轴将该驱动马达机械连接至该支撑板，使得当该驱动马达可旋转地驱动该驱动轴时，该反应器管绕其中心轴线旋转。本专利技术之另一方面为以上描述的反应器管组件，该输入区段及该输出区段具有一第一直径D1。该中心区段具有一第二直径D2。满足以下不等式。(1.25)·D1≤D2≤(3)·D1。本专利技术之另一方面为以上描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用至少第一前驱气体及第二前驱气体执行粒子的等离子体增强原子层沉积(PE‑ALD)的系统，其包括：一腔室，其具有界定一腔室内部的顶部区段及底部区段，该腔室构造成使得该顶部区段及该底部区段具有提供到该腔室内部的通路的一开放位置及其中该腔室内部保持真空的一关闭位置；一反应器管组件，其相对于该腔室可操作地设置，该反应器管组件包括一反应器管，该反应器管驻留于该腔室内部内且具有一中心轴线、一外表面、一内部、一输入区段、含有所述粒子的一中心区段及包括在该外表面中的至少一个孔隙的一输出区段，该反应器管组件构造成用以绕该中心轴线旋转该反应器管；一气体供应系统，其包括至少第一前驱气体及第二前驱气体；一等离子体产生装置，其沿着反应器管的该中心轴线布置在该腔室内部内且邻近该反应器管的该输入区段或至少部分在该反应器管的该输入区段内，该等离子体产生装置具有活动及非活动操作状态，且可操作地连接至该气体供应系统，且构造成用以接收该第一前驱气体及该第二前驱气体中的至少一者，且当在该活动状态中时，自其形成至少一个对应的等离子体，该等离子体自其输出且经由该输入区段至该反应器管的该内部中；及一真空系统，其在该关闭位置中在该腔室内部中形成该真空，藉此在反应器管的该内部中形成该真空，该真空使该等离子体流经该反应器管的该内部且与其中的所述粒子反应。...

【技术特征摘要】
2015.08.31 US 62/212,0211.一种用于使用至少第一前驱气体及第二前驱气体执行粒子的等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)的系统，其包括：一腔室，其具有界定一腔室内部的顶部区段及底部区段，该腔室构造成使得该顶部区段及该底部区段具有提供到该腔室内部的通路的一开放位置及其中该腔室内部保持真空的一关闭位置；一反应器管组件，其相对于该腔室可操作地设置，该反应器管组件包括一反应器管，该反应器管驻留于该腔室内部内且具有一中心轴线、一外表面、一内部、一输入区段、含有所述粒子的一中心区段及包括在该外表面中的至少一个孔隙的一输出区段，该反应器管组件构造成用以绕该中心轴线旋转该反应器管；一气体供应系统，其包括至少第一前驱气体及第二前驱气体；一等离子体产生装置，其沿着反应器管的该中心轴线布置在该腔室内部内且邻近该反应器管的该输入区段或至少部分在该反应器管的该输入区段内，该等离子体产生装置具有活动及非活动操作状态，且可操作地连接至该气体供应系统，且构造成用以接收该第一前驱气体及该第二前驱气体中的至少一者，且当在该活动状态中时，自其形成至少一个对应的等离子体，该等离子体自其输出且经由该输入区段至该反应器管的该内部中；及一真空系统，其在该关闭位置中在该腔室内部中形成该真空，藉此在反应器管的该内部中形成该真空，该真空使该等离子体流经该反应器管的该内部且与其中的所述粒子反应。2.如权利要求1所述的系统，其中该等离子体产生装置及该反应器管中的至少一者能沿着该中心轴线轴向移动，使得该等离子体产生装置能相对于该反应器管的该输入区段可操作地定位。3.如权利要求1所述的系统，其中该顶部区段与该底部区段由一铰链机械耦接。4.如权利要求1所述的系统，其中该反应器管由石英或陶瓷制造。5.如权利要求2所述的系统，其中该等离子体产生装置由一平移装置可操作地支撑，该平移装置构造成用以至少沿着该反应器管的该中心轴线平移该等离子体产生装置。6.如权利要求1所述的系统，其中该反应器管组件还包括：一驱动马达，其驻留于该腔室内部外；一支撑板，其在该输出区段处支撑该反应器管，及；一驱动轴，其将该支撑板机械连接至该驱动马达。7.如权利要求6所述的系统，其中该驱动马达能移动使得该反应器管能沿着该中心轴线平移。8.如权利要求1所述的系统，还包括至少一个加热装置，该至少一个加热装置可操作地设置成将热量提供至该反应器管中含有的所述粒子。9.如权利要求1所述的系统，其中该等离子体产生装置包括一中空阳极等离子体源或一中空阴极等离子体源。10.如权利要求9所述的系统，其中用于该等离子体源的驱动频率在200kHz与15MHz之间。11.如权利要求1所述的系统，其中该等离子体产生装置包括一电子回旋共振(ECR)等离子体源。12.如权利要求11所述的系统，其中该ECR等离子体源具有2.4GHz的驱动频率。13.如权利要求1所述的系统，其中该等离子体产生装置具有大致圆柱形形状，其具有在大约50mm与100mm之间的一轴向长度及在大约20mm至50mm之间的一直径。14.如权利要求1所述的系统，其中该反应器管具有该输入区段及该输出区段，该输入区段及该输出区段具有一第一直径D1，该中心区段具有一第二直径D2，且其中(1.25)·D1≤D2≤(3)·D1。15.一种用于涂布粒子的一等离子体增强型原子层沉积(PE-ALD)系统的反应器管组件，其包括：一反应器管，其具有一中心轴线、近开放端及远开放端、由介电材料制造且具有界定一内部的一外表面的一主体、包括该近开放端的一输入区段、包括彼远开放端的一输出区段、在该输入区段与该输出区段之间且经设定大小以含有所述粒子的一中心区段，其中至少一个孔隙形成于该外表面中该输出区段处；一支撑板，其可操作地附接至该反应器管的该远开放端；一驱动马达；及一驱动轴，其将该驱动马达机械连接至该支撑板，使得当该驱动马达可旋转地驱动该驱动轴时，该反应器管绕其中心轴线旋转。16.如权利要求15所述的反应器管组件，其中该输入区段及该输出区段具有一第一直径D1，该中心区段具有一第二直径D2，且其中(1.25)·D1≤D2≤(3)·D1。17.如权利要求15所述的反应器管组件，还包括在该反应器管的该中心区段中的向内延伸叶片，其中所述叶片构造成用以在该反应器管的旋转期间搅拌所述粒子。18.如权利要求15所述的反应器管组件，其中该驱动马达能移动使得该反应器管能沿着其中心轴线平移。19.如权利要求15所述的反应器管组件，还包括：一等离子体产生装置，其邻近该反应器管的该输入区段或至少部分在该反应器管的该输入区段内可操作地设置，其中该等离子体产生装置具有活动及非活动操作状态，且其中该等离子体产生装置中无活动部分邻近该反应器管的该外表面驻留。20.如权利要求19所述的反应器管组件，其中该等离子体产生装置构造成用以接收一前驱气体，且i)当该等离子体产生装置在该活动状态中时，自其产生等离子体，且ii)当该等离子体产生装置在该非活动状态中时，在不形成等...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·W·扎菲罗波洛，A·M·霍利鲁克，
申请(专利权)人：超科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US