一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备制造技术

本发明专利技术属于镀膜设备制造领域，并公开了一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，该设备由两个直线运动装置和两个回转运动装置首尾相连，组成一个封闭的椭圆形，其中直线运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的直线振动电机、第一水冷却板、第一支撑板、第一加热片和料槽，料槽的一端为原子层沉积反应区域，并且该区域上方安装有前驱体喷头；回转运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的回转振动电机、第二水冷却板、第二支撑板、第二加热片和回转运动料槽。本发明专利技术能够实现颗粒以稳定的运动速度在料槽中循环运动，并通过控制微纳米颗粒经过原子层沉积反应区域的次数，实现对微纳米颗粒表面薄膜的厚度的控制。

A Rapid Cyclic Atomic Layer Deposition Equipment for Micro-nanoparticles

The invention belongs to the field of coating equipment manufacturing, and discloses a fast circulating atomic layer deposition device for micro and nano particles. The device consists of two linear motion devices and two rotary motion devices connected at the head and tail to form a closed ellipse, in which the linear motion device includes a linear vibration motor, a first water cooling plate and a first water cooling plate connected in turn from bottom to top along the vertical direction. A supporting plate, a first heating plate and a material trough, one end of the material trough is the deposition reaction area of the atomic layer, and a precursor sprinkler is installed above the area; the rotary motion device includes a rotary vibration motor, a second water cooling plate, a second supporting plate, a second heating plate and a rotary motion material trough connected from bottom to top in vertical direction. The invention can realize the particles circulating in the material trough at a stable speed, and realize the control of the thickness of the thin film on the surface of the micro-nanoparticles by controlling the number of times of the micro-nanoparticles passing through the atomic layer deposition reaction area.

【技术实现步骤摘要】
一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备
本专利技术属于镀膜设备制造领域，更具体地，涉及一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备。
技术介绍
原子层沉积技术是一种通过气相化学反应在基底表面生长薄膜的方法。在原子层沉积反应中，两种或多种前驱体反应物通过时间隔离或空间隔离的方式到达基底表面，与基底表面的化学基团反应生长薄膜。由于基底表面的化学基团数量有限，只有一种前驱体反应物到达基底表面时会产生饱和吸附，这种性质被称为原子层沉积反应的“自限制性”，因此在原子层沉积过程中薄膜能够以单分子层的形式生长。通过原子层沉积生长的薄膜具有厚度精确可控、均匀性和保形性好等优点。目前，原子层沉积技术已经广泛用于催化材料、含能材料和医学材料等领域。然而，现阶段用于微纳米颗粒的原子层沉积技术仍存在受真空条件限制、生产效率低、成本高等缺点，无法实现微纳米颗粒表面原子层沉积反应的快速进行，影响原子层沉积在微纳米材料中的进一步应用。针对于此技术问题，检索发现，公开号为CN107099784A的专利公开了一种采用空间隔离原子层沉积技术在平面基底上生长薄膜的喷头，虽然这种方法能够实现平面基底上薄膜的均匀生长，但是并不能在拥有更大比表面的微纳米颗粒表面生长连续完整的薄膜。公开号为CN108359960A的专利公开了采用振动电机和空间隔离喷头的相结合的方式在微纳米颗粒表面生长薄膜，这种方法缺点在于原子层沉积过程中颗粒输送料槽处于不断振动过程中，而空间隔离喷头处于静止状态，二者之间的相对距离处于不断变化中，薄膜在颗粒表面生长受到颗粒输送料槽振动的影响，并且该公开专利中通过增加喷头数量及料槽长度实现颗粒表面多层薄膜沉积的方式缺乏实际操作性，无法实现微纳米颗粒的循环连续沉积。
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用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，其中通过将直线运动装置和回转运动装置首尾相连组成密闭的椭圆形，并对其关键组件如料槽和前驱体喷头的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决微纳米颗粒表面薄膜连续完整生长的问题，因而尤其适用于微纳米颗粒的原子层沉积的应用场合。为实现上述目的，本专利技术提出了一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，其特征在于，该设备包括两个直线运动装置和两个回转运动装置，所述直线运动装置与所述回转运动装置首尾相连，组成一个封闭的椭圆形，其中：所述直线运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的直线振动电机、第一水冷却板、第一支撑板、第一加热片和料槽，其中所述直线振动电机用于提供周期性振动，所述第一水冷却板用于降低所述直线振动电机的温度，所述第一支撑板将所述第一水冷却板与第一加热片隔开，所述第一加热片固定安装在所述料槽背部，通过热传导的方式对该料槽进行加热，进而加热其中的微纳米颗粒，所述料槽的一端为原子层沉积反应区域，前驱体通过该端料槽侧壁上的前驱体通道沿水平方向进入该原子层沉积反应区域，所述原子层沉积反应区域上方安装有前驱体喷头，该前驱体喷头侧壁设有前驱体进口，其底部设有前驱体出口，用于将前驱体沿竖直方向引入所述原子层沉积反应区域，并且所述前驱体出口之间开有贯穿性的排气槽，该前驱体喷头上方固定有喷头抽气罩用于抽除反应过程中的副产物和残余前驱体；所述回转运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的回转振动电机、第二水冷却板、第二支撑板、第二加热片和回转运动料槽，其中所述回转振动电机用于提供周期性回转振动，所述第二水冷却板用于降低所述回转振动电机的温度，所述第二支撑板将所述第二水冷却板与第二加热片隔开，所述第二加热片固定安装在所述回转运动料槽背部，通过热传导的方式对该回转运动料槽进行加热，进而加热其中的微纳米颗粒，该微纳米颗粒沿所述回转运动料槽的方向前进从而进入所述直线运动装置的料槽中。作为进一步优选地，所述第一支撑板包括沿竖直方向从下到上依次连接的第一水平支撑板、第一竖直支撑板和第一加热片支撑板；所述第二支撑板包括沿竖直方向从下到上依次连接的第二水平支撑板、第二竖直支撑板和第二加热片支撑板。作为进一步优选地，所述料槽侧壁上的前驱体通道由圆柱形的进气部分和三棱柱形的出气部分组成，所述进气部分位于侧壁的外侧，所述出气部分位于侧壁的内侧，所述出气部分的高度与所述前驱体喷头到所述料槽底部的距离相同。作为进一步优选地，所述前驱体喷头的前驱体进口在两侧侧壁上对称布置，每对所述前驱体进口对应的前驱体出口为数个沿该前驱体进口方向等间距布置的矩形出气口。作为进一步优选地，所述料槽的原子层沉积反应区域包括至少五组前驱体通道，从而保证通入的不同种类的前驱体之间用惰性气体隔离，前驱体与大气环境之间用惰性气体隔离；所述前驱体通道和所述前驱体进口在竖直方向上一一对应设置，并且相对应的前驱体通道和前驱体进口中通入种类相同的前驱体或惰性隔离气体。作为进一步优选地，所述前驱体喷头与所述料槽底部的距离优选为0.7mm～1.5mm。作为进一步优选地，所述前驱体喷头的前驱体出口宽度和所述料槽的出气部分宽度均优选为8mm～15mm。作为进一步优选地，所述直线运动装置和所述回转运动装置上微纳米颗粒的运动速度大小相同，优选为0.5cm/s～10cm/s。作为进一步优选地，所述第一水冷却板和所述第二水冷却板中水流的速度优选为0.4m/s～1m/s。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.本专利技术通过将前驱体喷头与料槽固定连接的方式，保证了微纳米颗粒在运动过程中前驱体喷头与料槽之间的距离保持恒定，从而避免了料槽的振动影响前驱体在原子层沉积反应区域的分布，实现了前驱体在料槽振动过程中在微纳米颗粒表面的稳定传输；2.此外，本专利技术通过在料槽的侧壁上设置前驱体通道，将前驱体反应物沿水平方向引入原子层沉积反应区域，增大了该区域内前驱体反应物的浓度，并且通过设置出气部分的高度与前驱体喷头到料槽底部的距离相同，避免形成死角，保证前驱体反应物分布均匀，从而在该原子层沉积反应区域形成了均匀充满前驱体反应物的“半反应”区域，使微纳米颗粒经过两个不同前驱体构成的“半反应”区域后在其表面生长均匀一致的薄膜；3.同时，本专利技术通过将直线运动装置与回转运动装置首尾相连构成密闭的椭圆形料槽，当两者处于相同振动频率时能够实现颗粒以稳定的运动速度在料槽中循环运动，并通过控制微纳米颗粒经过原子层沉积反应区域的次数，实现对微纳米颗粒表面薄膜的厚度的控制。附图说明图1是按照本专利技术实施例所构建的用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备的立体示意图；图2是按照本专利技术实施例所构建的用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备的俯视图；图3是按照本专利技术实施例所构建的直线运动装置的爆炸视图；图4是按照本专利技术实施例所构建的直线运动装置的主视图；图5是按照本专利技术实施例所构建的直线运动装置的左视图；图6是按照本专利技术实施例所构建的直线运动装置中原子层沉积反应区域的局部放大图；图7是按照本专利技术实施例所构建的回转运动装置的爆炸视图；图8是按照本专利技术实施例所构建的回转运动装置的主视图；图9是按照本专利技术实施例所构建的第一水冷却板的剖视图；图10是按照本专利技术实施例所构建的第二水冷却板的剖视图；图11是按照本专利技术实施例所构建的前驱体喷头的俯视图；图12是按照本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，其特征在于，该设备包括两个直线运动装置和两个回转运动装置，所述直线运动装置与所述回转运动装置首尾相连，组成一个封闭的椭圆形，其中：所述直线运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的直线振动电机(1)、第一水冷却板(2)、第一支撑板、第一加热片(6)和料槽(7)，其中所述直线振动电机(1)用于提供周期性振动，所述第一水冷却板(2)用于降低所述直线振动电机(1)的温度，所述第一支撑板将所述第一水冷却板(2)与第一加热片(6)隔开，所述第一加热片(6)固定安装在所述料槽(7)背部，通过热传导的方式对该料槽(7)进行加热，进而加热其中的微纳米颗粒，所述料槽(7)的一端为原子层沉积反应区域，前驱体通过该端料槽(7)侧壁上的前驱体通道沿水平方向进入该原子层沉积反应区域，所述原子层沉积反应区域上方安装有前驱体喷头(8)，该前驱体喷头(8)侧壁设有前驱体进口，其底部设有前驱体出口，用于将前驱体沿竖直方向引入所述原子层沉积反应区域，并且所述前驱体出口之间开有贯穿性的排气槽，该前驱体喷头(8)上方固定有喷头抽气罩(10)用于抽除反应过程中的副产物和残余前驱体；所述回转运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的回转振动电机(11)、第二水冷却板(12)、第二支撑板、第二加热片(16)和回转运动料槽(17)，其中所述回转振动电机(11)用于提供周期性回转振动，所述第二水冷却板(12)用于降低所述回转振动电机(11)的温度，所述第二支撑板将所述第二水冷却板(12)与第二加热片(16)隔开，所述第二加热片(16)固定安装在所述回转运动料槽(17)背部，通过热传导的方式对该回转运动料槽(17)进行加热，进而加热其中的微纳米颗粒，该微纳米颗粒沿所述回转运动料槽(17)的方向前进从而进入所述直线运动装置的料槽(7)中。...

【技术特征摘要】
1.一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，其特征在于，该设备包括两个直线运动装置和两个回转运动装置，所述直线运动装置与所述回转运动装置首尾相连，组成一个封闭的椭圆形，其中：所述直线运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的直线振动电机(1)、第一水冷却板(2)、第一支撑板、第一加热片(6)和料槽(7)，其中所述直线振动电机(1)用于提供周期性振动，所述第一水冷却板(2)用于降低所述直线振动电机(1)的温度，所述第一支撑板将所述第一水冷却板(2)与第一加热片(6)隔开，所述第一加热片(6)固定安装在所述料槽(7)背部，通过热传导的方式对该料槽(7)进行加热，进而加热其中的微纳米颗粒，所述料槽(7)的一端为原子层沉积反应区域，前驱体通过该端料槽(7)侧壁上的前驱体通道沿水平方向进入该原子层沉积反应区域，所述原子层沉积反应区域上方安装有前驱体喷头(8)，该前驱体喷头(8)侧壁设有前驱体进口，其底部设有前驱体出口，用于将前驱体沿竖直方向引入所述原子层沉积反应区域，并且所述前驱体出口之间开有贯穿性的排气槽，该前驱体喷头(8)上方固定有喷头抽气罩(10)用于抽除反应过程中的副产物和残余前驱体；所述回转运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的回转振动电机(11)、第二水冷却板(12)、第二支撑板、第二加热片(16)和回转运动料槽(17)，其中所述回转振动电机(11)用于提供周期性回转振动，所述第二水冷却板(12)用于降低所述回转振动电机(11)的温度，所述第二支撑板将所述第二水冷却板(12)与第二加热片(16)隔开，所述第二加热片(16)固定安装在所述回转运动料槽(17)背部，通过热传导的方式对该回转运动料槽(17)进行加热，进而加热其中的微纳米颗粒，该微纳米颗粒沿所述回转运动料槽(17)的方向前进从而进入所述直线运动装置的料槽(7)中。2.如权利要求1所述的用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，其特征在于，所述第一支撑板包括沿竖直方向从下到上依次连接的第一水平支撑板(3)、第一竖直支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈蓉，曲锴，单斌，刘潇，李嘉伟，张晶，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42