一种基于纳米材料自组装的晶圆级自动化成膜设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米材料自组装的晶圆级自动化成膜设备及方法，属于纳米薄膜制备领域，设备包括：支撑壳体，其底部设置有调平底座，其顶部上表面设置有适配自组装容器的半沉凹槽；在所述自组装容器的内部放置有基片支架，在所述自组装容器的底部开设排水口并固定有排水止流开关，所述排水止流开关穿过所述支撑壳体顶部上表面伸入所述支撑壳体内部；在所述排水止流开关下方放置有废液容器；在所述支撑壳体的顶部固定放置有自动注射器，针尖接触所述自组装容器内壁。本发明专利技术能够降低人工误差，解决传统自组装工艺薄膜质量较差问题，提升自组装工艺的稳定性并拓展适用范围，能够基于大尺寸基片形成高质量纳米薄膜。于大尺寸基片形成高质量纳米薄膜。于大尺寸基片形成高质量纳米薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米材料自组装的晶圆级自动化成膜设备及方法


[0001]本专利技术属于纳米薄膜制备领域，更具体地，涉及一种基于纳米材料自组装的晶圆级自动化成膜设备及方法。

技术介绍

[0002]高性能的纳米材料在催化、生化传感、光电探测等领域应用十分广泛。纳米材料主要通过水热法、溶胶凝胶法等制备形成粉体，再结合浆料技术，通过滴涂、丝网印刷、旋涂等方式转移至器件表面，形成纳米薄膜。然而由于转移过程的浆料技术不成熟、环境影响较大、与器件不兼容、一致性较差等因素，纳米材料晶圆级均匀成膜效果不佳，工业化应用仍面临巨大挑战。
[0003]近年来，针对高性能纳米材料发展出的自组装成膜技术展现出巨大的应用潜力，形成的薄膜稳定而有序，实现了纳米材料在玻璃、硅基或其它器件表面的均匀分布。
[0004]但是目前自组装技术主要应用于各研究院所的科研工作中，通过捞取等方式将薄膜转移至器件基底，且现有的这种方式主要应用于小尺寸的基底，当需要将薄膜转移至4寸、6寸、8寸甚至12寸的晶圆并与工业制造兼容时，致密度不够，容易使薄膜出现开裂等问题。同时，由于人工进行纳米材料的自组装过程溶液注射速度不均匀、注射角度易变化、不同环境下的液面与晶圆的平行度不一致、晶圆与液面接触角度难以维持等因素，极易出现不同批次薄膜的一致性和稳定性较差等问题，无法实现纳米薄膜的批量化、标准化制备。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于纳米材料自组装的晶圆级自动化成膜设备及方法，其目的在于降低人工误差，解决传统自组装工艺薄膜一致性和稳定性较差问题，并能够基于大尺寸基片形成高质量纳米薄膜。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于纳米材料自组装的晶圆级自动化成膜设备，包括：
[0007]支撑壳体，其底部设置有调平底座，其顶部上表面设置有适配自组装容器的半沉凹槽；在所述自组装容器的内部放置有基片支架，在所述自组装容器的底部开设排水口并固定有排水止流开关，所述排水止流开关穿过所述支撑壳体顶部上表面伸入所述支撑壳体内部；在所述排水止流开关下方放置有废液容器；在所述支撑壳体的顶部固定放置有自动注射器，针尖接触所述自组装容器内壁。
[0008]进一步地，所述基片支架设置在所述排水口的正上方，且所述基片支架为空心腔体，侧壁均匀设置有可进水的孔。
[0009]进一步地，所述基片支架为空心圆柱体。。
[0010]进一步地，所述调平底座为螺栓螺母或连杆。
[0011]进一步地，所述半沉凹槽为1寸～12寸。
[0012]按照本专利技术的另一方面，提供了一种采用第一方面任一项所述的设备进行纳米材
料自组装的方法，包括：
[0013]S1、利用所述调平底座进行所述设备调平；
[0014]S2、将基片清洗和亲水处理后放置在所述基片支架上；
[0015]S3、将去离子水注入所述自组装容器并覆盖所述基片表面；
[0016]S4、将自组装溶液装入所述自动注射器，并设置所述自动注射器的注射速率，进行纳米颗粒自组装；
[0017]S5、当自组装溶液铺满去离子水液面表面，打开所述排水止流开关，使去离子水通过所述排水口流经所述排水止流开关至所述废液容器；
[0018]S6、当自组装溶液下降至所述基片上表面以下，在所述基片上形成纳米薄膜，关闭所述排水止流开关；
[0019]S7、将覆盖有纳米薄膜的基片取出并烘干，得到所述纳米薄膜。
[0020]进一步地，所述S3中，所述去离子水的液面与所述基片的上表面距离5～50mm。
[0021]进一步地，所述S4中，所述自动注射器的注射速率为0～5ml/min。
[0022]进一步地，所述S4中，针头与自组装液面的高度为0～10cm。
[0023]进一步地，所述S5中，所述排水止流开关的排水速率为0～10ml/min。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0025](1)本专利技术的基于纳米材料自组装的晶圆级自动化成膜设备，在使用的过程中，通过调平底座使整个装置处于水平状态，以保证在自组装过程中放置在基片支架上的基片与去离子水液面平行，去离子水将基片上表面覆盖，通过自动注射器将自组装溶液入射入自组装容器，自组装溶液随着注射器的推进而接触去离子水液面，在其表面进行自发地扩散和排列，形成均匀致密的纳米薄膜，当自组装溶液铺满整个去离子水液面表面，打开排水止流开关，使得去离子水从自组装容器底部流经排水止流开关，进入废液容器，去离子水排出时自组装液面会随之下降，本专利技术的这种自组装方式，基片与去离子水的液面是平行的，并且是通过去离子水液面自然下降使薄膜沉积在基片，当去离子水液面完全下降至基片下方时，基片取出烘干，在干燥的环境中取出薄膜；相比现有技术中基片和去离子水液面有一定的倾斜角或者基片和去离子水液面垂直，便于将基片从水中捞取以获取薄膜的方式，本专利技术的这种成膜方式制备得到的薄膜的一致性和稳定性更好，薄膜的致密性也较好，并且这种成膜方法也可以适配不同尺寸的自组装容器，能够在不同尺寸的大面积基片上获得高质量纳米薄膜。
[0026](2)作为优选，基片支架设置在排水口的正上方，基片支架的侧壁均匀设置有可进水的孔，使去离子水直接从基片支架流入正下方的排水口，进一步地，基片支架的形状为空心圆柱形，废液与基片支架四周完全均匀接触，无论排水快慢，废液都可以完全均匀、稳定地流入废液容器，最大程度保证了自组装进液和排液过程的水流稳定，避免沉积薄膜的液面上方不同区域水流不一致导致薄膜沉积不均匀的问题。
[0027](3)本专利技术的装置在实现纳米材料自组装的过程中，操作较为简单，可以实现晶圆液面多角度自组装、自组装溶液的高稳定匀速/变速注射、废液匀速/变速排出，可以实现纳米材料自组装过程的自动化，替代传统人工操作，避免引入人为误差，达到更均匀、更稳定的成膜效果。
附图说明
[0028]图1为本专利技术提供的晶圆级自动化成膜设备示意图。
[0029]图2为本专利技术提供的晶圆级自动化成膜设备中基片与去离子水液面距离示意图。
[0030]图3为本专利技术提供的晶圆级自动化成膜设备中自动注射器针头与自组装容器侧壁角度示意图。
[0031]图4为本专利技术提供的晶圆级自动化成膜设备中自动注射器针头与自组装液面距离示意图。
[0032]图5为本专利技术提供的晶圆级自动化成膜设备使用流程图。
[0033]图6为本专利技术实施例1提供的液面下降后纳米薄膜转移至晶圆实物图。
[0034]图7为本专利技术实施例2提供的液面下降后纳米薄膜转移至晶圆实物图。
[0035]图8为本专利技术对比例1提供的液面下降后纳米薄膜转移至晶圆实物图。
[0036]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
[0037]1‑
调平底座，2
‑
支撑壳体，3
‑
自组装容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米材料自组装的晶圆级自动化成膜设备，其特征在于，包括：支撑壳体，其底部设置有调平底座，其顶部上表面设置有适配自组装容器的半沉凹槽；在所述自组装容器的内部放置有基片支架，在所述自组装容器的底部开设排水口并固定有排水止流开关，所述排水止流开关穿过所述支撑壳体顶部上表面伸入所述支撑壳体内部；在所述排水止流开关下方放置有废液容器；在所述支撑壳体的顶部固定放置有自动注射器，针尖接触所述自组装容器内壁。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基片支架设置在所述排水口的正上方，且所述基片支架为空心腔体，侧壁均匀设置有可进水的孔。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述基片支架为空心圆柱体。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述调平底座为螺栓螺母或连杆。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述半沉凹槽为1寸～12寸。6.一种采用权利要求1
‑
5任一项所述的设备进行纳米材料自组装的方法，其特征在于，包括：S1、利用所述调平底座进行所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：段国韬，张征，张彦林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：