專利名稱：一種在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于真空鍍膜技術領域，涉及一種在管道內(nèi)壁鍍制各類薄膜的方法，可在不同的材料表面鍍制金屬、氧化物、氮化物、硫化物、氟化物等各類薄膜材料。
背景技術：
薄膜技術經(jīng)過100余年的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)相對完善和成熟，已發(fā)展為包括物理氣相沉積、化學氣相沉積和其它濕法薄膜制備技術三大類別的技術體系。但是，隨著技術需求的發(fā)展，傳統(tǒng)的薄膜技術仍然不能滿足一些特殊的需求。例如，現(xiàn)有的各種真空鍍膜技術，一般只能在平面或形狀不太復雜的曲面上鍍制薄膜，均無法實現(xiàn)在管道內(nèi)壁鍍膜，特別是在細長的管道內(nèi)壁鍍制薄膜，傳統(tǒng)的各種薄膜制備技術，均無法實現(xiàn)這一要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，以解決現(xiàn)有真空鍍膜技術無法實現(xiàn)這一要求的技術問題。本發(fā)明在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，包括以下工藝步驟
(1)將需鍍膜的細長管道置于與管道相適配的反應室內(nèi)，將反應室抽真空。真空度范圍為 IX IO-2Pa^l X IO^3Pa0(2)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第一種氣相前驅(qū)體A，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學吸附形成一個單吸附層。前驅(qū)體A依據(jù)所鍍材料選取，前驅(qū)體種類很多，常用的有AlMe3、TiCl4^Cu (acac) 2、 &(14、!1 14、？丨(肌肌)2、1&、1^15等等。所有前驅(qū)體均為氣態(tài)，如在室溫下為非氣態(tài)，用加熱裝置將前驅(qū)體積加熱為氣態(tài)。氣相前驅(qū)體A的流量和脈沖持續(xù)時間由具體的前驅(qū)體決定，一般流量范圍控制在 l(T50sccm，脈沖持續(xù)時間為2 10s。(3)向反應室內(nèi)通入惰性氣體，將未吸附的多余前驅(qū)體A排除。惰性氣體一般選用氬氣，其流量2(T50sCCm，持續(xù)時間5 30s。(4)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第二種氣相前驅(qū)體B，與氣相前驅(qū)體A反應，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個單原子層。氣相前驅(qū)體B依據(jù)所鍍材料選取，氣相前驅(qū)體的流量和持續(xù)時間由具體的前驅(qū)體決定。針對同一種所鍍材料，可能會有不同的前驅(qū)體組合。常用的有氣態(tài)h2O、H2、NH3、O2、 N2、H2S等。氣相前驅(qū)體B的流量一般控制在l(T50SCCm，脈沖持續(xù)時間為2 10s。(5)向反應室內(nèi)通入惰性氣體，將未吸附的多余前驅(qū)體B排除。惰性氣體一般選用氬氣，其流量控制在2(T50sCCm，持續(xù)時間5 30s。(6)重復上述步驟(2) (5)，每重復一次，生成一個單原子層，每層厚度大約在 0.03、. 15nm。依據(jù)不同鍍制的材料和所需的厚度，可以確定反應重復次數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明實現(xiàn)了在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜，解決了現(xiàn)有的各種真空鍍膜技術，一般只能在平面或形狀不太復雜的曲面上鍍制薄膜，均無法實現(xiàn)在管道內(nèi)壁鍍膜的技術問題。2、本發(fā)明可以在各種復雜的表面鍍制薄膜，而且薄膜的厚度具有很好的均勻性。3、本發(fā)明鍍膜方法簡單，工藝可控性強。4、本發(fā)明適應性強，可在不同的材料表面鍍制金屬、氧化物、氮化物、硫化物、氟化物等各類薄膜材料，以滿足不同需求。


圖1為本發(fā)明薄膜生長的示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法作詳細說明。實施例1 以三甲基鋁和水蒸氣反應，生成三氧化二鋁為例說明。(1)將需鍍膜的細長管道放置于反應室內(nèi)(該反應室的內(nèi)壁應當與管道的外壁相適配，最好是將細長管道嵌入反應室內(nèi)壁，使管道的內(nèi)壁與反應室的內(nèi)壁在同一面上。參照附圖1，其中1為反應室，2為管道，3為反應前驅(qū)體A，4為反應前驅(qū)體B)，將反應室抽真空至 IXlO-3Pa0(2)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入氣相反應前驅(qū)體A三甲基鋁(TMA)，流量lkccm， 持續(xù)時間5s，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學吸附形成一個單吸附層。(3)向反應室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25SCCm，持續(xù)時間15s，將未吸附的多余前驅(qū)體A三甲基鋁排除。(4)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第二種氣相反應前驅(qū)體B水蒸氣(吐0)，流量 20sCCm，持續(xù)時間10s，與吸附在管道內(nèi)壁的前驅(qū)體A三甲基鋁反應，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個氧化鋁的單原子層。(5)向反應室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25SCCm，持續(xù)時間15s，將未反應的多余前驅(qū)體水蒸氣排除。(6)重復上述步驟(2) (5)，每重復一次，生成一個三氧化二鋁單原子層，每層厚度大約為0. lnm，直到膜層厚度滿足要求為止。實施例2 以三甲基鋁和氫氣反應，生成鋁為例說明。(1)將需鍍膜的管道放置于反應室內(nèi)(管道在反應室的放置方式銅實施例1)，將反應室抽真空至2X10_3Pa。(2)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第一種氣相反應前驅(qū)體A三甲基鋁(TMA)，流量 ISsccm，持續(xù)時間6s，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學吸附形成一個單吸附層；
(3)向反應室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25sCCm，持續(xù)時間15s，將未吸附的多余前驅(qū)體三甲基鋁排除。(4)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第二種氣相反應前驅(qū)體B氫氣(H2)，流量lkccm， 持續(xù)時間8s，與前驅(qū)體A三甲基鋁(TMA)反應，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個單原子層；
(5)向反應室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25SCCm，持續(xù)時間15s，將未反應的多余前驅(qū)體A三甲基鋁排除。
(6)重復上述步驟(2) (5)，每重復一次，生成一個鋁單原子層，每層厚度大約為 0. 03nm，直到膜層厚度滿足要求為止。實施例3 以四氯化鈦和氨氣反應，生成氮化鈦為例說明。(1)將需鍍膜的管道放置于反應室內(nèi)(管道在反應室的放置方式銅實施例1)，將反應室抽真空至lX10_3Pa。(2)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第一種氣相反應前驅(qū)體A四氯化鈦(TiCl4)，流量 20sCCm，持續(xù)時間5s，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學吸附形成一個單吸附層。(3)向反應室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量20SCCm，持續(xù)時間10s，將未吸附的多余前驅(qū)體A四氯化鈦排除。(4)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第二種氣相反應前驅(qū)體B氨氣(NH3),與吸附在管道內(nèi)壁的前驅(qū)體A四氯化鈦反應，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個氮化鈦的單原子層。(5)向反應室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25SCCm，持續(xù)時間8s，將未反應的多余前驅(qū)體氨氣排除。(6)重復上述步驟(2) (5)，每重復一次，生成一個氮化鈦的單原子層，每層厚度大約為0. 05nm，直到膜層厚度滿足要求為止。
權利要求
1.一種在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，包括以下工藝步驟(1)將需鍍膜的細長管道置于與管道相適配的反應室內(nèi)，將反應室抽真空；(2)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第一種氣相前驅(qū)體A，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學吸附形成一個單吸附層；(3)向反應室內(nèi)通入惰性氣體，將未吸附的多余前驅(qū)體A排除；(4)以脈沖形式向反應室內(nèi)通入第二種氣相前驅(qū)體B，與前驅(qū)體A反應，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個單原子層；(5)向反應室內(nèi)通入惰性氣體，將未反應的多余前驅(qū)體B排除；(6)重復上述步驟(2) (5)，每重復一次，生成一個單原子層，直到膜層厚度滿足要求為止。
2.如權利要求1所述在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(1)所述反應室中的真空度為lX10-^TlX10-3Pa。
3.如權利要求1所述在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(2)所述氣相前驅(qū)體 A 為 All\fe3、TiCl4, Cu(acac)2、ZrCl4, HfCl4, Pt (acac)2、WF6, TaCl5, SnCl4, InCl3、 CdMe2, MoCl5, GaCl3, ZnCl2, SiCl4, CCl3, BCl30
4.如權利要求1所述在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(2)所述氣相前驅(qū)體A的流量為l(T50SCCm，脈沖持續(xù)時間為2 10s。
5.如權利要求1所述在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(3)所述惰性氣體為氬氣，其流量為2(T50sCCm，持續(xù)時間為5 30s。
6.如權利要求1所述在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(4)所述氣相前驅(qū)體 B 可以為氣態(tài) H2O, H2, NH3> 02、N2, H2S, AsH3> PH3> H2S, H2Se, HF。
7.如權利要求1所述在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(4)所述氣相前驅(qū)體B的流量為l(T50SCCm，脈沖持續(xù)時間為2 10s。
8.如權利要求1所述在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(5)所述惰性氣體為氬氣，其流量為2(T50sCCm，持續(xù)時間為5 30s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，屬于真空鍍膜技術領域。該方法是將需鍍膜的管道置于反應室內(nèi)，將氣相前驅(qū)體以脈沖形式交替通入反應器，第一種前軀體到達管道內(nèi)，以化學吸附在管道內(nèi)壁形成一個單吸附層；再通入第二種前驅(qū)體，與第一種前驅(qū)體反應，在管道內(nèi)壁生成一個單原子層的薄膜。在每個前驅(qū)體脈沖之間需要用惰性氣體對反應器進行清洗，再重復吸附和反應過程，逐層生成薄膜。本方法通過氣體吸附和反應相結合的方式，實現(xiàn)了在細長管道內(nèi)壁的鍍制薄膜，解決目前無法采用真空鍍膜方法在細長管道內(nèi)壁鍍制薄膜的難題，可在不同的材料表面鍍制金屬、氧化物、氮化物、硫化物、氟化物等各類薄膜材料，滿足不同需求。
文檔編號C23C16/20GK102337520SQ20111028362
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2011年9月22日
發(fā)明者任妮, 馮煜東, 劉恒, 熊玉卿, 王多書, 王濟洲, 馬占吉 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所