一種可批量制備薄膜材料的方法及類似裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及薄膜生長或薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說涉及在襯底上進(jìn)行沉積或噴鍍等方法批量進(jìn)行薄膜制備的領(lǐng)域以及類似裝置。本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種方案，既可以解決高溫下基底原子蒸發(fā)的問題，又可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)批量薄膜生長?？膳恐苽浔∧げ牧系姆桨柑攸c(diǎn)在于：一個(gè)可進(jìn)行雙面加熱的設(shè)計(jì)方法或類似裝置A，使用面對面的疊放方式，基底表面蒸發(fā)的原子B沉積在對面的基底，實(shí)現(xiàn)互為補(bǔ)償，既可以有效避免基底表面原子在高溫下蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷；又可以實(shí)現(xiàn)批量薄膜生長。
【專利說明】一種可批量制備薄膜材料的方法及類似裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜生長或薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說涉及在襯底上進(jìn)行沉積或噴鍍等方法批量進(jìn)行薄膜制備的領(lǐng)域以及類似裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]薄膜材料及相關(guān)薄膜器件興起于20世紀(jì)60年代，是新理論、高技術(shù)高度結(jié)晶的產(chǎn)物。隨著現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展，許多領(lǐng)域都需要使用大量功能各異的無機(jī)新材料或薄膜材料，如石墨烯、六角氮化硼等。薄膜材料與元器件結(jié)合，成為電子、信息、傳感器、光學(xué)、太陽能等技術(shù)的核心基礎(chǔ)。一般來講，為了達(dá)到所需的性能，薄膜材料必須是高純的。而為了得到高純度的產(chǎn)品，科學(xué)界、工藝界也發(fā)明了很多制備方法。一般來講，基本方法不外乎物理成膜法和化學(xué)成膜法兩種。
[0003]物理氣相沉積(Physical Vapor Deposit1n,簡稱PVD)技術(shù):在真空條件下,采用物理方法，將材料源(固體或液體)表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在基底表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。物理氣相沉積的主要方法有，真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜，及分子束外延等。發(fā)展到目前，物理氣相沉積技術(shù)不僅可沉積金屬膜、 合金膜、還可以沉積化合物、陶瓷、半導(dǎo)體、聚合物膜等。
[0004]化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposit1n,簡稱CVD)技術(shù):是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基底表面，進(jìn)而制得固體薄膜材料的工藝技術(shù)。它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程?；瘜W(xué)氣相沉積技術(shù)是一種用來產(chǎn)生純度高、性能好的固態(tài)材料的化學(xué)技術(shù)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)使用此技術(shù)來成長薄膜。典型的CVD制程是將基底暴露在一種或多種不同的反應(yīng)物下，在基底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或/及化學(xué)分解來產(chǎn)生欲沉積的薄膜。反應(yīng)過程中通常也會伴隨地產(chǎn)生不同的副產(chǎn)品，但大多會隨著氣流被帶著，而不會留在反應(yīng)腔中。微制程大都使用CVD技術(shù)來沉積不同形式的材料，包括單晶、多晶、非晶及磊晶材料。這些材料有硅、碳纖維、碳納米纖維、納米線、納米碳管、Si02、硅鍺、鶴、娃碳、氮化娃、氮氧化娃及各種不同的high-k介質(zhì)等材料。
[0005]
目前來講，無論是PVD，還是CVD，工藝中都存在一下兩個(gè)缺陷:
1.需要對基底加熱至高溫；對于基底來講，當(dāng)溫度達(dá)到成膜所需溫度(幾百度甚至更高)的時(shí)候，襯底的原子表面會發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，造成襯底表面平整度變差，進(jìn)而影響到成膜形貌、質(zhì)量。
[0006]2.工藝非常復(fù)雜，一次只能制備單張薄膜，無法進(jìn)行批量生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對以上提到的問題，提出本發(fā)明。
[0008]本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種方案，既可以解決高溫下基底原子蒸發(fā)的問題，又可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)批量薄膜生長。
[0009]本發(fā)明解決問題的方法采用如下方案:
1、可批量制備薄膜材料的方案特點(diǎn)在于:一個(gè)可進(jìn)行雙面加熱的設(shè)計(jì)方法或類似裝置，使用面對面的疊放方式，既可以在生長過程中互相補(bǔ)償蒸發(fā)的表面原子，避免基底表面原子在高溫下蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷；又可以實(shí)現(xiàn)批量薄膜生長。
[0010]2、本發(fā)明所述的可雙面加熱的設(shè)計(jì)方法或類似裝置如說明書附圖1，利用加熱裝置(I)來加熱基底(2 )至薄膜(3 )生長所需的溫度。
[0011]3、本發(fā)明所述的可批量制備薄膜材料的方法如說明書附圖2，將上述可雙面加熱的類似裝置A采用面對面的疊放方式，基底表面蒸發(fā)的原子B沉積在對面的基底，實(shí)現(xiàn)互為補(bǔ)償；基底表面原子蒸發(fā)與補(bǔ)償達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，襯底的平整度得到完好的保存，在平整的襯底上生成的薄膜材料可以保持良好的形貌，達(dá)到高質(zhì)量的成膜產(chǎn)品。
[0012]
本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于:
1.方案2中所述的加熱裝置(I)可以為:電阻加熱源，電子束轟擊源，等任何將襯底加熱至薄膜生長所需要溫度的加熱裝置。
[0013]2.方案2中所述的基底(2)可以但不僅限于:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、硅(Si) 、碳化硅(SiC)中的一種或任意兩種以上的組合。
[0014]3.方案2中所述的薄膜(3)可以為任意薄膜材料，例如石墨烯、六角氮化硼等。
[0015]4.方案3中所述的面對面的疊放方式可根據(jù)需求疊放合適的層數(shù)。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1.可雙面加熱的設(shè)計(jì)方法或類似裝置示意圖。其中(I)為加熱裝置，(2)基底，(3)為薄膜。
[0017]圖2.可批量制備薄膜材料的設(shè)計(jì)方法示意圖。其中A為可雙面加熱的類似裝置，B為基底表面蒸發(fā)的原子。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]實(shí)施例:一種可一次長10片石墨烯薄膜的裝置
1.參照說明書附圖1，加熱裝置(I)采用電阻加熱源，電阻采用直徑Imm的鎢絲；基底
(2)采用鑰(Mo)基底；
2.參照說明書附圖2，將步驟I中所述雙面加熱設(shè)備面對面疊放5層，每層間隔2cm；整個(gè)設(shè)備夾持后置于超高真空腔(UHV)內(nèi)；
3.使用CH4等含碳化合物作為碳源，在惰性氣體的保護(hù)下，將鑰(Mo)基底加熱至1000攝氏度高溫下，含碳化合物開始分解，在鑰基底表面形成石墨烯；
4.采用上述5層雙面加熱裝置疊放的方案，一次生長工藝過程可生成形貌穩(wěn)定的、高質(zhì)量的石墨烯薄膜10片。
【權(quán)利要求】
1.一種可批量制備薄膜材料的設(shè)計(jì)方案，其特點(diǎn)在于:一個(gè)可進(jìn)行雙面加熱的設(shè)計(jì)方法或類似裝置，使用面對面的疊放方式，既可以在生長過程中互相補(bǔ)償蒸發(fā)的表面原子，避免基底表面原子在高溫下蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷；又可以實(shí)現(xiàn)批量薄膜生長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方案構(gòu)建一種系統(tǒng)或類似裝置，其特點(diǎn)在于:將可雙面加熱的裝置采用面對面的疊放方式，基底表面蒸發(fā)的原子沉積在對面的基底上，實(shí)現(xiàn)襯底表面原子的互為補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可雙面加熱的裝置又包括:一個(gè)加熱裝置，雙面基底；其特點(diǎn)在于:利用加熱裝置來同時(shí)加熱雙面的基底至薄膜生長所需的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱裝置，其特點(diǎn)在于:任何將襯底加熱至薄膜生長所需溫度的加熱裝置；例如:電阻加熱源，電子束轟擊源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙面基底，其特性在于:基底材料在薄膜生長條件下會產(chǎn)生蒸發(fā)或表面原子流失，此類基底包含:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、猛(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、硅(Si)、碳化硅(SiC)中的一種或任意兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生長的薄膜，其特性在于:可以為任意薄膜材料，例如石墨烯、六角氮化硼類薄 膜材料。
【文檔編號】C23C16/46GK104131266SQ201310159768
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月3日
【發(fā)明者】董國材 申請人:常州碳維納米科技有限公司, 江南石墨烯研究院