本發(fā)明屬于原子層沉積領(lǐng)域，更具體地，涉及一種循環(huán)卷繞式原子層沉積設(shè)備，用于在柔性基底表面進(jìn)行快速高效的原子層沉積(ald)反應(yīng)。

背景技術(shù)：

原子層沉積(ald)是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基底上化學(xué)吸附并反應(yīng)而形成薄膜的一種方法。由于反應(yīng)的自限制性，每一循環(huán)在基底的任何地方都沉積相同數(shù)量的材料且與前驅(qū)物數(shù)的多少無關(guān)。因此，ald方法有很好的臺階覆蓋性和大面積厚度均勻性。因此，薄膜的厚度僅取決于沉積的循環(huán)次數(shù)?，F(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備大多在真空條件下反應(yīng)，需要將反應(yīng)物順次通入反應(yīng)器進(jìn)行交替吸附反應(yīng)，抽走后再通入另一種反應(yīng)物，沉積速率低，很難滿足快速、大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)要求。

在中國實用新型專利說明書cn203096169u中公開了一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，能夠在大氣壓下進(jìn)行原子層沉積，并且能夠連續(xù)生產(chǎn)。由反應(yīng)腔體和至少兩個卷筒裝置組成，動力裝置向卷筒輸出動力用于傳動帶狀的待沉積樣品。

在該原子層沉積裝置中，使用了卷對卷式的反應(yīng)方式，由于每次經(jīng)過反應(yīng)腔體所進(jìn)行的反應(yīng)次數(shù)有限，在一次收放卷過程中只能實現(xiàn)幾次的ald循環(huán)。而較少的循環(huán)次數(shù)往往不能滿足實際需求，因此該設(shè)備需要往復(fù)進(jìn)行收放卷的過程，動力裝置將使卷筒頻繁進(jìn)行加減速，這樣既會導(dǎo)致反應(yīng)效率降低，也容易產(chǎn)生張力波動的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明旨在提供一種反應(yīng)效率高的原子層沉積設(shè)備。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種循環(huán)卷繞式原子層沉積設(shè)備，包括：沿待沉積樣品的閉環(huán)運(yùn)行路徑布置的反應(yīng)裝置、動力裝置、導(dǎo)向裝置、糾偏裝置；

反應(yīng)裝置包括分布在待沉積樣品上下兩側(cè)的加熱板和反應(yīng)噴頭，用于先在兩側(cè)加熱板之間對待沉積樣品加熱，再在反應(yīng)噴頭處進(jìn)行原子層沉積反應(yīng)；

動力裝置包括伺服電機(jī)和驅(qū)動輥筒，伺服電機(jī)的輸出軸連接驅(qū)動輥筒的驅(qū)動軸，驅(qū)動輥筒用于緊貼待沉積樣品從而帶動待沉積樣品運(yùn)動；

導(dǎo)向裝置包括若干個無動力輥筒，用于對待沉積樣品的運(yùn)動進(jìn)行導(dǎo)向；驅(qū)動輥筒與無動力輥筒共同構(gòu)成待沉積樣品的閉環(huán)運(yùn)行路徑，用于使待沉積樣品循環(huán)運(yùn)動；

糾偏裝置位于兩個相鄰的無動力輥筒之間，且糾偏裝置與兩個相鄰的無動力輥筒分別位于待沉積樣品兩側(cè)，用于防止待沉積樣品在循環(huán)運(yùn)動過程中出現(xiàn)偏移。

進(jìn)一步地，還包括張力裝置，張力裝置包括張力傳感器、控制器、張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；張力傳感器位于兩個相鄰的無動力輥筒之間，用于檢測待沉積樣品的張力并將張力數(shù)據(jù)傳送給控制器；張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括直線導(dǎo)軌、氣缸和張緊輥筒，張緊輥筒位于兩個相鄰的無動力輥筒之間，且張緊輥筒與兩個相鄰的無動力輥筒分別位于待沉積樣品兩側(cè)；張緊輥筒安裝于直線導(dǎo)軌上，用于在氣缸推動下沿直線導(dǎo)軌前后移動；控制器用于根據(jù)接收到的張力數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的張力值進(jìn)行比較，從而控制氣缸帶動張緊滾筒運(yùn)動，以將待沉積樣品的張力穩(wěn)定控制在預(yù)設(shè)值附近。

進(jìn)一步地，張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括底座，底座安裝于直線導(dǎo)軌上，張緊滾筒安裝在底座上，氣缸的驅(qū)動桿與底座連接，以帶動底座沿直線導(dǎo)軌滑動，從而帶動張緊滾筒改變位置，調(diào)節(jié)待沉積樣品的張力。

進(jìn)一步地，張力傳感器為懸臂式張力傳感器，且與兩個相鄰的無動力輥筒分別位于待沉積樣品兩側(cè)。

進(jìn)一步地，驅(qū)動輥筒表面材料為聚氨酯。

進(jìn)一步地，反應(yīng)噴頭包括：若干個進(jìn)氣口、位于反應(yīng)噴頭底部的九個出氣口，以及設(shè)置在每兩個相鄰的出氣口之間的排氣口；進(jìn)氣口連接出氣口；九個出氣口依次分別向待沉積樣品表面提供氮氣、tma、氮氣、水蒸汽、氮氣、tma、氮氣、水蒸汽和氮氣；其中，tma和水蒸汽是反應(yīng)氣體，氮氣用于使反應(yīng)氣體與反應(yīng)氣體之間、反應(yīng)氣體與空氣之間相互隔離，同時帶走反應(yīng)的中間產(chǎn)物。

進(jìn)一步地，反應(yīng)裝置包括兩個反應(yīng)噴頭，分別位于待沉積樣品兩側(cè)。

進(jìn)一步地，出氣口是寬縫，排氣口是窄縫，排氣口貫通反應(yīng)噴頭。

進(jìn)一步地，反應(yīng)裝置包括兩個反應(yīng)噴頭，分別位于待沉積樣品兩側(cè)。

總體而言，本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

1、驅(qū)動輥筒與無動力輥筒共同構(gòu)成待沉積樣品的閉環(huán)運(yùn)行路徑，使待沉積樣品能夠循環(huán)運(yùn)動，能夠連續(xù)反應(yīng)，不需要反復(fù)收放卷，不用頻換啟動與停止，提高反應(yīng)效率；

2、本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，便于使用和維護(hù)；

3、反應(yīng)噴頭位于待沉積樣品的兩側(cè)，可以同時對樣品的兩側(cè)進(jìn)行薄膜的生長，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率；

4、張力的大小能通過懸臂式張力傳感器實時檢出，控制器將檢測結(jié)果與正常張力大小進(jìn)行比較，進(jìn)而控制氣缸的運(yùn)動，從而將張力大小穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一實施例的立體示意圖；

圖2是圖1的主視圖；

圖3是圖1中反應(yīng)噴頭的立體示意圖；

圖4是圖3的仰視視角；

圖5是圖3的主視圖；

圖6是圖5的a-a視角剖視圖；

圖7是圖5的b-b視角剖視圖；。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

加熱板1反應(yīng)噴頭2進(jìn)氣口21出氣口22

排氣口23伺服電機(jī)3驅(qū)動輥筒4無動力輥筒5

糾偏裝置6張力傳感器7張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8直線導(dǎo)軌81

氣缸82張緊輥筒83底座84

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

請參照圖1、2，為本發(fā)明的第一實施例，包括：沿待沉積樣品的閉環(huán)運(yùn)行路徑布置的反應(yīng)裝置、動力裝置、導(dǎo)向裝置、糾偏裝置6。

反應(yīng)裝置包括分布在待沉積樣品上下兩側(cè)的加熱板1和反應(yīng)噴頭2，用于先在兩側(cè)加熱板1之間對待沉積樣品加熱，再在反應(yīng)噴頭2處進(jìn)行原子層沉積反應(yīng)。

動力裝置包括伺服電機(jī)3和驅(qū)動輥筒4，伺服電機(jī)3的輸出軸連接驅(qū)動輥筒4的驅(qū)動軸，驅(qū)動輥筒4用于緊貼待沉積樣品從而帶動待沉積樣品運(yùn)動。

導(dǎo)向裝置包括若干個無動力輥筒5，用于對待沉積樣品的運(yùn)動進(jìn)行導(dǎo)向；驅(qū)動輥筒4與無動力輥筒5共同構(gòu)成待沉積樣品的閉環(huán)運(yùn)行路徑，用于使待沉積樣品循環(huán)運(yùn)動。

糾偏裝置6位于兩個相鄰的無動力輥筒5之間，且糾偏裝置6與兩個相鄰的無動力輥筒5分別位于待沉積樣品兩側(cè)，用于防止待沉積樣品在循環(huán)運(yùn)動過程中出現(xiàn)偏移。

由于待沉積樣品在反應(yīng)噴頭2之間的距離對沉積效果有較大的影響，經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，樣品的振動是導(dǎo)致與反應(yīng)噴頭2距離變化的直接原因，而樣品的張力波動正是導(dǎo)致振動的主要原因。因此，在本實施例中，還設(shè)計了張力裝置來檢測并控制張力的波動。

張力裝置包括張力傳感器7、控制器、張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8；張力傳感器7位于兩個相鄰的無動力輥筒5之間，用于檢測待沉積樣品的張力并將張力數(shù)據(jù)傳送給控制器；張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8包括直線導(dǎo)軌81、氣缸82、底座84和張緊輥筒83，張緊輥筒83位于兩個相鄰的無動力輥筒5之間，且張緊輥筒83與兩個相鄰的無動力輥筒5分別位于待沉積樣品兩側(cè)；底座84安裝于直線導(dǎo)軌81上，張緊滾筒安裝在底座84上，氣缸82的驅(qū)動桿與底座84連接，以帶動底座84沿直線導(dǎo)軌81滑動，從而帶動張緊滾筒改變位置，調(diào)節(jié)待沉積樣品的張力；控制器用于根據(jù)接收到的張力數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的張力值進(jìn)行比較，從而控制氣缸82帶動張緊滾筒運(yùn)動，以將待沉積樣品的張力穩(wěn)定控制在預(yù)設(shè)值附近。

本實施中，張力傳感器7為懸臂式張力傳感器7，且與兩個相鄰的無動力輥筒5分別位于待沉積樣品兩側(cè)。驅(qū)動輥筒4表面材料為聚氨酯，以增大驅(qū)動輥筒4與待沉積樣品表面的摩擦力，提高驅(qū)動效果。

請參照圖2，本實施例的反應(yīng)裝置包括兩個反應(yīng)噴頭2，分別位于待沉積樣品兩側(cè)。請參照圖3-7，反應(yīng)噴頭2包括：若干個進(jìn)氣口21、位于反應(yīng)噴頭2底部的九個出氣口22，以及設(shè)置在每兩個相鄰的出氣口22之間的排氣口23，進(jìn)氣口21連接出氣口22。九個出氣口22依次分別向待沉積樣品表面提供氮氣、tma、氮氣、水蒸汽、氮氣、tma、氮氣、水蒸汽和氮氣。其中，tma和水蒸汽是反應(yīng)氣體，氮氣用于使反應(yīng)氣體與反應(yīng)氣體之間、反應(yīng)氣體與空氣之間相互隔離，同時帶走反應(yīng)的中間產(chǎn)物。如圖4、6所示，出氣口22是寬縫，排氣口23是窄縫，排氣口23貫通反應(yīng)噴頭2。

下面結(jié)合圖2介紹本發(fā)明設(shè)備的工作過程。

將待沉積樣品依次穿過各個輥筒，然后用膠布使其首尾相連，形成一個封閉的環(huán)。

打開空氣閥門，氣缸82將推動張力輥筒運(yùn)動，逐漸壓緊待沉積樣品。

打開加熱裝置并將反應(yīng)所需的氣體通入反應(yīng)噴頭2。

開動伺服電機(jī)3，同時驅(qū)動輥筒4也會一起運(yùn)動，利用驅(qū)動輥筒4表面的摩擦力使待沉積樣品循環(huán)運(yùn)動，從而使反應(yīng)開始進(jìn)行。

在電機(jī)運(yùn)動過程中保持糾偏裝置6的開啟。

反應(yīng)裝置中的加熱裝置，用于加熱所述待沉積樣品以達(dá)到原子層沉積反應(yīng)所需的能量，其加熱采用加熱板1，通過熱輻射的方式實現(xiàn)。

請參照圖5-7，反應(yīng)裝置中的反應(yīng)噴頭2由若干個進(jìn)氣口21組成，其底部具有九個出氣口22，分別向待沉積樣品表面提供氮氣、tma(三甲基鋁)、氮氣、水蒸汽、氮氣、tma、氮氣、水蒸汽和氮氣。其中，tma和水蒸汽分別是反應(yīng)所需要的兩種氣體，氮氣的作用是使反應(yīng)氣體與反應(yīng)氣體之間，反應(yīng)氣體與空氣之間相互隔離，同時帶走反應(yīng)的中間產(chǎn)物。寬縫是出氣口22，窄縫是排氣口23，窄縫貫通反應(yīng)噴頭2，進(jìn)氣口21連接寬縫。將出氣口22設(shè)置為寬縫，排氣口23設(shè)置為窄縫，可以增加兩處的壓力差，從而加快排氣口23的氣流速度，使排氣口23兩端開口附近形成高速氣墻，氣體隔離效果更好。

本實施例中，進(jìn)氣口21采用4個-5個-4個-5個的形式布置，多個進(jìn)氣口21對應(yīng)連通一個出氣口22，可以使得出氣口22排出的氣體更加均勻，且節(jié)約空間，便于加工制造。

在上述反應(yīng)過程中，待沉積樣品在每次通過反應(yīng)噴頭2后會在上下表面各發(fā)生兩次原子層沉積反應(yīng)，各生成兩層氧化物薄膜。當(dāng)再一次通過反應(yīng)噴頭2后會再次生成兩層氧化物薄膜，這樣循環(huán)運(yùn)動可以快速制備滿足需要的薄膜。

動力裝置中的伺服電機(jī)3可通過電腦控制其轉(zhuǎn)速，從而改變驅(qū)動輥筒4的轉(zhuǎn)速，即改變待沉積樣品的運(yùn)動速度，從而可控制反應(yīng)的速度。

張力裝置中的張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8可以通過改變壓力控制閥的設(shè)定壓力從而調(diào)節(jié)氣缸82的推力大小，進(jìn)而改變張力輥筒對待沉積樣品的壓力值，以此增大或減小待沉積樣品的張力。該張力的大小能通過懸臂式張力傳感器7實時檢出，通過與正常張力大小進(jìn)行比較，將控制信號傳輸給氣缸82的壓力控制閥，從而將張力大小穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。

此外，上述設(shè)備中的加熱裝置、伺服電機(jī)3、懸臂式張力傳感器7、糾偏裝置6等均為市售成熟產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)及功能等不再贅述。

在其他實施例中，可以將直線導(dǎo)軌81設(shè)置成兩個相對的直線凹槽，驅(qū)動輥筒4兩端的輥軸分別設(shè)置在兩個直線凹槽內(nèi)，以沿直線凹槽進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動。氣缸82的驅(qū)動桿前端通過環(huán)形套活動連接輥軸，以驅(qū)動輥筒4移動。

在其他實施例中，也可以使用其他形式的張力傳感器7，只要能正常檢測張力且不阻礙待沉積樣品的運(yùn)動即可。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。