梯度薄膜的制作方法
【技術領域】
[0001] -種物品及生產(chǎn)所述物品的方法和系統(tǒng)，所述物品包含自物品表面起一定厚度的 第一膜，所述第一膜相對于所述物品表面在垂直和/或水平方向上在至少一部分所述厚度 的第一膜內(nèi)具有梯度化學組成。
【背景技術】
[0002] 薄膜沉積技術可用于在各種襯底上制造薄膜。先前，已采用諸如陽CVD或磁控瓣射 等真空技術制造了高性能膜。然而，大型或波狀部件難W使用真空室進行涂覆。此外，真空 沉積工藝需要大量的資本投資W獲取和裝配真空室部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在第一方面中，提供一種制造多層梯度組成薄膜的方法。所述方法包括將至少一 種化學前體引入到等離子體中；沉積一定厚度的第一膜至襯底的表面，所述第一膜具有來 源于至少一種化學前體的化學組成;修改在沉積一定厚度的第一膜期間與沉積至少一種化 學前體相關的至少一個等離子體相關的工藝參數(shù);相對于所述襯底在垂直方向上或在垂直 和水平方向上獨立或組合地改變至少一部分所述厚度的第一膜的化學組成。
[0004] 有利的是，所述引入步驟包括第一化學前體和與所述第一化學前體同時引入所述 等離子體中的不同于所述第一化學前體的至少一種其它化學前體;并且所述方法還包括在 所述第一膜中沉積一定厚度的至少部分來源于第二化學前體的第二膜，所述第二膜的化學 組成不同于所述第一膜。
[0005] 有利的是，所述引入步驟包括第一化學前體和隨后被引入所述等離子體中的不同 于所述第一化學前體的至少一種其它化學前體;并且沉積一定厚度的至少部分來源于所述 至少一種其它化學前體的第二膜，所述第二膜的化學組成不同于所述第一膜。
[0006] 優(yōu)選地，其中，所述修改步驟包括改變選自由等離子體功率、載氣流速、前體溫度、 鼓泡器流速、稀釋流速或相對于所述襯底的等離子體頭垂直位置組成的組中的一個或多個 參數(shù)。
[0007] 有利地，所述襯底包括一種或多種半導體材料、金屬或非金屬。
[000引有利地，所述沉積步驟包括常壓等離子體沉積技術。
[0009] 在另一方面，提供一種用于沉積具有化學梯度的膜的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含配置用 于產(chǎn)生等離子體的常壓等離子體裝置;可配置用于所述常壓等離子體裝置的一種或多種等 離子體源氣體;可配置用于所述常壓等離子體裝置的一種或多種前體源;及可選的可配置 用于所述常壓等離子體裝置的一種或多種保護氣體源。
[0010] 有利地，所述常壓等離子體裝置可相對于襯底表面水平地、垂直地或水平且垂直 地放置。
[0011] 有利地，所述常壓等離子體裝置相對于所述襯底表面沿至少兩個軸可放置和/或 控制。
[0012] 有利地，所述常壓等離子體裝置是自動化的W便對物品W垂直或水平關系中的一 種或多種進行轉變。
[0013] 在另一方面，提供一種物品。所述物品包含自所述物品表面起的一定厚度的第一 膜;所述第一膜相對于所述物品表面在垂直方向或水平和垂直方向上在至少一部分所述厚 度的第一膜內(nèi)獨立或組合地包含梯度化學組成。
[0014] 有利地，所述物品還包含不同于所述第一膜的第二膜，所述第二膜存在于所述第 一膜內(nèi)，所述第二膜具有梯度化學組成，并且至少一部分所述第二膜相對于所述物品表面 在水平、垂直或水平和垂直方向上與所述第一膜空間分離。
[0015] 優(yōu)選地，所述第二膜相對于所述物品表面在垂直方向上與第一膜在化學上不同。
[0016] 作為另選，所述第二膜直接存在于所述第一膜上。
[0017] 有利地，至少一部分所述第二膜相對于所述物品表面在水平方向上、在垂直方向 上或在水平和垂直方向上與第一膜空間分離。
[0018] 優(yōu)選地，所述物品還包含所述第一膜和所述第二膜之間的界面，所述界面的特征 在于所述第一膜的元素組成相對于所述第二膜的變化。
[0019] 有利地，相對于所述物品表面，所述界面在所述第一膜的垂直截面和所述第二膜 的垂直截面之間。
[0020] 作為另選，相對于所述物品表面，所述界面在所述第一膜的水平截面和所述第二 膜的水平截面之間。
[0021] 優(yōu)選地，所述第一膜和所述第二膜之間的界面包括氧和/或碳的元素組成梯度。
[0022] 有利地，所述物品表面是空天飛行器的至少一部分。
【附圖說明】
[0023] 圖1描述了本文公開的本方法的一個方面的示例性流程圖。
[0024] 圖2描述了本文公開的本方法的一個方面的示例性流程圖。
[0025] 圖3A描述了本文公開的本方法的一個示例性方面。
[0026] 圖3B描述了本文公開的本方法的一個示例性方面。
[0027] 圖4A描述了本文公開的本方法的一個示例性方面。
[00%]圖4B描述了本文公開的本方法的一個示例性方面。
[0029] 圖5描述了本文公開的本方法的一個示例性方面。
[0030] 圖6描述了本方法的一個方面的沉積膜樣品的厚度(納米)的圖示。
[0031] 圖7描述了在測試本方法一個方面的沉積膜樣品之后的百分比霧度的圖示。
[0032] 圖8描述了本方法一個方面的沉積膜樣品的工藝參數(shù)、物理參數(shù)W及光學和機械 性質(zhì)的總結。
【具體實施方式】
[0033] 本發(fā)明尤其提供了一種優(yōu)化沉積的薄膜涂層的機械性質(zhì)的方法。所述方法提供具 有逐漸變化(例如，梯度)的機械性質(zhì)和/或化學組成的多層膜的設計和創(chuàng)建。本發(fā)明還提供 具有獨特的機械性質(zhì)的多層梯度結構。在一個方面中，多層梯度結構采用常壓等離子體沉 積制備。在薄膜沉積期間控制一個或多個工藝條件可W提供新的或改善的性質(zhì)，例如透明 度、耐腐蝕性、耐磨性或彈性。
[0034] 定義
[0035] 將理解的是，盡管術語第一、第二等在本文中可能用來描述各種要素，但是運些元 素不應該受運些術語的限制。運些術語僅用于將一種要素與另一種要素區(qū)分開來。例如，第 一要素可被稱作第二要素，并且類似地，也可將第二要素稱作第一要素，而不偏離本發(fā)明的 范圍。如本文使用的術語"和/或"包括一個或多個相關列出項的任意和所有組合。
[0036] 將理解的是，當諸如層或膜、區(qū)域或襯底等要素被稱為"沉積"在另一要素"上"或 "沉積"至另一要素"上"時，其可能直接沉積在其它要素上或沉積至其它要素上，或者也可 能存在插入要素。與此相反，當要素被稱為"直接沉積"在另一要素"上"或"直接沉積"至另 一要素"上"，不存在插入要素。
[0037] 本文中可使用諸如"之下"或"之上"或"上部"或"下部"或"水平"或"垂直"或"頂 部"或"底部"等相關術語來描述如附圖所示的一個要素、層/膜或區(qū)域與另一要素、層/膜或 區(qū)域的關系。將理解的是，運些術語意在涵蓋除附圖中描述的取向之外的裝置的不同取向。
[0038] 本文所使用的術語僅出于描述具體方面的目的，而非意在限制本發(fā)明。本文所用 的單數(shù)形式V'、"an"和"the"也意在包括復數(shù)形式，除非上下文清楚地表明了并非如此。還 應當理解，術語"包含"和/或"包括"在本文中使用時，其指明陳述的特征、步驟、操作、要素 和/或部件的存在，但并不排除一個或多個其它特征、步驟、操作、要素、部件和/或其組合的 存在或加入。
[0039] 除非另外定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領 域技術人員通常理解的相同含義。還應理解，本文使用的術語應被解釋為具有與本說明書 的上下文和相關技術中的含義一致的含義，而不應解釋為理想化的或過于正式的含義，除 非本文明確地如此定義。
[0040] 除非另外明確規(guī)定，諸如"更小"和"更大"等比較性、定量的術語意圖涵蓋相等的 概念。作為實例，"更小"不僅可能指在嚴格的數(shù)學意義上的"更小"，也可能指"小于或等 于"。
[0041 ]除非另外明確規(guī)定，"涂層"包括一個或多個"薄膜"或層，例如，等離子體沉積薄膜 或層。如本文使用的該術語涂層可包括厚度至多約1微米的單層(單原子層)和/或具有約1 微米到幾百微米的厚度的一個或多個層。
[0042] 本文使用的術語"腐蝕"包括對表面或表面層膜的一種或多種化學和機械作用，例 如，其中化學品和/或如雨滴或砂等小顆粒沖擊和磨掉表面材料，并且其中所述作用的程度 與