[发明专利]将原子层沉积涂层涂覆到多孔非陶瓷基底上的方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No.61/244,713和No.61/244,696(二者均提交于2009年9月22日)的权益，这些临时专利申请的公开内容全部以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及制备经处理的多孔非陶瓷基底，更具体地说，涉及用于实现此目的的流动穿过原子层沉积方法。

背景技术

原子层沉积(ALD)方法一开始是针对薄膜电致发光(TFEL)平板显示器开发的。对ALD的关注近几年显著增加，集中关注的是硅基微电子(晶圆)，这是由于其能够制备非常薄的、适形的薄膜，并且以原子级控制这些薄膜的组成和厚度。ALD(由于其自身限制、顺序表面反应过程)还因为其涂覆高高宽比表面的能力而被熟知。然而，涂覆这些高的高宽比表面的加工能力受到反应性气体扩散到这些区域中并且在加入下一前体之前被完全释放出所需的时间的挑战。这个扩散问题极大防止了该技术延伸到多孔材料中。

发明内容

本发明通过要求所有气体穿过将被涂覆的多孔非陶瓷基底解决了上面提到的扩散问题。这消除了对气体扩散到目标材料的表面内和外的需要，减少了所需时间，并且最小化了在内表面上的不完全涂覆的覆盖百分比的可能性。

在一个方面，本发明提供一种用于在多孔非陶瓷基底上沉积保角涂层的方法，其包括以下步骤：

提供具有入口和出口的反应器；

将至少一个多孔非陶瓷基底的至少一部分定位为使得多孔非陶瓷基底将所述入口与所述出口分离；

执行至少一次如下反复，顺序地将第一和第二反应性气体在所述入口引入使得所述第一和第二反应性气体流动穿过所述多孔非陶瓷基底到达所述出口，从而在所述多孔非陶瓷基底的内表面上执行两个或更多个自限制反应的序列，以在所述内表面的至少一部分上形成所述保角涂层。

定义

结合本发明，词语“多孔的”意味着基底包含充足的开口(即，“孔”)使得至少气体可穿过其。

词语“微孔的”指基底包含这样的孔，所述孔具有不大于1,000微米的中值内横截面尺寸(“中值孔径”，例如，圆柱形孔的情况下的直径)，使得气体可在所述孔中穿过所述基底。优选的微孔基底包括这样的孔，所述孔具有从0.01至1,000微米(包含端点)的中值孔径，更优选地，从0.1至100微米(包含端点)的中值孔径，并且甚至更优选地，从0.2至20微米(包含端点)的中值孔径，并且最优选地，从0.3至3微米或甚至1微米(包含端点)的中值孔径。如本说明书中通篇使用的，中值孔径利用在ASTM标准F316-03中描述的泡点压力测量方法确定。

词语“无孔的”意指基底基本没有孔。

参照在沉积保角涂层之前的基底的词语“非陶瓷”意指基底基本不包含无机金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物或其它陶瓷材料。优选的“非陶瓷”基底完全没有陶瓷材料，更优选地，基本由纤维有机材料(例如，聚合物纤维、天然纤维、碳纤维等)构成，甚至更优选地，仅由有机材料构成。

词语“保角涂层”意指很好地附着并紧密贴合下层基底形状的相对薄的材料涂层。

附图说明

图1示出了穿过适用于本发明中的方法中的反应器的横截面。

图2示出了在实例1的实验过程中与多个过程反复比较的整个基底上的压降的增加的曲线图。

具体实施方式

本发明的方法在非陶瓷基底的内表面的至少一部分上提供保角涂层。在本发明的许多方便实施例中，所述保角涂层包括金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物或它们的组合。这些情况下的金属可为各种类型的，但是认为硅、钛、铝、锌和钇是特别合适的。优选地，所述金属是硅、钛或铝；更优选地，所述金属是铝。在一些优选实施例中，所述保角涂层包括氧化铝。

可通过原子层控制生长技术涂覆的涂层是优选的。容易按这种方式涂覆的涂层有二元材料，即，形式为Q_x R_y的材料，其中Q和R表示不同的原子，并且x和y是反映静电中性材料的数字。合适的二元材料有各种无机氧化物(诸如二氧化硅和诸如氧化锆、氧化铝、二氧化硅、氧化硼、氧化钇、氧化锌、氧化镁、TiO₂等的金属氧化物)，无机氮化物(诸如氮化硅、AIN和BN)、无机硫化物(诸如硫化镓、硫化钨和硫化钼)以及无机磷化物。此外，各种金属涂层都是可用的，包括钴、钯、铂、锌、铼、钼、锑、硒、铊、铬、铂、钌、铱、锗和钨。