[发明专利]一种原子层沉积装置

说明书

技术领域：

本发明属于等离子体应用技术领域，涉及一种阵列式空心阴极结构的等离子体发生装置。该装置把原子层沉积功能与空心阴极放电特征结合在一起，利用空心阴极电极结构可以增加放电时的等离子体密度，降低等离子体温度，改善其他一些等离子体参数，从而提高沉积效率，并优化所沉积材料的微观结构和性能。

背景技术：

原子层沉积(ALD，Atomic Layer Deposition)是一种改良的化学气相沉积技术，起初称为原子层外延。它是由芬兰人Suntola T和Antson M J最先发明提出的，因此两人也申请了1977年的专利保护，但最初并没有受到很大的重视。直到20世纪90年代，由于硅衬底半导体需求，原子层技术才得到了长足的发展。目前，国内外关于利用原子层技术制备薄膜的报道越来越多。

普通的原子层沉积技术，大都属于热化学气相沉积。它的化学反应需要较高的活化温度，制备工艺过程的温度很高，好多超过了1000℃，这大大限制了该技术在很多方面的应用，例如在塑料基底上制备薄膜太阳能电池、柔性OLED器件等。为了降低原子层沉积技术的过程温度，人们采取了很多种技术手段。其中，低温等离子体是一种很有效的降低原子层沉积过程温度的技术手段，已经受到了人们的关注。

利用气体放电产生的低温等离子体，整体的温度很低(温度在几十至一百多摄氏度的范围)，允许使用大多数的塑料作为基材。在等离子体之中含有很多高速运动的电子，将它的动能折算成热能，它本身可以达到几万摄氏度的高温，可以有效的为其他很多化学反应提供激发能量，很容易将化学反应前驱体分解成原子、离子或其他活性基团，然后在基材表面反应沉积，最终生成薄膜或粉体材料，这就是等离子体增强化学气相沉积(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术。人们已经开发出了很多种等离子体增强化学气相沉积技术，其中一些已经与原子层沉积技术相结合，可以精确、有效的制备多种功能薄膜。

但现有技术中，普遍存在等离子体区中的等离子体密度不高的问题，这对沉积速率、沉积膜层质量有重大影响。如何提高等离子体区内的等离子体密度，从而提高等离子体激发化学反应的效果，一直是该领域中备受关注的问题。

发明内容：

针对上述技术问题，本发明提供一种具有阵列式空心阴极结构的原子层沉积装置，

一种原子层沉积装置，其特征在于：该装置包括配气系统1、真空腔室2、阵列式空心阴极上电极3、平板式接地下电极4、抽真空系统5、电源系统6，所述阵列式空心阴极上电极3带有多个均匀分布的直径范围为1-3mm的通孔，相邻的孔的间距为2-4mm，阵列式空心阴极上电极3与平板式接地下电极4之间的间距为5-20mm，阵列式空心电极3连接配气系统1的供气管道。所述式空心阴极阵列电极3的接线柱连接到所述电源系统6的高压电极一端，并与所述装置的真空腔室、平板式接地下电极保持绝缘，所述电源系统6的接地端连接到所述真空腔室2和所述平板电极4上。

所述电源系统6，是60-100MHz的甚高频电源、2-60MHz的高频射频电源、10-60KHz的中频电源、10-60KHz的单极性或双极性脉冲直流电源中的任一种。所述电源系统采用脉冲控制方式能够控制和调节放电过程中的占空比。

所述平板电极4设有加热装置。

应用以上装置的方法步骤如下：

配气系统1以脉冲交替的周期循环方式向所述阵列式空心电极3供气，来自所述配气系统1的气体先通过所述阵列式空心电极3上的通孔，再进入真空腔室2。在所述阵列式空心阴极电极3和所述平板电极4之间施加电压，将气体电离产生等离子体进行薄膜沉积。

所述配气系统1包含至少两路气体管路，每个气体管路包括单向阀、气动阀门开关和质量流量计；其中气动阀门关控制时间在0.01～10秒范围，时间精度小于0.01秒。

所述电源系统6输出电源占空比5～90％。

配气系统1以脉冲交替的周期循环方式向阵列式空心电极3供给反应单体气体和氩气。

本发明涉及的具有阵列式空心阴极结构的原子层沉积装置，所述配气系统1可以控制多气路的串联或并联。

本发明涉及的具有阵列式空心阴极结构的原子层沉积装置，所述配气系统1包含至少两路气体管路，能够单独或同时供气，所述至少两路气体管路由气体质量流量计和精密电磁阀控制，所述至少两路气体管路中至少有一条气路供氩气。