[发明专利]一种常压冷等离子体沉积金属单质薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种常压冷等离子体沉积金属单质薄膜的方法，包括以下步骤：步骤一、混合气体被激发电离产生常压冷等离子体，常压冷等离子体在喷嘴的腔体中形成等离子体光焰；步骤二、金属化合物溶液雾化后进入喷嘴的腔体中；步骤三、在保护气体的环绕保护下，等离子体光焰与雾滴发生作用，雾滴中的溶剂蒸发，雾滴中的金属化合物被还原成金属粒子喷射到基体上沉积形成连续的金属单质薄膜。本发明可在常压下沉积金属单质薄膜，反应温度低，适合于热敏性基体，并且无需真空或封闭的沉积室，从而使基体尺寸不受空间的限制，扩大了方法的应用范围；本发明制备的金属单质薄膜性质稳定，无需进行后处理，从而缩短了工艺流程，提高了生产效率。

技术领域

本发明属于薄膜沉积技术领域，具体涉及一种常压冷等离子体沉积金属单质薄膜的方法。

背景技术

金属薄膜材料的尺寸减小到接近量子化运动的微观尺度时，会显示出许多全新的物理现象，有助于微电子器件和系统进一步微型化，并且不同的金属材料复合在一起能构成具有优异特性的复杂材料体系，在材料科学、电磁学以及生命科学等领域具有广泛的应用前景。目前，金属薄膜制备的主要方法有物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、电沉积法和化学沉积法。电沉积法和化学沉积法的制备过程中会产生大量化学废液，对环境有害。而传统的PVD和CVD的前驱体反应物多为固体或气体，选择种类较少；使用的还原气体多为氢气，易燃易爆；制备金属薄膜时反应温度高，易损坏基体并导致薄膜氧化，所以常常需要在真空环境下或是封闭的沉积室内进行，这样大大限制了沉积的基体尺寸。另外，过高的反应温度制备出的金属薄膜性质不够稳定，还需要进行退火处理，从而增加了后处理工艺，降低了制备效率。

等离子体气相沉积法是利用等离子体作为能量源，使反应物通过化学反应生成固相粒子沉积在基体上从而得到固态膜的方法。等离子体的整个体系按系统温度可分为冷等离子体和热等离子体。冷等离子体中粒子的能量一般为几个至十几个电子伏特，整体温度低，只涉及材料表面，不影响基体性能。等离子体根据反应气压的不同，可分为低气压和常压等离子体。常压冷等离子体由于不需要真空，操作方便并且沉积速度快等优点，成为制备薄膜的研究热点。目前，常压冷等离子体技术已应用于制备氧化膜上，但在制备金属单质薄膜方面的研究尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种常压冷等离子体沉积金属单质薄膜的方法。该方法采用保护气体环绕保护等离子体光焰，使金属化合物在与空气隔绝的状态下还原为金属粒子喷射到基体上，然后移动等离子体喷枪带动喷嘴的喷射口相对基体快速水平移动来沉积形成连续的金属单质薄膜；该方法可在常压下沉积金属单质薄膜，反应温度低，适合于热敏性基体，且无需真空或封闭的沉积室，从而使沉积的基体尺寸不受空间的限制，扩大了方法的应用范围，并且该方法制备的金属单质薄膜性质稳定，无需进行后处理。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种常压冷等离子体沉积金属单质薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将混合气体输入等离子体喷枪中，混合气体在电极的放电激发下电离，产生常压冷等离子体，所述常压冷等离子体在喷嘴的腔体中形成等离子体光焰；

步骤二、将金属化合物溶于溶剂配制成金属化合物溶液，然后将金属化合物溶液雾化成雾滴，并使雾滴进入步骤一中所述喷嘴的腔体中；

步骤三、在保护气体的环绕保护下，步骤一中所述等离子体光焰与步骤二中所述雾滴发生作用，雾滴中的溶剂蒸发，雾滴中的金属化合物被还原成金属粒子喷射到基体上，移动等离子体喷枪并带动喷嘴的喷射口相对基体水平移动，金属粒子沉积在基体上形成连续的金属单质薄膜。

上述的一种常压冷等离子体沉积金属单质薄膜的方法，其特征在于，步骤一中所述喷嘴的侧壁上开设有与腔体连通的雾滴通道和与喷射口连通的保护气体通道，所述雾滴通道通入被雾化形成的雾滴，所述保护气体通道通入环绕保护等离子体光焰的保护气体。