[发明专利]一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备

说明书

本发明属于镀膜设备制造领域，并公开了一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，该设备由两个直线运动装置和两个回转运动装置首尾相连，组成一个封闭的椭圆形，其中直线运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的直线振动电机、第一水冷却板、第一支撑板、第一加热片和料槽，料槽的一端为原子层沉积反应区域，并且该区域上方安装有前驱体喷头；回转运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的回转振动电机、第二水冷却板、第二支撑板、第二加热片和回转运动料槽。本发明能够实现颗粒以稳定的运动速度在料槽中循环运动，并通过控制微纳米颗粒经过原子层沉积反应区域的次数，实现对微纳米颗粒表面薄膜的厚度的控制。

技术领域

本发明属于镀膜设备制造领域，更具体地，涉及一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备。

背景技术

原子层沉积技术是一种通过气相化学反应在基底表面生长薄膜的方法。在原子层沉积反应中，两种或多种前驱体反应物通过时间隔离或空间隔离的方式到达基底表面，与基底表面的化学基团反应生长薄膜。由于基底表面的化学基团数量有限，只有一种前驱体反应物到达基底表面时会产生饱和吸附，这种性质被称为原子层沉积反应的“自限制性”，因此在原子层沉积过程中薄膜能够以单分子层的形式生长。通过原子层沉积生长的薄膜具有厚度精确可控、均匀性和保形性好等优点。目前，原子层沉积技术已经广泛用于催化材料、含能材料和医学材料等领域。

然而，现阶段用于微纳米颗粒的原子层沉积技术仍存在受真空条件限制、生产效率低、成本高等缺点，无法实现微纳米颗粒表面原子层沉积反应的快速进行，影响原子层沉积在微纳米材料中的进一步应用。针对于此技术问题，检索发现，公开号为CN107099784A的专利公开了一种采用空间隔离原子层沉积技术在平面基底上生长薄膜的喷头，虽然这种方法能够实现平面基底上薄膜的均匀生长，但是并不能在拥有更大比表面的微纳米颗粒表面生长连续完整的薄膜。公开号为CN108359960A的专利公开了采用振动电机和空间隔离喷头的相结合的方式在微纳米颗粒表面生长薄膜，这种方法缺点在于原子层沉积过程中颗粒输送料槽处于不断振动过程中，而空间隔离喷头处于静止状态，二者之间的相对距离处于不断变化中，薄膜在颗粒表面生长受到颗粒输送料槽振动的影响，并且该公开专利中通过增加喷头数量及料槽长度实现颗粒表面多层薄膜沉积的方式缺乏实际操作性，无法实现微纳米颗粒的循环连续沉积。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，其中通过将直线运动装置和回转运动装置首尾相连组成密闭的椭圆形，并对其关键组件如料槽和前驱体喷头的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决微纳米颗粒表面薄膜连续完整生长的问题，因而尤其适用于微纳米颗粒的原子层沉积的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种用于微纳米颗粒的快速循环原子层沉积设备，其特征在于，该设备包括两个直线运动装置和两个回转运动装置，所述直线运动装置与所述回转运动装置首尾相连，组成一个封闭的椭圆形，其中：

所述直线运动装置包括沿竖直方向从下到上依次连接的直线振动电机、第一水冷却板、第一支撑板、第一加热片和料槽，其中所述直线振动电机用于提供周期性振动，所述第一水冷却板用于降低所述直线振动电机的温度，所述第一支撑板将所述第一水冷却板与第一加热片隔开，所述第一加热片固定安装在所述料槽背部，通过热传导的方式对该料槽进行加热，进而加热其中的微纳米颗粒，所述料槽的一端为原子层沉积反应区域，前驱体通过该端料槽侧壁上的前驱体通道沿水平方向进入该原子层沉积反应区域，所述原子层沉积反应区域上方安装有前驱体喷头，该前驱体喷头侧壁设有前驱体进口，其底部设有前驱体出口，用于将前驱体沿竖直方向引入所述原子层沉积反应区域，并且所述前驱体出口之间开有贯穿性的排气槽，该前驱体喷头上方固定有喷头抽气罩用于抽除反应过程中的副产物和残余前驱体；