[发明专利]前驱体涂布气体保护激光制备氮化钽膜装置及方法

说明书

本发明涉及前驱体涂布气体保护激光制备氮化钽膜装置及方法，装置包括底座、喷笔和激光镜头模块，所述的喷笔和激光镜头模块设置在底座上。本发明通过激光镜头模块对基础材料表面进行照射使之表面温度升高，喷笔中通过高压载体气体将液态的有机铵钽雾化并预先混合成前驱体，前驱体喷射到加热后的基础材料表面反应形成氮化钽。在前驱体喷出时，在其外围喷出保护气体形成一圈高压的保护屏蔽，抑制前驱体的流失，避免涂料浪费，还可以阻隔外围空气的氧分子参与前驱体成膜反应，有效降低氧化物的形成，成膜质量高。本发明克服了现有氮化钽成膜工艺对成膜设备以及严苛环境的依赖，使之变成一种简易的喷涂工艺，降低了设备成本，且便于操作。

技术领域

本发明涉及氮化钽膜制备装置技术领域，尤其涉及前驱体涂布气体保护激光制备氮化钽膜装置及方法。

背景技术

氮化钽薄膜硬度高，有很好的化学与热稳定性。钽在耐腐介质中比钼和钨更具塑性和耐蚀性，因此被大量的应用在机械工业上，尤其一些对材料要求较高的领域，会利用氮化钽镀膜技术来提高材料的应用周期和使用极限。近年来，氮化钽材料也被大量应用在电子制造领域，由于氮化钽化学与热稳定性好，对被覆材料起到很好的阻隔保护作用，因此被大量的应用在半导体集成电路以及一些微波的器件制造。同时其高抗磨损、耐腐蚀、化学与热稳定强的特质，也被大量的应用在半导体制程设备上。随着半导体制造工艺的发展，对设备材料的要求也越高，所以大量的镀膜工艺被应用在领域，而氮化钽镀膜工艺是其中之一。

在氮化钽膜的制备方面，主要釆用磁控溅射法、物理沉积、化学沉积和近期研究提出的浑光放电法。在不同的应用领域对氮化钽薄膜的品质有不同的要求。在半导体集成电路的制造上，对氮化钽薄膜的一些电气特性有比较高的要求，因此在这类应用时，主要采用化学沉积法、物理沉积法、原子层沉积法来制备高纯度、高质量的氮化钽晶体薄膜。沉积法可有很好的控制薄膜厚度的均匀性、晶态结构，但上述工业化的沉积设备不利大尺寸外形复杂的设备零件镀膜。

在设备零部件应用时，对氮化钽薄膜的纯度、晶态、均匀性比在半导体集成电路制造应用低，而更重视氮化钽薄膜整体被覆的完整性与加工时的便利性。在大型设备工件的镀氮化钽膜时，大多采用磁控溅射、浑光放电等方法，一般是利用高纯度钽当着电极，游离的钽离子与氮原子反应形成氮化钽。上述的方法同样需要专门设计相对应的镀膜设备，且对镀膜环境条件、反应温度都有一定的要求。在小批量、大型、复杂外形的零件镀膜时，设备成本就会变高。此外，当前的镀膜工艺，为了避免原料的浪费，还需要专门设置原料回收装置，设备成本进一步提高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供前驱体涂布气体保护激光制备氮化钽膜装置及方法，其能够不依赖高成本设备以及严苛的环境条件就能完成氮化钽膜的制备，制备效率高，原料的利用率高，氮化钽膜质量好，操作便捷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种前驱体涂布气体保护激光制备氮化钽膜装置，其包括底座、喷笔和激光镜头模块，所述的喷笔和激光镜头模块设置在底座上；

所述喷笔包括笔管、设置在笔管前端的针头、罩住针头且与笔管旋接的笔帽、设置在笔管后端的进料口、套设在笔管外周的外管、设置在外管前端且圆周均布的若干第一喷气口以及设置在外管后端的第一保护气体进口；所述笔帽上设有与针头相配合的出料孔，旋动笔帽可调节针头与出料孔的间距；

所述进料口包括进气管以及设置在进气管上并相互导通的进液管，所述进气管用于引入高压载体气体，所述进液管用于引入液态涂料；

所述激光镜头模块包括管状的壳体、设置在壳体内的第一凸镜、旋接于壳体前端的圆帽、卡嵌在圆帽上的第二凸镜以及设置在壳体后端的光纤波导；旋动所述圆帽可调节第一凸镜和第二凸镜的间距；所述光纤波导用于引入激光束。

优选地，所述壳体的后端设有第二保护气体进口，所述圆帽上围绕所述第二凸镜圆周均布有若干第二喷气口。

优选地，所述第一保护气体进口和第二保护气体进口相同导通。