一種解決高溫下襯底原子蒸發(fā)影響平整度的方案及類似裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說(shuō)涉及高溫下在襯底上進(jìn)行沉積或噴鍍等方法進(jìn)行薄膜制備的領(lǐng)域以及類似裝置。本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種解決高溫下襯底原子流失影響平整度的設(shè)計(jì)方案；本發(fā)明利用加熱裝置(1)來(lái)加熱襯底(2)至薄膜(3)生長(zhǎng)所需的溫度，在薄膜生長(zhǎng)的過程中利用熱反射裝置B來(lái)反射襯底表面蒸發(fā)的材料(4)、(5)，實(shí)時(shí)補(bǔ)償其襯底表面材料的流失；從而有效避免襯底在高溫下的蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷，可以生長(zhǎng)出平整的、高質(zhì)量的薄膜材料。
【專利說(shuō)明】一種解決高溫下襯底原子蒸發(fā)影響平整度的方案及類似裝
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說(shuō)涉及高溫下在襯底上進(jìn)行沉積或噴鍍等方法進(jìn)行薄膜制備的領(lǐng)域以及類似裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]21世紀(jì)，由于電子信息、生物技術(shù)、能源環(huán)境、國(guó)防等工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)各種材料的性能提出更新更高的要求，元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲(chǔ)和超快傳輸?shù)纫蟛牧系某叽缭絹?lái)越小，航空航天、新型軍事裝備及先進(jìn)制造技術(shù)使材料的性能趨于極端化。因此，新材料的研究和創(chuàng)新已經(jīng)是目前科學(xué)研究的重要課題和發(fā)展基礎(chǔ)。其中由于高純度的薄膜材料(如石墨烯、六角氮化硼等)具有特殊的物理和化學(xué)性能，以及由此產(chǎn)生的特殊的應(yīng)用價(jià)值，迅速成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。
[0003]為了得到高純度的薄膜材料，科學(xué)界、工藝界也發(fā)明了很多制備方法。其中，化學(xué)氣相淀積法(CVD)、分子束外延生長(zhǎng)法(MBE)等都是近幾十年發(fā)展起來(lái)的制備高純度薄膜材料的新技術(shù)。
[0004]CVD是Chemical Vapor Deposit1n的簡(jiǎn)稱，是一種基于化學(xué)反應(yīng)的薄膜淀積方法。此方法以氣體形式提供的反應(yīng)物質(zhì)，如制備石墨烯一般使用的甲烷、乙炔等；襯底置于反應(yīng)室中，在熱能、等離子體或者紫外光等的作用下，氣體反應(yīng)物在襯底表面經(jīng)化學(xué)反應(yīng)(分解或合成)形成固體物質(zhì)的淀積，即得到薄膜材料。
[0005]分子束外延(MBE)是50年代用真空蒸發(fā)技術(shù)制備半導(dǎo)體薄膜材料發(fā)展而來(lái)的。其方法是將襯底放置在超高真空腔體中，和需要生長(zhǎng)的薄膜材料按元素的不同分別放在噴射爐中，分別加熱到相應(yīng)溫度的各元素噴射出的分子流能在上述襯底上生長(zhǎng)出極薄的(可薄至單原子層水平)單晶結(jié)構(gòu)或薄膜材料。如說(shuō)明書附圖1為一種分子束外延摻雜模型，其中F為入射分子束，F(xiàn)d為入射摻雜分子束。
[0006]目前來(lái)講，制備石墨烯、六角氮化硼等新型材料所用的襯底通常為銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)等。對(duì)于這些襯底來(lái)講，在制備過程中都存在一種缺陷，即:當(dāng)反應(yīng)爐或噴射爐內(nèi)溫度達(dá)到化學(xué)反應(yīng)所需溫度(幾百度甚至更高)的時(shí)候，襯底的原子表面 會(huì)發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，造成襯底表面平整度變差，進(jìn)而影響到成膜形貌、質(zhì)量。如說(shuō)明書附圖2:A圖為金屬襯底示意圖，襯底的表面應(yīng)該是平滑的；在高溫反應(yīng)時(shí)，成膜材料會(huì)在襯底沉積，理想情況下形成均勻平整的薄膜材料，如示意圖B ;但實(shí)際中，襯底材料會(huì)在高溫下發(fā)生原子表面蒸發(fā)造成流失，隨著時(shí)間推移，越晚沉積的部位襯底原子流失越厲害，形成如示意圖C所示的形貌缺陷。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
:針對(duì)以上提到的問題，提出本發(fā)明。
[0008]本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種解決高溫下襯底原子流失影響平整度的設(shè)計(jì)方案；并構(gòu)建一種類似的加熱裝置，此裝置可以在薄膜生長(zhǎng)中實(shí)時(shí)補(bǔ)償蒸發(fā)的襯底原子，可有效避免襯底在高溫下的蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷，可以生長(zhǎng)出平整的、高質(zhì)量的薄膜材料。[0009]本發(fā)明涉及的解決方案為:對(duì)應(yīng)薄膜生長(zhǎng)時(shí)，在襯底反方向安置一高溫?zé)嵩?，襯底表面蒸發(fā)的原子遇到此反射源后，首先沉積，隨后在高溫下又被熱源蒸發(fā)，類似一個(gè)反射過程，襯底原子實(shí)時(shí)補(bǔ)給回襯底；襯底的表面原子蒸發(fā)與補(bǔ)給達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，襯底的平整度得到完好的保存，在平整的襯底上生成的薄膜材料可以保持良好的形貌，達(dá)到高質(zhì)量的成
膜產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明涉及的類似加熱裝置包含:一個(gè)加熱爐，此加熱爐可將樣品(即襯底)加熱至薄膜生長(zhǎng)所需的溫度；一個(gè)與之相對(duì)的熱反射源，其材料不需與襯底相同，只需在高溫下將襯底蒸發(fā)的原子反射補(bǔ)償給襯底即可。同時(shí)，裝置或許還需要至少兩組支撐、固定器件，以實(shí)現(xiàn)將上述加熱爐和熱反射源連接在外部設(shè)備(如真空腔室)中完成薄膜生長(zhǎng)的目的。
[0011]本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于:
[0012]1.通過在襯底反方向安置一高溫?zé)岱瓷溲b置，使襯底表面蒸發(fā)的原子被熱源反射，實(shí)時(shí)補(bǔ)給到襯底，使襯底表面原子蒸發(fā)與吸收達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；可有效避免襯底在高溫下的蒸發(fā)造成的鍍膜形貌缺陷，可以生長(zhǎng)出平整的、高質(zhì)量薄膜材料。本發(fā)明利用加熱裝置
(I)來(lái)加熱襯底(2)至薄膜(3)生長(zhǎng)所需的溫度，在薄膜生長(zhǎng)的過程中利用高溫反射裝置B來(lái)反射襯底表面蒸發(fā)的材料(4)、(5)，實(shí)時(shí)補(bǔ)償其襯底表面材料的流失。
[0013]2.說(shuō)明I中所述的加熱裝置A可以為:電阻加熱源，電子束轟擊源，等任何將襯底加熱至薄膜生長(zhǎng)所需要溫度的加熱裝置。
[0014]3.說(shuō)明I中所述的熱反射裝置B可以為: 任何形式的加熱裝置，只需將襯底(2)表面流失的原子向回反射，并且不會(huì)造成對(duì)襯底的污染即可。
[0015]4.說(shuō)明I中所述的襯底(2)包含但不僅限于:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、硅(Si)、碳化硅(SiC)中的一種或任意兩種以上的組合。
[0016]5.說(shuō)明I中所述的薄膜(3)可以為任意薄膜材料，例如硅、石墨烯、六角氮化硼等。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0017]圖1.一種分子束外延摻雜模型，其中F為入射分子束，F(xiàn)d為入射摻雜分子束。
[0018]圖2.襯底的各種狀態(tài)示意圖。其中A為平滑的原子表面金屬襯底示意圖；B為理想情況下，在平滑襯底上沉積形成的均勻平整的薄膜材料示意圖；C為襯底在高溫下發(fā)生原子表面蒸發(fā)，形成具有形貌缺陷的薄膜示意圖。
[0019]圖3.解決高溫下襯底原子表面蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)示意圖。其中A為可將樣品懸掛加熱的加熱爐為熱反射裝置；(I)為加熱裝置；(2)為襯底；(3)為薄膜；(4)為高溫下蒸發(fā)流失的襯底表面材料；(5)為被熱反射源反射回的襯底表面材料。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]實(shí)例一:參照?qǐng)D3。
[0022]利用加熱裝置⑴來(lái)加熱襯底(2)至薄膜(3)生長(zhǎng)所需的溫度。襯底(2)包含但不僅限于:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、硅(Si)、碳化硅(SiC)中的一種或任意兩種以上的組合。
[0023]在薄膜生長(zhǎng)的過程中利用高溫?zé)岱瓷溲b置B來(lái)反射高溫下因蒸發(fā)流失的襯底表面材料(4)。高溫?zé)岱瓷湓碆可以與加熱爐A具有相同結(jié)構(gòu)，其表面材料不會(huì)因?yàn)槭軣嵴舭l(fā)對(duì)襯底(2)造成污染，并且不會(huì)吸附所蒸發(fā)出襯底材料(4)。只需達(dá)到將襯底(2)表面流失的原子向回反射的作用即可。由于材料表層原子脫離表面的概率是其溫度的函數(shù)，如果反射源溫度滿足上述條件，正好可以通過反射補(bǔ)償襯底在此溫度下?lián)p失的表面原子，有效地避免襯底在高溫下的蒸 發(fā)造成的鍍膜形貌缺陷，可以生長(zhǎng)出平整的、高質(zhì)量薄膜材料。
【權(quán)利要求】
1.一種解決高溫下襯底原子流失影響平整度的設(shè)計(jì)方案，其設(shè)計(jì)原理在于:在薄膜生長(zhǎng)的過程中，通過在襯底反方向安置高溫反射裝置，襯底表面蒸發(fā)的原子遇到此高溫裝置后，在高溫下又被熱源蒸發(fā)，類似一個(gè)反射過程，襯底原子實(shí)時(shí)補(bǔ)給回襯底；襯底的表面原子蒸發(fā)與補(bǔ)給達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，襯底的平整度得到完好的保存，在平整的襯底上生成的薄膜材料可以保持良好的形貌，達(dá)到高質(zhì)量的成膜產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方案構(gòu)建一種系統(tǒng)，系統(tǒng)包括:加熱裝置、高溫反射裝置；利用加熱裝置來(lái)加熱襯底至薄膜生長(zhǎng)所需的溫度，在薄膜生長(zhǎng)的過程中利用高溫反射裝置來(lái)反射襯底表面因蒸發(fā)所的流失的襯底表面材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱裝置，其特點(diǎn)在于:任何將襯底加熱至薄膜生長(zhǎng)所需溫度的加熱裝置，例如:電阻加熱源，電子束轟擊源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫反射裝置B，其特點(diǎn)在于:可以為任何形式的高溫源，只需將襯底表面流失的原子向回反射、并且不會(huì)對(duì)襯底造成污染即可。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其特性在于:在薄膜生長(zhǎng)條件下會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)或表面原子流失，此類襯底包含:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、娃(Si)、碳化硅(SiC)中的一種或任意兩種及 兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)的薄膜，其特性在于:可以為任意薄膜材料，例如:娃、石墨烯、六角氮化硼類薄膜材料。
【文檔編號(hào)】C23C16/448GK104032282SQ201310090237
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月10日
【發(fā)明者】董國(guó)材 申請(qǐng)人:常州碳維納米科技有限公司, 江南石墨烯研究院