原子层沉积工艺与设备

全屏阅读

2014-09-03 11:09:19 作者: 所属分类:未分类 阅读: 2,847 views

1.原子层沉积工艺   
    
原子层沉积技术(atomic layer deposition, ALD)已经逐渐成为了一项沉积功能薄膜的重要技术。该技术可以在纳米级尺度上精确控制物质成分和形貌,它可以将被沉积物质以单原子膜的形式一层一层的镀在基底表面。原子层沉积的过程是通过连续的自限制的半反应来实现的,在沉积的反应过程中反应的气相前驱体交替通入并在基底表面通过活性官能团形成单层化学吸附并完成反应,经过这样的交替循环的反应,薄膜将得到厚度的纳米级可控生长。由于具有这些沉积特性,原子层沉积技术具有沉积大面积均匀薄膜,膜厚纳米级可控生长,低温条件沉积,适合各种复杂基底(如高深宽比的结构)的优异性能。这些独特的优势使原子层沉积技术在大规模集成电路、新型能源、催化剂,储能材料等方面均有着重要的应用前景。
图1. 原子层沉积反应示意图(左),在复杂基底沉积薄膜SEM照片(右)
ALD生产催化剂
图2. ALD方法生成催化剂颗粒示意图
        目前,我们的研究方向主要为将区域选择性原子层沉积扩展到沉积纳米颗粒的方面中。我们将尝试通过分子自组装技术对基底进行改性,使原子层沉积过程在局域进行沉积而生成纳米颗粒。通过控制分子自组装单层的生长将有可能获得一些有特殊结构的纳米级尺度的模板。我们将利用这种模板生成纳米颗粒,并且实现对纳米颗粒大小和形貌的原子尺度的可控生长。并将这种纳米颗粒制备方法的适用范围从纯金属颗粒拓展到合金纳米颗粒,生成近表面合金催化剂,实现合金颗粒的密度分布、尺寸大小、以及组分的原子尺度可控。
2.原子层沉积设备
 flowtube粉体沉积设备:利用流化的方法,粉体颗粒将以连续运动的方式存在与粉体夹持器中,实现粉体分散状态下的表面包覆,提高包覆均匀性和整体包覆率,节省沉积
图3. flowtube粉体沉积设备
旋转式沉积设备:利用离心力带动粉体旋转,可以实现保压沉积工艺,提高前驱体的利用率,也可以利用高转速下的离心作用减轻粉体团聚程度,并通过与流化气流作用产生的压力差实现粉体颗粒的分散,增大反应表面积,提高包覆均匀性。
图4. 旋转式沉积设备
  
实验室相关论文:
1.K. Cao, Z.L. Ren, S.M. Xiang, Bin Shan, and Rong Chen*,"Atomic layer deposition of nanoparticles on self-assembled monolayer modified silicon substrate",Mater. Res. Soc. Symp. Proc Vol. 1546 (2013) (EI)
2.X.Q. Zhou,Y. Zhang, Z.Q. Dong, S.Y. Liu, C.W. Zhang,B. Huang, K. Cao, Bin Shan, Rong Chen*,"Ellipsometry Study on Nanoparticles Grown by Atomic Layer Deposition",Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1548 (2013) (EI)
实验室相关项目基金: 
1.国家重大科学研究计划青年科学家专题 “高效金属-氧化物复合催化剂的理性设计与性能调控”(2013CB934800) 2013-2017
2.国家自然科学基金资助项目青年基金“利用原子沉积法实现可控组分、大小的纳米催化颗粒生长”(51101064)2012-2014
3.数字制造装备与技术国家重点实验室“利用原子层沉积生长纳米颗粒的理论与实验研究”(0225100053)2011-2013
4.与Nanostellar公司国际合作项目“合金纳米催化剂的研究”2011-2013
5.华中科技大学人才引进基金 2009-2012