[發明專利]具有多層復合防護膜的基底材料的制備方法

無效

• 申請號: 201010565287.4
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN101974734A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 尹桂林;宋佳;金彩虹;何丹農
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

發明領域

本發明涉及一種具有多層復合無機防護膜的基底材料的制備方法。

背景技術

對于金屬的制品、器件、零部件防護現有技術有多種方法，有表面改性、添加防護劑涂層、表面鍍膜等各類技術。其中通過噴涂、物理或化學氣相沉積方法，在金屬表面形成一層氧化鋁、氧化硅、氮化鈦、碳化硅、類金剛石薄膜等方法，上述材料對含氧氣體如空氣或水蒸汽具有低透氣性，而且具有很好的硬度，不僅能夠提高其抗氧化性和阻隔性能，還能夠提高基底硬度及耐磨性等性能。如專利“氧化鋁涂層、帶涂層產品及其制造方法”（申請號：200580007972.2）利用化學氣相沉積技術制備了含α氧化鋁涂層，提升刀具的性能壽命；專利“銀幣表面不可見抗變色保護層及制備方法”（申請號：200710159064.6）中，利用磁控濺射制備氧化鋁保護層，以提高銀幣在大氣中的抗氧化性，確保銀幣長期保證外觀質量；專利“具有防護涂層的涂敷制品和用于制造該涂敷制品的陰極靶”（申請號：03811934），利用磁控濺射或化學氣相沉積等涂覆氧化鋁和氧化硅的復合涂層，用于基材的防護。

上述的技術具有非常廣泛的應用，但是對于三維結構特別復雜的制品、器件、零部件，PVD、CVD等方法均有嚴重的局限性，缺乏良好的階梯覆蓋，無法在所有表面形成均勻的薄膜。同時，對于一些電子器件，普通CVD方法所需溫度過高，也限制了其應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種具有多層復合無機防護膜的基底材料制備方法。

為達到上述目的，本發明的構思為：本發明利用原子層沉積（ALD）方法，將常規的CVD薄膜沉積分解成單原子沉積步驟，ALD的薄膜生長通過一層接一層的方式形成，因而在薄膜的均勻性、階梯覆蓋率以及厚度控制等方面都具有明顯的優勢，反應溫度也相對較低。ALD的薄膜生長，通常前驅體氣體在真空室中被吸附在基底上，然后真空抽出多余的該氣體，在基底上留下主要是單層的被吸附的前驅體薄層，然后在一定溫度下講第二種反應氣體引入反應室，與所吸收的前驅體反應，由此獲得所需要的材料原子層，并通過不斷重復該沉積方法以獲得所需要的薄膜材料。ALD具體沉積的方法描述可在“Atomic?layer?Epitaxy”,?Tuomo?Suntola,?Thin?Solid?Film,?1992,?Vol.216:?84-89中找到。

由于ALD是通過化學吸附和在吸附表面上發生反應來沉積薄膜，因此對于基底材料的形狀、結構不受任何限制，特別是對于一些高縱深比的結構，普通CVD和PVD根本無法實現鍍膜，而ALD可以較為容易的實現均勻成膜。同時，由于ALD是通過原子層在基底材料上面周期性生長形成薄膜，因此均勻性控制具有根本性的優勢，并且可以通過控制原子層的生長周期很好的控制薄膜的厚度。

常規CVD和PVD在薄膜生長方面，是在基底表面上有限數量的成核位置處開始生長，而這種技術會導致柱狀晶邊界有柱形的微結構，氣體很容易沿著這些邊界滲透，而ALD制備的薄膜是在整個基地材料表面通過化學吸附和在吸附表面上發生反應，并不斷周期性重復來生長薄膜，每一層薄膜都具有致密的結構，因此具有更低的透氣率，使得作為防護膜更具效力，使用更薄的膜即可實現防護目標。

根據上述構思，本發明采用如下技術方案：

一種具有多層復合無機防護膜的基底材料制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

一種具有多層復合無機防護膜的基底材料制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a.將基底材料進行預處理并放入反應室，將反應室溫度加熱至100oC～500oC；

b.將三甲基鋁或Al(CH₃)N(CH₂)₅CH₃前驅體在0.1托～10托壓力下通入反應室，時間為0.2秒～5秒；

c.將氮氣或惰性氣體通入反應室，以清除未被基底化學吸附的三甲基鋁或Al(CH₃)N(CH₂)₅CH₃殘余氣體；

d.在0.1托～10托壓力下，將臭氧或水蒸汽反應氣體通入反應室，時間為0.2秒～5秒，使被基底吸附的三甲基鋁分子與臭氧或水蒸汽發生反應，形成一層氧化鋁原子層的沉積；

e.再將氮氣或者惰性氣體通入反應室，以清除未發生反應的臭氧或水蒸汽以及所述反應的副產物；

f.重復步驟b～e，使基底上覆蓋的氧化鋁層的厚度達到2nm～100nm；