[發明專利]一種產生亞穩相納米顆粒束流和沉積納米薄膜的氣相方法

有效

• 申請號: 201210438712.2
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102925863A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 陸偉華
• 申請（專利權）人: 蘇州新銳博納米科技有限公司
• 主分類號: C23C14/22
• 分類號: C23C14/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明涉及一種納米薄膜的氣相制備方法，尤其是通過團簇束流產生產生納米薄膜的氣相方法。

背景技術

亞穩相是指在熱力學平衡態條件下并非出于能量最低態的材料結構，以亞穩相結構為主的功能材料稱為亞穩相材料。常見的亞穩相材料例如，金剛石(相對于石墨)、類鉆碳、亞穩合金（鋼材）和亞穩磁性氧化物等，或包括亞穩表/界面(比如某些高指數界面)的材料等。由于亞穩材料具有許多常規穩態材料所不具備的特殊性能，因此亞穩材料的超常條件加工技術（比如過高壓、微重力、急冷、深過冷、強磁場、強電場、薄膜以及其他極端條件）一直是材料工程的關注點。納米材料是當前材料研究的熱點。人們期待，具有各種亞穩相結構和界面的納米顆粒及其組裝結構（如薄膜）將具有力熱光電方面優異的性能。

本發明著力優化的團簇束流產生方法以及團簇束流源發展于20世紀七八十年代^1-2。在傳統的團簇束流源中，先利用固體或者液體材料產生原子蒸氣并將該蒸氣通過極小的噴孔進入高真空端，利用多級噴孔對中產生準直的原子團簇束流。其主要特征為氣相生長、差分抽氣和中性束流的多級對中。最初的團簇束流主要用于原子分子物理學的研究，用于產生Na₁₃、Au₂₀等含數十個原子的原子團簇^3-5。沿著這一思路，團簇束流發生方法的主要改進在于產生蒸汽的方法（加熱、激光燒蝕）^6-9、噴嘴設計（尺寸和壓差）、原子數級別的束流成分選擇（脈沖選擇、磁偏轉）^10-11、束流離化和高能加速^8，12-15以及相關的量子調控手段（囚禁、激光操控）¹⁶。2008年報道的最新成果已經證實了M/ΔM高達20的束流成分選擇。由于原子分子物理的研究較少以工業應用為訴求，所以以應用材料為導向的文章和專利都是比較少的，而以團簇束流為手段以亞穩相材料制備為目的的文獻和專利則是完全沒有。

以“團簇and束流”對我國發明專利的摘要進行檢索，僅見到六項相關專利(200610037968.7；200710021318.8；200710023415.0；200810098905.1；201010514268.9；201010286912.1)，這六項專利都是與結構組裝有關的，與本申請涉及的裝置和束流方法發展無關，更無關亞穩材料。

現有國外專利文獻中，按照產生團簇的種類，團簇束流源分為氣體團簇束流和固體團簇束流源兩類。本發明關注納米顆粒的結構亞穩相，關注固態的納米顆粒產生，所以也只關心固態前驅體的團簇，也即固體團簇束流源。固體團簇束流源是形成固體(如Ag、Au等，而非Ar、H₂等)原子簇的裝置，則第一步要考慮采用濺射、激光燒蝕固體的方法形成原子氣，然后進入“種”束階段形成團簇束流。其重要的用途就是形成薄膜。相對于氣體團簇源，這方面的工作無論是學術論文或是專利都少得多。最早采用團簇束流制備薄膜的美國發明專利(US4152478)授權于1979年，題目為vaporized-metal?cluster?ion?source，介紹了一種產生含100-1000個原子的原子簇的產生方法，并將原子簇方法應用于薄膜沉積的工作。美國海軍部1989年也申請了類似的專利制備團簇離子用于薄膜沉積(US5051582)。1996年也有類似題目的專利申請(US5582879)，采用一種極低氣壓(10^-5Torr)的前驅物制備團簇及其薄膜。日本的I.Yamada和德國H.Haberland組在固態團簇離子沉積方面做了持續的發展^14，16。這方面發展受到高質量鏡面薄膜的支持。所以，Yamada和Haberland等組都把注意力放在平整薄膜的制備上，提出團簇離子束比原子束可以輸運更多的質量和能量，這可以訴求納米級別平整的薄膜，在光學材料中尋求應用，這些訴求還得到了軍方的支持。但是目前尚未有對納米顆粒結構相調控和亞穩相獲得的關注。這也體現在文獻上，如將metastable（亞穩）和cluster?beam（團簇束流）同時輸入進行專利和學術文獻檢索，完全沒有相關的專利，學術論文也主要是氣體團簇(He、Ar、NH₃或有機物等)或尺寸極小適用于原子分子研究的團簇。