[發(fā)明專利]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

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310090237.9
• 申請日: 2013-03-10
• 公開（公告）號: CN104032282B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董國材
• 申請（專利權(quán)）人: 常州國成新材料科技有限公司
• 主分類號: C23C16/448
• 分類號: C23C16/448;C30B25/10
• 代理公司: 蘇州銘浩知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32246
• 代理人: 趙凱

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說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)：

21世紀(jì)，由于電子信息、生物技術(shù)、能源環(huán)境、國防等工業(yè)的快速發(fā)展，對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蟛牧系某叽缭絹碓叫。娇蘸教臁⑿滦蛙娛卵b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)。

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)、分子束外延生長法(MBE)等都是近幾十年發(fā)展起來的制備高純度薄膜材料的新技術(shù)。

CVD是Chemical?Vapor?Deposition的簡稱，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。

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)展而來的。其方法是將襯底放置在超高真空腔體中，和需要生長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。

目前來講，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)、鉑(Pt)等。對于這些襯底來講，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。

發(fā)明內(nèi)容：針對以上提到的問題，提出本發(fā)明。

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，可以生長出平整的、高質(zhì)量的薄膜材料。

本發(fā)明涉及的解決方案為：對應(yīng)薄膜生長時(shí)，在襯底反方向安置一高溫?zé)嵩矗r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。

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)加熱至薄膜生長所需的溫度；一個(gè)與之相對的熱反射源，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)中完成薄膜生長的目的。

本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于：

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，可以生長出平整的、高質(zhì)量薄膜材料。本發(fā)明利用加熱裝置(1)來加熱襯底(2)至薄膜(3)生長所需的溫度，在薄膜生長的過程中利用高溫反射裝置B來反射襯底表面蒸發(fā)的材料(4)、(5)，實(shí)時(shí)補(bǔ)償其襯底表面材料的流失。

2.說明1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所需要溫度的加熱裝置。

3.說明1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)造成對襯底的污染即可。