[發(fā)明專利]一種在物體表面制備薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410079445.3
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103849849A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬能;樊路嘉;孫立濤
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: C23C14/54
• 分類號: C23C14/54
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在物體表面制備薄膜的方法，能夠在不規(guī)則形狀物體的凸形表面均勻制備薄膜，屬于薄膜材料制備技術(shù)。

背景技術(shù)

薄膜技術(shù)是隨著近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生出來的一項技術(shù)。廣義的薄膜包涵了自支撐類型的薄膜，比如日常生活使用的保鮮膜、塑料袋等等有機高分子薄膜；以及各種附著在物體表面的功能薄膜，比如眼鏡片表面制備的減反膜，工件表面生長的防氧化膜，用于半導(dǎo)體芯片制造的各種半導(dǎo)體材料薄膜等等。

在物體表面制備的薄膜包括很多種，按照其功能不同，可以大概分出以下幾種：1）光學(xué)功能薄膜，主要利用其光學(xué)透/反射特性，其中比較常見的例子是鍍有氟化鎂的光學(xué)鏡片；2）電學(xué)功能薄膜，主要利用其導(dǎo)電、絕緣或者半導(dǎo)體特性，其中比較典型的例子是半導(dǎo)體工藝中使用的金屬薄膜、氧化硅薄膜、硅薄膜等等；3）熱學(xué)功能薄膜，主要利用其良好的熱導(dǎo)或熱阻特性，比較典型的例子是各種熱界面薄膜材料；4）機械功能薄膜，主要利用其較好的機械特性，起到保護物體表面的作用；5）其他帶裝飾功能的薄膜，主要利用薄膜特殊的顏色，質(zhì)地等等，起到美化的作用。這些不同功能的薄膜通常需要使用不同的材料，而每種特定的材料均涉及到了在各種不同幾何形狀的物體表面進行材料制備的課題。

目前，薄膜材料制備的方法有很多種，比較典型的有：直流或射頻濺射（DC?sputtering、R.F.sputtering）、熱蒸發(fā)（thermal?evaporation）、電子束蒸發(fā)（e-beam?evaporation）、物理或化學(xué)氣相沉積（PVD、CVD）、分子束外延（MBE）、原子層淀積（ALD）等等。

普通用途且低沉本的薄膜多采用直流或射頻濺射、熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)等方法，這些方法均可以實現(xiàn)較高效率的、大面積的薄膜制備，并且在合理控制工藝條件的情況下也可以獲得較高質(zhì)量的薄膜，因此很多工業(yè)化生產(chǎn)都是用這些方法進行。但是，這些方法有一個共有的缺點，也即薄膜的電極具有“投影效應(yīng)”：正對著生長源的部分薄膜淀積速度要遠大于偏離生長源部分的淀積速度；這一特點使得要獲得具有均勻厚度的薄膜材料具有一定的困難，為了克服這一問題，有部分研究者提出了旋轉(zhuǎn)襯底、優(yōu)化工藝參數(shù)、多次生長工藝等等方法，使得薄膜的均勻性獲得了較好的改進。但是，基于投影效應(yīng)，這些改進的途徑僅僅可以用于改進在平面型結(jié)構(gòu)的樣品表面制備的薄膜的厚度均勻性，對于具有凸形表面結(jié)構(gòu)的物體，這一方法無法實現(xiàn)均勻的薄膜制備。

在現(xiàn)階段，隨著薄膜制備手段的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，在各種不同形狀的表面制備較高質(zhì)量的均勻薄膜材料成為了一個需求。雖然有人也提出了使用將物體表面的曲面進行分解，分解成比較接近于平面結(jié)構(gòu)的表面后再進行薄膜淀積的方法，但是這一方法無疑增加了工藝復(fù)雜性，提高了成本。更重要的，對于某些不能將物體分解和再拼接，或者分解和再拼接會嚴(yán)重影響其整體性能的場合，在其表面進行較高質(zhì)量的薄膜制備就成為了一個難題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種在物體表面制備薄膜的方法，能夠在異形表面進行高質(zhì)量的、厚度均勻的薄膜制備，利用機器手臂實時精確控制待鍍膜物體或者薄膜生長源的方位，使生長源在物體表面進行掃描；使用生長源的生長速度、掃描時間等參數(shù)對薄膜的厚度和生長質(zhì)量進行優(yōu)化控制，實現(xiàn)對任意形狀凸形表面的較高質(zhì)量生長；能夠克服現(xiàn)有薄膜制備過程中的“投影效應(yīng)”，并實現(xiàn)在物體表面進行不同位置的薄膜生長工藝控制，以達到特定的使用目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種在物體表面制備薄膜的方法，其特征在于：基于薄膜制備裝置進行薄膜制備，所述薄膜制備裝置包括固定端A、五坐標(biāo)軸位置控制臺B、樣品臺定位機構(gòu)和生長源定位機構(gòu)，所述樣品臺定位機構(gòu)包括機械定位裝置C、樣品臺D、X軸向攝像機F和Y軸向攝像機E，所述生長源定位機構(gòu)包括生長源定位裝置G和生長源H；所述固定端A用于固定五坐標(biāo)軸位置控制臺B和機械手，所述五坐標(biāo)軸位置控制臺B用于設(shè)置樣品臺D和生長源H的位置，所述械定位裝置C按照五坐標(biāo)軸位置控制臺B的設(shè)置要求固定樣品臺D，所述生長源定位裝置G按照五坐標(biāo)軸位置控制臺B的設(shè)置要求固定生長源H；所述五坐標(biāo)軸位置控制臺B的圓心位置為樣品臺D的中心，其五個坐標(biāo)參量為X軸、Y軸、Z軸、ALPHA旋轉(zhuǎn)角和BETA旋轉(zhuǎn)角，所述ALPHA旋轉(zhuǎn)角和BETA旋轉(zhuǎn)角是以X軸、Y軸和Z軸中的兩個軸為轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角；該方法具體包括如下步驟：