[發明專利]基于惰性氣體/氧等離子體的薄膜沉積方法及裝置

有效

• 申請號: 201910083882.5
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109750276B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 章程;王婷婷;邵濤;張福增;馬翊洋;王國利;羅兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心
• 主分類號: C23C16/448
• 分類號: C23C16/448;C23C16/513
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 朱靜謙

本發明屬于等離子體技術應用領域，具體涉及一種基于惰性氣體/氧等離子體的薄膜沉積方法。該方法包括將載氣通入前驅體，收集夾帶前驅體蒸汽的載氣，然后與激發氣體混合進行等離子體處理得到處理后的混合物，將其沉積于基板表面，控制基板溫度，經反應得到沉積于基板上的薄膜；激發氣體包括惰性氣體和氧氣，載氣包括氬氣，惰性氣體包括氬氣。該方法以氧氣為激發氣體，可以擴大放電通道，使放電過程更加穩定，增加了Si?O?Si、Si?OH兩種基團的含量，使其在薄膜生長區域內穩定沉積，改善薄膜的均勻性；通過控制基板的溫度，可以加快原子在基板的遷移速率，減少團聚現象和孔洞結構，使基團分布更均勻，薄膜結構更致密。

技術領域

本發明屬于等離子體技術應用領域，具體涉及基于惰性氣體/氧等離子體的薄膜沉積方法及裝置。

背景技術

近年來，大氣壓低溫等離子體技術在材料改性領域受到廣泛關注，低溫等離子體中的活性粒子與高能電子在材料表面發生物理刻蝕、交聯、接枝等過程，可以在材料表面接枝不同的基團和極性成分，從而改善材料表面的電學性能。與其他改性方法相比，低溫等離子材料表面改性具有處理條件簡單、耗能少、效率高、無污染等優點。此外，低溫等離子改性對材料表面的作用僅涉及表面的幾至幾百納米，在改善材料表面性能的同時又不影響材料的基體性能，在生物醫學、流動控制、廢水處理、材料表面改性等方面有諸多應用。

現有技術中，CN 105296955A中公開了一種等離子體增強原子層沉積銅薄膜的方法，該方法為使用銅前驅體進行等離子體輔助原子層沉積銅薄膜，其中，沉積溫度為室溫-300℃，等離子體輸入功率為20-200W，反應腔沉積氣壓為50-2000Pa，氣體為氫氣和氮氣；氫氣等離子體的還原性較強，適用于金、銅等貴重金屬的還原，但不利于氧化物薄膜的沉積。

中國專利文獻CN106952728B中，公開了一種利用大氣壓低溫等離子體提高電容器儲能密度的方法，該方法利用高壓電源激勵金屬電極產生大氣壓低溫等離子體，通過輸入合適的前驅體和工作氣體，激發等離子體，在電容器薄膜材料表面沉積絕緣薄膜，等離子體中的高能電子和活性粒子轟擊電容器薄膜材料表面，在其表面發生聚合和接枝作用，得到沉積一定厚度的絕緣薄膜；該制備方法中在室溫條件下對薄膜進行等離子體沉積處理，粒子在薄膜表面易發生團聚致使薄膜的致密性較差。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的薄膜上的基團分布不均勻致使薄膜存在缺陷、薄膜面積小等問題，從而提供一種基于惰性氣體/氧等離子體的薄膜沉積方法及裝置。

為此，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供了一種基于惰性氣體/氧等離子體的薄膜沉積方法，包括，

將載氣通入前驅體，收集夾帶前驅體蒸汽的載氣，所述載氣為惰性氣體；

將夾帶前驅體蒸汽的載氣與激發氣體混合，并進行等離子體處理，得到等離子體處理后的混合物，所述激發氣體包括氧氣；

將等離子體處理后的混合物沉積于基板表面，控制所述基板的溫度為60-150℃，在基板表面反應后得到沉積于基板上的薄膜。

所述前驅體蒸汽是通過對前驅體進行油浴加熱或水浴加熱得到。

進一步地，所述載氣的流量為30-500sccm；所述激發氣體的流量為2-5slm。

進一步地，所述激發氣體中還包括惰性氣體，所述激發氣體中氧氣的流量為5-100sccm。

進一步地，所述沉積的時間為3-15min；所述惰性氣體包括氬氣。

所述等離子體處理是以放電的形式對前驅體進行處理，所述放電的放電電壓為6-15kV，放電頻率為10-20kHz。

所述放電可以采用高壓射流放電或介質阻擋放電等形式；所述高壓電源可以是但不限于高頻高壓電源或納秒脈沖電源。