CN101660158A - 一种薄膜制备装置 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜制备装置包括雾化装置以及薄膜沉积装置。所述雾化装置用于雾化前驱体溶液。所述薄膜沉积装置用于将雾化后的前驱体溶液喷至基板表面以形成薄膜。所述雾化装置包括容器、振动传递膜以及振动元件。所述振动传递膜将容器分隔成第一收容部及第二收容部。所述第一收容部填充有振动传递液体。所述第二收容部用于填充前驱体溶液。所述振动元件位于第一收容部，用于产生振动，并使振动通过所述振动传递液体、振动传递膜传递至前驱体溶液，从而使前驱体溶液雾化。

Description

一种薄膜制备装置
技术领域
本发明涉及一种薄膜制备装置，尤其涉及一种可节省前驱体溶液并延长雾化发生器使用寿命的薄膜制备装置。
背景技术
半导体薄膜在电子器件、太阳能电池、功能材料、光电化学制氢等领域具有广泛的应用。目前大多数半导体薄膜材料的制备方法一般是化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition，CVD)、磁控溅射法、溶胶凝胶法等，其中溶胶凝胶法作为受欢迎的制备方法的一种具有生长温度低、沉积面积大、生长速度快、工艺易于控制等优点。喷雾热分解法是近年来逐渐发展起来的一种新的化合物半导体薄膜制备方法，该方法相对于溶胶凝胶法具有良好的取向性和外延性，且成本低、无需多次镀膜。常见的喷雾热分解技术的实现是将待镀膜的前驱体溶液雾化，再用载气将雾化的将待镀膜的前驱体溶液携带至加热的基板表面形成薄膜。常用前驱体溶液雾化方式有高速离心雾化、压力式雾化、气流式雾化以及超声波雾化等。
传统的雾化装置包括容器、位于容器内的雾化发生器(通常为压电振动片)以及安装于雾化发生器上的液位控制器。容器内填充有前驱体溶液，工作时，由于电子高频震荡，雾化发生器高频谐振从而将前驱体溶液分子结构打散而产生雾滴。采用这种雾化装置，当加入容器中的前驱体溶液的液位过低，雾化发生器会因高频振动发热且得不到及时冷却而遭到损坏。为保护雾化发生器，在其上安装液位控制器，容器中的液位必须超过液位控制器的高度，雾化装置才能工作；并且在这种雾化装置中，由于雾化发生器与待雾化的前驱体溶液直接接触，前驱体溶液可能腐蚀雾化发生器从而缩短雾化发生器的使用寿命。
因此，有必要提供一种可节省前驱体溶液并延长雾化发生器使用寿命的薄膜制备装置。
发明内容
一种薄膜制备装置包括雾化装置以及薄膜沉积装置。所述雾化装置用于雾化前驱体溶液。所述薄膜沉积装置用于将雾化后的前驱体溶液喷至基板表面以形成薄膜。所述雾化装置包括容器、振动传递膜以及振动元件。所述振动传递膜将容器分隔成第一收容部及第二收容部。所述第一收容部填充有振动传递液体。所述第二收容部用于填充前驱体溶液。所述振动元件位于第一收容部，用于产生振动，并使振动通过所述振动传递液体、振动传递膜传递至前驱体溶液，从而使前驱体溶液雾化。
相比于现有技术，上述薄膜制备装置的雾化装置具有如下优点：第一，通过振动传递液体、振动传递膜对前驱体溶液传递振动以将前驱体溶液雾化，无需前驱体溶液与振动元件直接接触从而延长了振动元件的使用寿命；第二，薄膜制备装置并不限制容置于雾化装置内的前驱体溶液的体积，只需加入少量前驱体溶液即可发生雾化并在基板表面镀膜。
附图说明
图1为本发明实施例提供的薄膜制备装置的结构示意图。
图2为使用本发明实施例提供的薄膜制备装置制备钌薄膜的示意图。
图3为使用本发明实施例提供的薄膜制备装置制得的氧化钌薄膜的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
请参阅图1，为本实施例提供的一种薄膜制备装置100，其用于将前驱体溶液雾化以在基板表面镀膜。薄膜制备装置100包括雾化装置10以及薄膜沉积装置20。
雾化装置10用于将前驱体溶液雾化，请参阅图1，雾化装置10包括容器11、振动传递膜12以及振动元件13。
振动传递膜12将容器11分隔成第一收容部14及第二收容部15。第一收容部14充有振动传递液体16。振动传递液体16可传播振动，例如超声波，本技术方案中，为避免振动元件13被腐蚀，振动传递液体16可以为甲醇、乙醇、丙酮等液态有机物或水。
第二收容部15用于填充前驱体溶液。第二收容部15包括远离第一收容部14的顶端15a以及靠近振动传递膜12的底端15b，顶端15a的尺寸小于底端15b的尺寸。第二收容部15靠近底端15b处具有进气口17以及进液口18。进气口17用于往第二收容部15内充入载气，用于将雾化的前驱体溶液携带至基板表面，载气可为氮气或氩气等惰性气体。进液口18用于往第二收容部15内加入前驱体溶液，以补充雾化后减少的前驱体溶液。优选地，进液口18与填充于第二收容部15的前驱体溶液的液面间的距离为3cm至8cm。
振动元件13位于第一收容部14，用于产生振动，并使振动依次通过所述振动传递液体16、振动传递膜12传递至填充于第二收容部15的前驱体溶液，从而使前驱体溶液雾化。振动传递膜12为可传递振动的膜层，本实施例中，振动传递膜12为聚乙烯膜。振动元件13可为压电振动片，其产生的振动可以为超声波。
优选地，当容器11的第二收容部15由透明材质制成时，雾化装置10可包括一个红外检测装置，该红外检测装置用于检测前驱体溶液雾化后液滴的直径大小。
可以理解，雾化装置10通过振动传递膜12将振动传递液体16密封于第一收容部14内，故本技术方案提供的雾化装置10的第一收容部14无需设置液位控制器，只需在第一收容部14充入足量的振动传递液体16即可保证振动元件13不会因发热而损坏。
薄膜沉积装置20包括导管21、加热台22和喷头23。加热台22用于承载并加热基板。喷头23与加热台22相对，用于对加热的基板表面喷出雾化的前驱体溶液。喷头23包括相对的连接端24和喷出端25，连接端24连接于导管21，喷出端25的面积大于连接端24的面积。优选地，为避免气雾进入大气中对环境造成污染，加热台22及喷头23可设置于一个密闭的沉积室内，该沉积室可收集并处理废气。导管21用于连接雾化装置10与喷头23，以将经雾化装置10雾化后的前驱体溶液传输至喷头23。具体地，导管21与雾化装置10的第二收容部15相连通。
请参阅图2，下面以超声波喷雾热分解法在基板200上镀钌薄膜为例说明该薄膜制备装置100的使用方法，可包括以下步骤：
第一步，制备前驱体溶液300并加入第二收容部15中。配置0.001mol/L的三(戊烷-2，4-二酮基)钌的甲醇溶液100ml，将该前驱体溶液300从进液口18加入至第二收容部15内，具体地，该前驱体溶液300承载于振动传递膜12上，同时与第二收容部15的底端15b的内壁相接触。
第二步，提供基板200，将其放置于加热台22上。对加热台22通电以加热基板200。基板200可为玻璃、硅晶片或陶瓷。本实施例中，对基板200加热至300°C。
第三步，对前驱体溶液300进行雾化。具体地，振动元件13产生超声波，并使振动通过所述超声波传递液体16、振动传递膜12传递至前驱体溶液300，从而使前驱体溶液300雾化。
第四步，往第二收容部15内充入载气，以将雾化的前驱体溶液携带至加热的基板200表面以形成镀膜。
通过进气口17往第二收容部15内充入载气，本实施例中，进气口17在前驱体溶液300的液面以上5cm。载气与雾化的前驱体溶液300形成气雾，由于第二收容部15的顶端15a的面积小于底端15b的面积，气雾到达顶端15a流速增大，依次经过导管21以及喷头23的连接端24，由于喷出端25的面积大于连接端24的面积，气雾到达喷出端25时流速减小，以此实现稳定的气雾供给。维持上述状态3060分钟，得到表面为亮黑色的钌薄膜，将所得的钌薄膜进行高温退火可得氧化钌薄膜，请参阅图3，为本技术方案实施例所得氧化钌薄膜的SEM照片。
相比于现有技术，上述薄膜制备装置100的雾化装置10具有如下优点：第一，通过振动传递液体16、振动传递膜12对前驱体溶液300传递振动以将前驱体溶液300雾化，无需前驱体溶液300与振动元件13直接接触从而延长了振动元件13的使用寿命；第二，薄膜制备装置100并不限制容置于雾化装置10内的前驱体溶液300的体积，只需加入少量前驱体溶液300即可发生雾化并在基板表面镀膜。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种薄膜制备装置，其包括雾化装置以及薄膜沉积装置，所述雾化装置用于雾化前驱体溶液，所述薄膜沉积装置用于将雾化后的前驱体溶液喷至基板表面以形成薄膜，其特征在于，所述雾化装置包括容器、振动传递膜以及振动元件，所述振动传递膜将容器分隔成第一收容部及第二收容部，所述第一收容部填充有振动传递液体，所述第二收容部用于填充前驱体溶液，所述振动元件位于第一收容部，用于产生振动，并使振动通过所述振动传递液体、振动传递膜传递至前驱体溶液，从而使前驱体溶液雾化。
2.如权利要求1所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述第二收容部包括远离振动传递膜的顶端以及靠近振动传递膜的底端，所述顶端的尺寸小于底端的尺寸。
3.如权利要求1所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述第二收容部具有进液口以及进气口，所述进液口用于往第二收容部内加入前驱体溶液，所述进气口用于往第二收容部内充入载气以将雾化的前驱体溶液携带至基板表面。
4.如权利要求3所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述进气口与填充于第二收容部的前驱体溶液的液面间的距离为3厘米至8厘米。
5.如权利要求1所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述雾化装置还进一步包括红外检测装置，所述红外检测装置用于检测前驱体溶液雾化后液滴的直径。
6.如权利要求1所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述薄膜沉积装置包括相对设置的加热台和喷头，所述加热台用于承载并加热基板，所述喷头与第二收容部相连通，用于对基板表面喷出雾化的前驱体溶液。
7.如权利要求6所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述薄膜沉积装置还进一步包括导管，所述导管用于连通第二收容部以及喷头。
8.如权利要求1所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述振动传递膜为聚乙烯膜。
9.如权利要求1所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述振动元件为压电振动片，所述振动为超音波。
10.如权利要求1所述的薄膜制备装置，其特征在于，所述振动传递液体为水、甲醇、乙醇或丙酮。
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