CN104152844A - 一种在真空中搭载衬底的方式 - Google Patents

Abstract

本发明属于薄膜生长或薄膜制备领域，更确切地说涉及在衬底上进行沉积或喷镀等方法进行薄膜制备的领域以及类似装置。本发明的内容是提供一种在真空下搭载衬底的方法，此方法可以解决高温下衬底原子流失影响平整度的问题，并且由于有效的利用了空间，可以实现薄膜的大尺寸、大批量的生产；本发明将衬底（2）缠绕在固定于隔热板（3）上的桩子（1），这种搭载方式既节省空间，又可以保证任何衬底区域都有相对应的一衬底区域，相对应的两衬底区域可以互相补偿其在薄膜生长的高温过程中因为热蒸发所流失的衬底表面原子，从而有效避免衬底在高温下的蒸发造成的成膜形貌缺陷，可以批量生长出平整的、高质量的薄膜材料。

Description

一种在真空中搭载衬底的方式

技术领域

本发明涉及薄膜生长或薄膜制备领域，更确切地说涉及在衬底上进行沉积或喷镀等方法批量进行薄膜制备的领域以及类似装置。

背景技术

薄膜材料及相关薄膜器件兴起于20世纪60年代，是新理论、高技术高度结晶的产物。随着现代科学和技术的快速发展，许多领域都需要使用大量功能各异的无机新材料或薄膜材料，如石墨烯、六角氮化硼等。薄膜材料与元器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。一般来讲，为了达到所需的性能，薄膜材料必须是高纯的。而为了得到高纯度的产品，科学界、工艺界也发明了很多制备方法。一般来讲，基本方法不外乎物理成膜法和化学成膜法两种。

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)技术：在真空条件下，采用物理方法，将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基底表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。

化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)技术：是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基底表面，进而制得固体薄膜材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。化学气相沉积技术是一种用来产生纯度高、性能好的固态材料的化学技术。半导体产业使用此技术来成长薄膜。典型的CVD制程是将基底暴露在一种或多种不同的反应物下，在基底表面发生化学反应或/及化学分解来产生欲沉积的薄膜。反应过程中通常也会伴随地产生不同的副产品，但大多会随着气流被带着，而不会留在反应腔中。微制程大都使用CVD技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶、非晶及磊晶材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、纳米碳管、SiO2、硅锗、钨、硅碳、氮化硅、氮氧化硅及各种不同的high-k介质等材料。

目前来讲，无论是PVD，还是CVD，工艺中都存在一下两个缺陷：

    需要对基底加热至高温；对于基底来讲，当温度达到成膜所需温度（几百度甚至更高）的时候，衬底的原子表面会发生蒸发现象，造成衬底表面平整度变差，进而影响到成膜形貌、质量；

    工艺非常复杂，一次只能制备单张薄膜，无法进行批量生产。

发明内容

针对以上提到的问题，提出本发明。

本发明的内容是提供一种在真空中搭载衬底的方式，既可以解决高温下基底原子蒸发的问题，又可以同时实现批量薄膜生长。

本发明解决问题的方法采用如下方案：

1、在垂直于地面的隔热板的板面，采用打桩的方式，安装若干用于支撑的桩子。通过将衬底缠绕在这些桩子上，可以实现任何衬底的较小的区域，都有与之相对或近似相对的衬底区域。在高温加热下的反应过程中，这种面对面的叠放方式可以使相对的衬底区域互相补偿蒸发出来的表面原子，避免衬底表面原子在高温下蒸发造成的成膜形貌缺陷；

2、本发明采用的衬底围绕桩子的固定方式，可以极大的节省、利用空间。愈发紧密地排布桩子，在一定的空间里可以缠绕的衬底的面积愈大。另外，桩子的长度决定了衬底可以缠绕的最大的宽度，即通过安插较长的桩子，同样可以扩增薄膜的产量；

3、说明书附图1和附图2分别展示了两种不同的打桩方式。附图1和附图2的（1）所示的是隔热板，（3）所示的是桩子，（2）所示的缠绕桩子的衬底。其中附图1的桩子采取上下交错、左右间隔的排布方式，缠绕后的衬底呈波浪形或S型，每一面衬底都有相对的一面衬底来作为补偿蒸发源；附图2的桩子采取螺旋的排布方式，缠绕后的衬底呈螺旋形，同样，每一面衬底都有相对的一面衬底来作为补偿蒸发源。衬底表面原子蒸发与补偿达到动态平衡时，衬底的平整度得到完好的保存，在平整的衬底上生成的薄膜材料可以保持良好的形貌，达到高质量的成膜产品。为了清晰展示打桩的方式，附图3描绘了没有搭载衬底的附图2的结构的侧视图，其中（1）是隔热板，（2）是固定在隔热板上的桩子；

4、隔热板上的桩子的排布并不限于方案3中所提到的两种情形。事实上，根据企业对自动化搭载衬底的难易程度的要求或对薄膜产量的要求，完全可以自行选择于工艺有利的打桩方式。

本发明的主要特点在于：

1.  方案1中所述的加热方法可以为： 电阻加热源、电子束轰击源等任何将衬底加热至薄膜生长所需要温度的加热方法；

2.  方案3中所述的衬底（2）可以但不仅限于：铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铂(Pt)、金(Au)、铬(Cr)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、钌(Rh)、钽(Ta)、钛(Ti)、铑（Rh）、钨(W)、硅（Si）、碳化硅（SiC）中的一种或任意两种以上的组合；

3.  方案3中所述的桩子的材料可以为任意硬质耐高温的材料，例如钼(Mo)、热解石墨等；

4.  方案3中所述的隔热板的材料可以为任意耐高温、导热率低的材料，例如钼(Mo)、不锈钢等；

5.  方案3中所述的薄膜可以为任意薄膜材料，例如石墨烯、六角氮化硼等。

方案3中所述的隔热板上的桩子的排布并不仅仅限于所提到的波浪形和螺旋形这两种情形。根据所需生长的薄膜的面积或任何其他生长工艺的考量，可以采取任何紧致的或宽松的排布桩子的方式，也可以采取任何适宜的桩子的长度。

附图说明：

图1. 波浪形的打桩方式的示意图。其中（1）为桩子，（2）为衬底，（3）为桩子固定于其上的隔热板；

图2. 螺旋形的打桩方式的示意图。其中（1）为桩子，（2）为衬底，（3）为桩子固定于其上的隔热板；

图3. 没有搭载衬底的图2的结构的侧视图。其中（1）为桩子固定于其上的隔热板，（2）为桩子。

具体实施方式：

下面将结合附图1对本发明作进一步的详细描述。

实施例： 一种可批量生产薄膜的衬底搭载的方式

1.参照说明书附图1，用硬质耐高温材料做成的桩子（1）固定在隔热板（3）上，隔热板采用导热率低、耐高温的材料；

2.将衬底（2）缠绕在上下交错、左右间隔的桩子（1）上，最终衬底形成层叠的波浪形的排布，相邻的两个层叠的衬底平面在高温下互相补偿对方蒸发出来的衬底原子，避免了衬底表面的由于原子蒸发而造成的形貌缺陷；

采用上述的打桩方式，可以实现衬底围绕桩子的致密缠绕，从而在固定的空间内可以扩展衬底的长度；通过增大桩子的长度，可以扩展缠于其上的衬底的宽度，两相结合可以实现薄膜的大面积批量生产。

Claims (7)

1.一种在真空中搭载衬底的方式，其特点在于：通过合理安插硬质耐高温的桩子在隔热板上，可以实现衬底紧贴桩子的致密缠绕，这种打桩缠绕的方式为所有的衬底区域都构建了相对应的衬底区域，从而实现在高温生长过程中相对的衬底区域互相补偿蒸发出来的表面原子，避免衬底表面原子在高温下蒸发造成的成膜形貌缺陷；另外，这种紧密缠绕的方式有效的利用了空间，可以实现大面积的薄膜生长。

2.权利要求1中所述的高温环境的实现方法可以为： 电阻加热源、电子束轰击源等任何将衬底加热至薄膜生长所需要温度的加热方法。

3.根据权利要求1中所述的衬底，其特性在于：可以但不仅限于：铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铂(Pt)、金(Au)、铬(Cr)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、钌(Rh)、钽(Ta)、钛(Ti)、铑（Rh）、钨(W)、硅（Si）、碳化硅（SiC）中的一种或任意两种以上的组合。

4.权利要求1中所述的桩子的材料可以为任意硬质耐高温的材料，例如钼(Mo)、热解石墨等。

5.权利要求1中所述的隔热板的材料可以为任意耐高温、导热率低的材料，例如钼(Mo)、不锈钢等。

6.权利要求1中所述的薄膜可以为任意薄膜材料，例如石墨烯、六角氮化硼等。

7.权利要求1中所述的隔热板上的桩子的排布并不仅仅限于所提到的波浪形和螺旋形这两种情形，根据所需生长的薄膜的面积或任何其他生长工艺的考量，可以采取任何紧致的或宽松的排布桩子的方式，也可以采取任何适宜的桩子的长度。