CN115627455A - 一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置及工艺，包括底板，所述底板的顶部均匀安装有纳米线生长台，所述底板的两侧对应安装有横向平移机构，所述横向平移机构的一侧安装有竖直平移机构，所述竖直平移机构包括固定板，所述固定板上通过轴承活动穿插设置有内喷洒壳，所述内喷洒壳的外壁转动套接有外喷洒壳，所述内喷洒壳的一端均匀开设有大喷洒孔，所述外喷洒壳的一端均匀开设有小喷洒孔，所述小喷洒孔呈环形分布在大喷洒孔的外围，所述外喷洒壳的底壁呈环形设置有激励激光发射器，所述外喷洒壳的外壁对应开设有通孔二，所述内喷洒壳的外壁对应开设有通孔一，该装置解决了当前实用性差的问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置及工艺。
背景技术
基于半导体材料的光控调制技术是太赫兹基本调控技术之一，其调制信号来源于外部的激励激光，当入射激光的光子能量大于半导体材料的禁带宽度时，材料内部的基态电子吸收光子所携带的能量而跃迁至激发态，形成光生载流子导致器件电导率发生变化，当电导率提高，太赫兹波穿过器件时的衰减增强，透射的太赫兹波幅值降低，从而起到调制的作用。
基于VLS(Vapour-Liquid-Solid,VLS)模式的“自下而上”的低温(<350℃)金属(Sn、In)诱导的自组装硅纳米线生长技术在尺寸控制、形貌、组分和掺杂调控方面提供了丰富的调控自由度，且可实现大面积、高产率、低温低成本地宏量制备，在制备工艺和器件集成方面优势明显。VLS自组装硅纳米线生长过程是首先通入前驱气体，在一定的温度下使金属液滴和硅形成共融体，最后形成固态的晶态纳米线。具体而言，VLS模式生长纳米线主要以化学气相沉积技术为基础，将衬底升温至诱导金属和硅的共融点温度之上，通入前驱气体如硅烷，以提供硅纳米线生长所需要的硅原子。前驱气体在高温下逐渐融入液态金属，在此过程中，硅烷分子会在液态金属表面分解，硅氢键被打断，硅原子逐渐进入到液态金属内部，直至饱和，硅原子开始析出，并在衬底淀积，最终长出具有一定晶向的晶态纳米线。
现有的纳米线生长调制装置前驱气体和金属液滴的喷洒在不同装置上进行，无法使得前驱气体均匀弥散在金属液滴的周围，因此生长出的纳米线良品率不高，实用性差。该现象成为本领域人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的集材装置一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置，包括底板，所述底板的顶部均匀安装有纳米线生长台，所述底板的两侧对应安装有横向平移机构，所述横向平移机构的一侧安装有竖直平移机构，所述竖直平移机构包括固定板，所述固定板上通过轴承活动穿插设置有内喷洒壳，所述内喷洒壳的外壁转动套接有外喷洒壳，所述内喷洒壳的一端均匀开设有大喷洒孔，所述外喷洒壳的一端均匀开设有小喷洒孔，所述小喷洒孔呈环形分布在大喷洒孔的外围，所述外喷洒壳的底壁呈环形设置有激励激光发射器。
本发明进一步说明，所述外喷洒壳的外壁对应开设有通孔二，所述内喷洒壳的外壁对应开设有通孔一，所述通孔二与通孔一相互配合设置。
本发明进一步说明，所述外喷洒壳的外壁对应连接有连接管，所述连接管与通孔一相互贯通，所述连接管上对应安装有罗茨泵，两个所述罗茨泵分别位于外喷洒壳的两侧。
本发明进一步说明，所述罗茨泵的一端贯通连接有金属液滴供给部和前驱气体供给部，所述金属液滴供给部和前驱气体供给部与两个罗茨泵的连接处设置有切换阀，所述连接管的一端贯通连接有废料回收端，所述废料回收端与连接管之间设置有阀门。
本发明进一步说明，所述外喷洒壳的内壁对应通过焊接固定有弯折板，所述弯折板为弹性可形变材质，所述弯折板与外喷洒壳的内壁之间连接有弹簧，两个所述弯折板对应分布在通孔二的一端，所述内喷洒壳的外壁对应安装有限制块，所述限制块对应分布在通孔一的一端，所述限制块与弯折板相互配合。
本发明进一步说明，所述连接管与外喷洒壳的连接处安装有稳压阀。
本发明进一步说明，所述内喷洒壳的顶部伸出固定板，且内喷洒壳顶部伸出的一端安装有旋钮。
一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置的调制工艺，包括以下具体步骤：
S1、调整横向平移机构和竖直平移机构的位置，使得激励激光发射器对准纳米线生长台的顶部，并且距离合适的距离；
S2、激励激光发射器工作发射激励激光，同时使得通孔二与通孔一对齐；
S3、正向启动罗茨泵开始泵送金属液滴，使得金属液滴从大喷洒孔喷出并弥散在纳米线生长台的上方；
S4、调整内喷洒壳的角度，使得通孔二与通孔一错开，并且调整切换阀，使得前驱气体供给部接通，开始泵送前驱气体，前驱气体从大喷洒孔和小喷洒孔喷出，均匀弥散在金属液滴周围，开始进行纳米线的生长；
S5、生长完毕后，反向启动罗茨泵开始反向抽吸，将废料从小喷洒孔向上抽吸，接通废料回收端将废料进行回收。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，采用内喷洒壳和外喷洒壳双重喷洒的设定，在需要泵入金属液滴时和需要泵入前驱气体时能够选择性地通过不同喷洒孔喷出，保证前驱气体能够均匀弥散在金属液滴周围，只需要一个喷洒工位，切换喷洒介质的过程简单。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的内喷洒壳与外喷洒壳安装结构示意图；
图3是本发明的图2中A-A剖视示意图；
图4是本发明的内喷洒壳倾斜状态工作原理示意图；
图5是本发明的整体气路原理示意图；
图6是本发明的外喷洒壳与内喷洒壳气路原理示意图；
图中：1、底板；2、纳米线生长台；3、横向平移机构；4、竖直平移机构；5、固定板；61、旋钮；62、内喷洒壳；63、外喷洒壳；621、通孔一；622、单向阀；623、限制块；631、通孔二；632、弯折板；633、弹簧；71、金属液滴供给部；72、前驱气体供给部；73、连接管；74、罗茨泵；75、稳压阀；76、废料回收端；77、切换阀；81、大喷洒孔；82、小喷洒孔；9、激励激光发射器。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图6，本发明提供技术方案：一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置及工艺，包括底板1，底板1的顶部均匀安装有纳米线生长台2，底板1的两侧对应安装有横向平移机构3，横向平移机构3的一侧安装有竖直平移机构4，竖直平移机构4包括固定板5，固定板5上通过轴承活动穿插设置有内喷洒壳62，内喷洒壳62的外壁转动套接有外喷洒壳63，内喷洒壳62的一端均匀开设有大喷洒孔81，外喷洒壳63的一端均匀开设有小喷洒孔82，小喷洒孔82呈环形分布在大喷洒孔81的外围，外喷洒壳63的底壁呈环形设置有激励激光发射器9，当进行调制时，首先启动激励激光发射器9，并且调整横向平移机构3和竖直平移机构4至合适位置，较佳地过程为首先水平使得内喷洒壳62与某排纳米线生长台2对齐，并且此时处于最低位置，然后随着纳米线的逐渐成型，竖直平移机构4缓慢抬升，达到纳米线的成型效果，通过大喷洒孔81喷洒出大滴的金属液滴，通过小喷洒孔82喷出前驱气体，达到前驱气体均匀分布在金属液滴的外围，有助于更好地形成纳米线；
外喷洒壳63的外壁对应开设有通孔二631，内喷洒壳62的外壁对应开设有通孔一621，通孔二631与通孔一621相互配合设置，通孔一621和通孔二631用于使得金属液滴和前驱气体顺利进入内喷洒壳62和外喷洒壳63的内部；
外喷洒壳63的外壁对应连接有连接管73，连接管73与通孔一621相互贯通，连接管73上对应安装有罗茨泵74，两个罗茨泵74分别位于外喷洒壳63的两侧，通过启动罗茨泵74可以使得前驱气体和金属液滴能够顺利泵送，通过连接管73形成介质的顺利流通；
罗茨泵74的一端贯通连接有金属液滴供给部71和前驱气体供给部72，金属液滴供给部71和前驱气体供给部72与两个罗茨泵74的连接处设置有切换阀77，连接管73的一端贯通连接有废料回收端76，废料回收端76与连接管73之间设置有阀门，通过金属液滴供给部71提供金属液滴，通过前驱气体供给部72提供前驱气体，两者实现不处于混合状态，便于保持两者的纯净度，通过调整切换阀77来决定什么时候通入前驱气体，什么时候通入金属液滴，当成型完毕时通过废料回收端76多余的金属液滴和气体进行回收，同时反向启动罗茨泵74提供回收的负压；
外喷洒壳63的内壁对应通过焊接固定有弯折板632，弯折板632为弹性可形变材质，弯折板632与外喷洒壳63的内壁之间连接有弹簧633，两个弯折板632对应分布在通孔二631的一端，内喷洒壳62的外壁对应安装有限制块623，限制块623对应分布在通孔一621的一端，限制块623与弯折板632相互配合，当弯折板632与限制块623对齐时，可以使得外喷洒壳63的金属液滴完全进入内喷洒壳62的内部，而不会进入外喷洒壳63的壳体内部，使得金属液滴聚集在中部位置，当当弯折板632与限制块623错开时，可以不限制地使得前驱气体进入外喷洒壳63和内喷洒壳62的内部，便于形成均匀环绕在金属液滴四周的前驱气体，通过转动内喷洒壳62，使得喷射的前驱气体能够均匀分布，通过弯折板632与限制块623相互卡紧，使得喷出的金属液滴能够垂直落下，不会到处乱飞；
连接管3与外喷洒壳63的连接处安装有稳压阀75，当意外情况外喷洒壳63或者导致内喷洒壳62堵塞时，此时启动罗茨泵74无法将气体和金属液滴泵入外喷洒壳63内部，泵入的介质会进入稳压阀75并排出，防止因为堵塞造成管道压强过大造成的爆裂温度；
内喷洒壳62的顶部伸出固定板5，且内喷洒壳62顶部伸出的一端安装有旋钮61，通过调整旋钮61来带动内喷洒壳62进行旋转，喷出的金属液滴和前驱气体方向也会改变，随着内喷洒壳62的升降来对纳米线的成型形状进行调整，便于手动调整纳米线的成型效果，旋钮61可以由人工调整，旋钮61同时可以与外部转矩相连接，达到自动调整的效果；
实施例1：较佳地，弯折板632的外壁安装有压力传感器，且压力传感器与外部电源和控制系统电连接，通过感应弯折板632的压力，判断此时限制块623与弯折板632是否接触，进而判断内喷洒壳62的转动角度，更精确地得知此时大喷洒孔81和小喷洒孔82的导通与否，对罗茨泵74的泵给方向进行指示；
一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置的调制工艺，包括以下具体步骤：
S1、调整横向平移机构3和竖直平移机构4的位置，使得激励激光发射器9对准纳米线生长台2的顶部，并且距离合适的距离；
S2、激励激光发射器9工作发射激励激光，同时使得通孔二631与通孔一621对齐；
S3、正向启动罗茨泵74开始泵送金属液滴，使得金属液滴从大喷洒孔81喷出并弥散在纳米线生长台2的上方；
S4、调整内喷洒壳62的角度，使得通孔二631与通孔一621错开，并且调整切换阀77，使得前驱气体供给部72接通，开始泵送前驱气体，前驱气体从大喷洒孔81和小喷洒孔82喷出，均匀弥散在金属液滴周围，开始进行纳米线的生长；
S5、生长完毕后，反向启动罗茨泵74开始反向抽吸，将废料从小喷洒孔82向上抽吸，接通废料回收端76将废料进行回收，通过上述工艺，使得前驱气体能够均匀弥散在金属液滴周围，达到更好的良品率，同时在成型后能够回收多余的前驱气体和金属液滴废料，不会造成污染。
实施例2：通孔一621的内部安装有单向阀622，单向阀622由外向内单向导通，在通孔一621与通孔二631相互错开时，反向运行两个罗茨泵74，由于单向阀622的单向导通性能，空气无法被反向从大喷洒孔81吸入，只能从小喷洒孔82被吸入，避免一些大颗粒金属块被向上吸入大喷洒孔81内，只会使得悬浮状态的小颗粒金属液滴和前驱气体才能被反向吸收，便于回收纳米线形成后周围多余的金属液滴和前驱气体，达到回收废弃物的效果。
实施例3：当需要对内喷洒壳62的角度进行平滑调整时，为了避免限制块623与弯折板632之间接触摩擦的阻力，首先将通孔一621与通孔二631相互对齐，此时限制块623和单向阀622将两个弯折板632之间的缝隙填满，两个弯折板632之间形成密封状态，当反向运行两个罗茨泵74时，限制块623的内部形成负压，由于此时无法将气体从大喷洒孔81和小喷洒孔82进行反向吸入，限制块623由于负压开始向内弯折减小空间，此时限制块623不再与弯折板632接触，可以通过调整旋钮61对内喷洒壳62的角度进行平滑调整，开始转动内喷洒壳62调整喷出角度时不会因为两者撞击导致的调整不平滑的问题，便于形成下落更为均匀的金属液滴，提高纳米线成型效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置，包括底板(1)，其特征在于：所述底板(1)的顶部均匀安装有纳米线生长台(2)，所述底板(1)的两侧对应安装有横向平移机构(3)，所述横向平移机构(3)的一侧安装有竖直平移机构(4)，所述竖直平移机构(4)包括固定板(5)，所述固定板(5)上通过轴承活动穿插设置有内喷洒壳(62)，所述内喷洒壳(62)的外壁转动套接有外喷洒壳(63)，所述内喷洒壳(62)的一端均匀开设有大喷洒孔(81)，所述外喷洒壳(63)的一端均匀开设有小喷洒孔(82)，所述小喷洒孔(82)呈环形分布在大喷洒孔(81)的外围，所述外喷洒壳(63)的底壁呈环形设置有激励激光发射器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置，其特征在于：所述外喷洒壳(63)的外壁对应开设有通孔二(631)，所述内喷洒壳(62)的外壁对应开设有通孔一(621)，所述通孔二(631)与通孔一(621)相互配合设置。
3.根据权利要求2所述的一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置，其特征在于：所述外喷洒壳(63)的外壁对应连接有连接管(73)，所述连接管(73)与通孔一(621)相互贯通，所述连接管(73)上对应安装有罗茨泵(74)，两个所述罗茨泵(74)分别位于外喷洒壳(63)的两侧。
4.根据权利要求3所述的一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置，其特征在于：所述罗茨泵(74)的一端贯通连接有金属液滴供给部(71)和前驱气体供给部(72)，所述金属液滴供给部(71)和前驱气体供给部(72)与两个罗茨泵(74)的连接处设置有切换阀(77)，所述连接管(73)的一端贯通连接有废料回收端(76)，所述废料回收端(76)与连接管(73)之间设置有阀门。
5.根据权利要求4所述的一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置，其特征在于：所述外喷洒壳(63)的内壁对应通过焊接固定有弯折板(632)，所述弯折板(632)为弹性可形变材质，所述弯折板(632)与外喷洒壳(63)的内壁之间连接有弹簧(633)，两个所述弯折板(632)对应分布在通孔二(631)的一端，所述内喷洒壳(62)的外壁对应安装有限制块(623)，所述限制块(623)对应分布在通孔一(621)的一端，所述限制块(623)与弯折板(632)相互配合。
6.根据权利要求5所述的一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置，其特征在于：所述连接管(3)与外喷洒壳(63)的连接处安装有稳压阀(75)。
7.根据权利要求6所述的一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置，其特征在于：所述内喷洒壳(62)的顶部伸出固定板(5)，且内喷洒壳(62)顶部伸出的一端安装有旋钮(61)。
8.一种太赫兹光控纳米线生长自主调制装置的调制工艺，其特征在于：包括以下具体步骤：
S1、调整横向平移机构(3)和竖直平移机构(4)的位置，使得激励激光发射器(9)对准纳米线生长台(2)的顶部，并且距离合适的距离；
S2、激励激光发射器(9)工作发射激励激光，同时使得通孔二(631)与通孔一(621)对齐；
S3、正向启动罗茨泵(74)开始泵送金属液滴，使得金属液滴从大喷洒孔(81)喷出并弥散在纳米线生长台(2)的上方；
S4、调整内喷洒壳(62)的角度，使得通孔二(631)与通孔一(621)错开，并且调整切换阀(77)，使得前驱气体供给部(72)接通，开始泵送前驱气体，前驱气体从大喷洒孔(81)和小喷洒孔(82)喷出，均匀弥散在金属液滴周围，开始进行纳米线的生长；
S5、生长完毕后，反向启动罗茨泵(74)开始反向抽吸，将废料从小喷洒孔(82)向上抽吸，接通废料回收端(76)将废料进行回收。
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