專(zhuān)利名稱(chēng)：一種在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在管道內(nèi)壁鍍制各類(lèi)薄膜的方法，可在不同的材料表面鍍制金屬、氧化物、氮化物、硫化物、氟化物等各類(lèi)薄膜材料。
背景技術(shù)：
薄膜技術(shù)經(jīng)過(guò)100余年的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)相對(duì)完善和成熟，已發(fā)展為包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和其它濕法薄膜制備技術(shù)三大類(lèi)別的技術(shù)體系。但是，隨著技術(shù)需求的發(fā)展，傳統(tǒng)的薄膜技術(shù)仍然不能滿足一些特殊的需求。例如，現(xiàn)有的各種真空鍍膜技術(shù)，一般只能在平面或形狀不太復(fù)雜的曲面上鍍制薄膜，均無(wú)法實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)壁鍍膜，特別是在細(xì)長(zhǎng)的管道內(nèi)壁鍍制薄膜，傳統(tǒng)的各種薄膜制備技術(shù)，均無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，以解決現(xiàn)有真空鍍膜技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一要求的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，包括以下工藝步驟
(1)將需鍍膜的細(xì)長(zhǎng)管道置于與管道相適配的反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室抽真空。真空度范圍為 IX IO-2Pa^l X IO^3Pa0(2)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第一種氣相前驅(qū)體A，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學(xué)吸附形成一個(gè)單吸附層。前驅(qū)體A依據(jù)所鍍材料選取，前驅(qū)體種類(lèi)很多，常用的有AlMe3、TiCl4^Cu (acac) 2、 &(14、!1 14、？丨(肌肌)2、1&、1^15等等。所有前驅(qū)體均為氣態(tài)，如在室溫下為非氣態(tài)，用加熱裝置將前驅(qū)體積加熱為氣態(tài)。氣相前驅(qū)體A的流量和脈沖持續(xù)時(shí)間由具體的前驅(qū)體決定，一般流量范圍控制在 l(T50sccm，脈沖持續(xù)時(shí)間為2 10s。(3)向反應(yīng)室內(nèi)通入惰性氣體，將未吸附的多余前驅(qū)體A排除。惰性氣體一般選用氬氣，其流量2(T50sCCm，持續(xù)時(shí)間5 30s。(4)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第二種氣相前驅(qū)體B，與氣相前驅(qū)體A反應(yīng)，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個(gè)單原子層。氣相前驅(qū)體B依據(jù)所鍍材料選取，氣相前驅(qū)體的流量和持續(xù)時(shí)間由具體的前驅(qū)體決定。針對(duì)同一種所鍍材料，可能會(huì)有不同的前驅(qū)體組合。常用的有氣態(tài)h2O、H2、NH3、O2、 N2、H2S等。氣相前驅(qū)體B的流量一般控制在l(T50SCCm，脈沖持續(xù)時(shí)間為2 10s。(5)向反應(yīng)室內(nèi)通入惰性氣體，將未吸附的多余前驅(qū)體B排除。惰性氣體一般選用氬氣，其流量控制在2(T50sCCm，持續(xù)時(shí)間5 30s。(6)重復(fù)上述步驟(2) (5)，每重復(fù)一次，生成一個(gè)單原子層，每層厚度大約在 0.03、. 15nm。依據(jù)不同鍍制的材料和所需的厚度，可以確定反應(yīng)重復(fù)次數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜，解決了現(xiàn)有的各種真空鍍膜技術(shù)，一般只能在平面或形狀不太復(fù)雜的曲面上鍍制薄膜，均無(wú)法實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)壁鍍膜的技術(shù)問(wèn)題。2、本發(fā)明可以在各種復(fù)雜的表面鍍制薄膜，而且薄膜的厚度具有很好的均勻性。3、本發(fā)明鍍膜方法簡(jiǎn)單，工藝可控性強(qiáng)。4、本發(fā)明適應(yīng)性強(qiáng)，可在不同的材料表面鍍制金屬、氧化物、氮化物、硫化物、氟化物等各類(lèi)薄膜材料，以滿足不同需求。


圖1為本發(fā)明薄膜生長(zhǎng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法作詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 以三甲基鋁和水蒸氣反應(yīng)，生成三氧化二鋁為例說(shuō)明。(1)將需鍍膜的細(xì)長(zhǎng)管道放置于反應(yīng)室內(nèi)(該反應(yīng)室的內(nèi)壁應(yīng)當(dāng)與管道的外壁相適配，最好是將細(xì)長(zhǎng)管道嵌入反應(yīng)室內(nèi)壁，使管道的內(nèi)壁與反應(yīng)室的內(nèi)壁在同一面上。參照附圖1，其中1為反應(yīng)室，2為管道，3為反應(yīng)前驅(qū)體A，4為反應(yīng)前驅(qū)體B)，將反應(yīng)室抽真空至 IXlO-3Pa0(2)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入氣相反應(yīng)前驅(qū)體A三甲基鋁(TMA)，流量lkccm， 持續(xù)時(shí)間5s，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學(xué)吸附形成一個(gè)單吸附層。(3)向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25SCCm，持續(xù)時(shí)間15s，將未吸附的多余前驅(qū)體A三甲基鋁排除。(4)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第二種氣相反應(yīng)前驅(qū)體B水蒸氣(吐0)，流量 20sCCm，持續(xù)時(shí)間10s，與吸附在管道內(nèi)壁的前驅(qū)體A三甲基鋁反應(yīng)，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個(gè)氧化鋁的單原子層。(5)向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25SCCm，持續(xù)時(shí)間15s，將未反應(yīng)的多余前驅(qū)體水蒸氣排除。(6)重復(fù)上述步驟(2) (5)，每重復(fù)一次，生成一個(gè)三氧化二鋁單原子層，每層厚度大約為0. lnm，直到膜層厚度滿足要求為止。實(shí)施例2 以三甲基鋁和氫氣反應(yīng)，生成鋁為例說(shuō)明。(1)將需鍍膜的管道放置于反應(yīng)室內(nèi)(管道在反應(yīng)室的放置方式銅實(shí)施例1)，將反應(yīng)室抽真空至2X10_3Pa。(2)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第一種氣相反應(yīng)前驅(qū)體A三甲基鋁(TMA)，流量 ISsccm，持續(xù)時(shí)間6s，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學(xué)吸附形成一個(gè)單吸附層；
(3)向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25sCCm，持續(xù)時(shí)間15s，將未吸附的多余前驅(qū)體三甲基鋁排除。(4)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第二種氣相反應(yīng)前驅(qū)體B氫氣(H2)，流量lkccm， 持續(xù)時(shí)間8s，與前驅(qū)體A三甲基鋁(TMA)反應(yīng)，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個(gè)單原子層；
(5)向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25SCCm，持續(xù)時(shí)間15s，將未反應(yīng)的多余前驅(qū)體A三甲基鋁排除。
(6)重復(fù)上述步驟(2) (5)，每重復(fù)一次，生成一個(gè)鋁單原子層，每層厚度大約為 0. 03nm，直到膜層厚度滿足要求為止。實(shí)施例3 以四氯化鈦和氨氣反應(yīng)，生成氮化鈦為例說(shuō)明。(1)將需鍍膜的管道放置于反應(yīng)室內(nèi)(管道在反應(yīng)室的放置方式銅實(shí)施例1)，將反應(yīng)室抽真空至lX10_3Pa。(2)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第一種氣相反應(yīng)前驅(qū)體A四氯化鈦(TiCl4)，流量 20sCCm，持續(xù)時(shí)間5s，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學(xué)吸附形成一個(gè)單吸附層。(3)向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量20SCCm，持續(xù)時(shí)間10s，將未吸附的多余前驅(qū)體A四氯化鈦排除。(4)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第二種氣相反應(yīng)前驅(qū)體B氨氣(NH3),與吸附在管道內(nèi)壁的前驅(qū)體A四氯化鈦反應(yīng)，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個(gè)氮化鈦的單原子層。(5)向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣(Ar)，流量25SCCm，持續(xù)時(shí)間8s，將未反應(yīng)的多余前驅(qū)體氨氣排除。(6)重復(fù)上述步驟(2) (5)，每重復(fù)一次，生成一個(gè)氮化鈦的單原子層，每層厚度大約為0. 05nm，直到膜層厚度滿足要求為止。
權(quán)利要求
1.一種在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，包括以下工藝步驟(1)將需鍍膜的細(xì)長(zhǎng)管道置于與管道相適配的反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室抽真空；(2)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第一種氣相前驅(qū)體A，在需鍍膜的管道內(nèi)表面以化學(xué)吸附形成一個(gè)單吸附層；(3)向反應(yīng)室內(nèi)通入惰性氣體，將未吸附的多余前驅(qū)體A排除；(4)以脈沖形式向反應(yīng)室內(nèi)通入第二種氣相前驅(qū)體B，與前驅(qū)體A反應(yīng)，在需鍍膜的管道內(nèi)表面生成一個(gè)單原子層；(5)向反應(yīng)室內(nèi)通入惰性氣體，將未反應(yīng)的多余前驅(qū)體B排除；(6)重復(fù)上述步驟(2) (5)，每重復(fù)一次，生成一個(gè)單原子層，直到膜層厚度滿足要求為止。
2.如權(quán)利要求1所述在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(1)所述反應(yīng)室中的真空度為lX10-^TlX10-3Pa。
3.如權(quán)利要求1所述在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(2)所述氣相前驅(qū)體 A 為 All\fe3、TiCl4, Cu(acac)2、ZrCl4, HfCl4, Pt (acac)2、WF6, TaCl5, SnCl4, InCl3、 CdMe2, MoCl5, GaCl3, ZnCl2, SiCl4, CCl3, BCl30
4.如權(quán)利要求1所述在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(2)所述氣相前驅(qū)體A的流量為l(T50SCCm，脈沖持續(xù)時(shí)間為2 10s。
5.如權(quán)利要求1所述在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(3)所述惰性氣體為氬氣，其流量為2(T50sCCm，持續(xù)時(shí)間為5 30s。
6.如權(quán)利要求1所述在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(4)所述氣相前驅(qū)體 B 可以為氣態(tài) H2O, H2, NH3> 02、N2, H2S, AsH3> PH3> H2S, H2Se, HF。
7.如權(quán)利要求1所述在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(4)所述氣相前驅(qū)體B的流量為l(T50SCCm，脈沖持續(xù)時(shí)間為2 10s。
8.如權(quán)利要求1所述在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，其特征在于步驟(5)所述惰性氣體為氬氣，其流量為2(T50sCCm，持續(xù)時(shí)間為5 30s。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的方法，屬于真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。該方法是將需鍍膜的管道置于反應(yīng)室內(nèi)，將氣相前驅(qū)體以脈沖形式交替通入反應(yīng)器，第一種前軀體到達(dá)管道內(nèi)，以化學(xué)吸附在管道內(nèi)壁形成一個(gè)單吸附層；再通入第二種前驅(qū)體，與第一種前驅(qū)體反應(yīng)，在管道內(nèi)壁生成一個(gè)單原子層的薄膜。在每個(gè)前驅(qū)體脈沖之間需要用惰性氣體對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行清洗，再重復(fù)吸附和反應(yīng)過(guò)程，逐層生成薄膜。本方法通過(guò)氣體吸附和反應(yīng)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁的鍍制薄膜，解決目前無(wú)法采用真空鍍膜方法在細(xì)長(zhǎng)管道內(nèi)壁鍍制薄膜的難題，可在不同的材料表面鍍制金屬、氧化物、氮化物、硫化物、氟化物等各類(lèi)薄膜材料，滿足不同需求。
文檔編號(hào)C23C16/20GK102337520SQ20111028362
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者任妮, 馮煜東, 劉恒, 熊玉卿, 王多書(shū), 王濟(jì)洲, 馬占吉 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所