一種mocvd納米鎳涂層及其制備裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MOCVD納米鎳涂層及其制備裝置，其特征在于集羰基鎳的制備、裂解和處理于一體，以鎳粉和CO反應(yīng)生成的Ni(CO)4為前驅(qū)體，制備的鎳涂層有等軸晶，涂層厚度為1～10nm的原子厚度。反應(yīng)中，CO既作為羰基鎳蒸汽的載體又作為生成羰基鎳的反應(yīng)物和羰基鎳裂解的產(chǎn)物。其中，有一管道將Ni(CO)4裂解沉積鎳涂層的裝置與盛有醇溶液的閉口容器相聯(lián)，該管道一端伸長到裂解裝置頂部，另一端接入裝有盛有醇溶液中，且在醇溶液上部有管道將剩余氣體循環(huán)接入羰基鎳生成裝置。該系統(tǒng)采用有效的裝置對實驗有毒氣體進行控制和處理，保障了實驗環(huán)境和操作人員的安全，整體操作簡單，CO循環(huán)利用，污染小、效率高、降低成本。
【專利說明】—種MOCVD納米鎳涂層及其制備裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎳涂層及其制備裝置，特別是涉及一種MOCVD納米鎳涂層及其制
備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)是以低溫下易揮發(fā)的金屬有機化合物為前驅(qū)體，在預(yù)加熱的襯底表面發(fā)生分解、氧化或還原反應(yīng)而制成制品或薄膜的技術(shù)。與傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法相比，金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的沉積溫度相對較低，能沉積超薄層甚至原子層的特殊結(jié)構(gòu)表面，可在不同的基底表面沉積不同的薄膜，現(xiàn)已在半導(dǎo)體器件、金屬、金屬氧化物、金屬氮化物等薄膜材料的制備與研究方面得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]前驅(qū)體按其基團及衍生物大體可分為三類:含有-Ch3COCh2COCh3基團、-C5H基團或者N1-N鍵的金屬有機化合物。其中，羰基化合物由于其熔點及沸點低，某些特定的熱解條件下極易制備零維、一維或二維納米材料，是許多高新技術(shù)及材料的源頭。利用羰基鎳可制備出形狀不同、性能各異的各種鎳的納米材料，滿足許多新材料、新技術(shù)的要求，也是當(dāng)前羰基鎳技術(shù)發(fā)展的重要方向。由于羰基法制備的具有特殊結(jié)構(gòu)狀態(tài)的鎳產(chǎn)品，具有優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，是 許多領(lǐng)域，尤其是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要原料；但是，羰基鎳有著強烈的毒性，研制新的性能優(yōu)異的替代前驅(qū)體或者設(shè)計完整的MOCVD制備系統(tǒng)成了人們不斷努力的兩個方向。
[0004]公開(公告)號為101189250的中國發(fā)明專利涉及一種揮發(fā)性的新型有機鎳化合物氨基烷氧基鎳絡(luò)合物及其制備方法，它滿足金屬有機化學(xué)氣相沉積法對前驅(qū)體的相關(guān)性能要求，在基底上形成改進質(zhì)量的鎳薄膜。但是，該絡(luò)合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，蒸發(fā)、裂解溫度也較高。現(xiàn)有的一些專利技術(shù)，如公開(公告)號為101265570、101921999A、102618847A的中國發(fā)明專利都涉及金屬有機化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)裝置，但它們主要都是針對前驅(qū)體裂解反應(yīng)室做出的改進或設(shè)計，不能很好地解決類似羰基鎳等有毒前驅(qū)體的安全處理問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種MOCVD納米鎳涂層，以鎳與CO在40~90°C下反應(yīng)生成的Ni (CO)4為前驅(qū)體，在120~190°C、IOOPa的真空壓力下沉積鎳涂層，其中涂層厚度為I~IOnm的原子厚度。涂層生長溫度較低，臨界形核自由能下降，形成的核心數(shù)目增加，有利于形成晶粒細小而連續(xù)的薄膜組織。制備得到的鎳涂層晶粒有等軸晶，等軸晶由于其晶界面積大，晶粒之間的位向不同，缺陷分布比較分散，因此有利于材料綜合力學(xué)性能的提高。
[0006]本發(fā)明提供一種MOCVD納米鎳涂層的制備裝置，包括鎳粉與CO反應(yīng)生成Ni (CO) 4的裝置，Ni (CO)4裂解沉積鎳涂層的裝置和尾氣處理及循環(huán)利用的裝置。該系統(tǒng)的特征在于，集羰基鎳的制備、裂解和處理于一體，循環(huán)利用CO，既作為羰基鎳蒸汽的載體又作為羰基鎳反應(yīng)物和羰基鎳裂解產(chǎn)物，利用截止閥和針閥控制氣體流速和發(fā)應(yīng)的進度，其中在裂解裝置上另設(shè)有N2通入口和液氮冷阱接入口，用于未反應(yīng)完全有毒蒸汽的處理。其中，CO與鎳粉的反應(yīng)裝置利用水浴加熱，維持恒溫在40~90°C ;沉積基臺內(nèi)設(shè)有加熱電阻，溫度可控并可維持穩(wěn)定在120~190°C，基臺上部2~5cm罩有羰基鎳蒸汽楔形出口，而出氣管道一端伸長到裂解裝置頂部，另一端接入醇溶液中，且在醇溶液上部有管道將剩余氣體循環(huán)接入羰基鎳反應(yīng)裝置，管道與裝置之間都裝有截止閥或針閥。
[0007]本發(fā)明的主要優(yōu)點是:①采用MOCVD技術(shù)，具有沉積溫度低、材料組成成分易于控制、工藝簡單等特點，沉積的鎳薄膜可以達到I~IOnm的原子厚度整體操作簡單，利用反應(yīng)生成的羰基鎳來裂解，CO可循環(huán)利用，污染小、效率高、降低成本；③制備得到的鎳涂層晶粒有等軸晶，等軸晶由于其晶界面積大，晶粒之間的位向不同，缺陷分布比較分散，因此有利于材料綜合性能的優(yōu)化；④利用羰基鎳作為前驅(qū)體，除了在經(jīng)濟上具有明顯的優(yōu)勢外，還具有極好的涂覆能力，即可以做到對極細孔徑材料又可以對較厚板材在整個厚度上均勻沉積鎳層；⑤涂層生長溫度較低，臨界形核自由能下降，形成的核心數(shù)目增加，有利于形成晶粒細小而連續(xù) 的薄膜組織。⑥采用有效的裝置對實驗有毒氣體進行控制和處理，保障了實驗環(huán)境和操作人員的安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明所述的一種MOCVD納米鎳涂層的制備裝置。
[0009]圖示10為鎳粉；20為水浴鍋；30為鎳粉與CO反應(yīng)生成Ni (CO)4的裝置；40為針閥；50為基臺；60為楔形出口 ；70為Ni (CO) 4裂解沉積鎳涂層的裝置；80為截止閥；90為閉口容器；100為醇溶液。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定。
[0011]實施例1
[0012](I)打開Ni (CO)4裂解沉積裝置上的N2截止閥和液氮冷阱截止閥，通入N25min后關(guān)閉兩閥門，在沉積基臺上放置處理好的待涂層基體，封閉裝置抽真空到lOOPa，并加熱基臺到120。。；
[0013](2)打開羰基鎳生成、盛醇容器與裂解沉積裝置之間的針閥和截止閥，將水浴鍋加熱到50°C，反應(yīng)5min
[0014](3)關(guān)閉水浴鍋，關(guān)閉羰基鎳生成、盛醇容器與裂解沉積裝置之間的針閥和截止閥，關(guān)閉基臺加熱電阻；
[0015](4)打開Ni (CO)4裂解沉積裝置上的N2截止閥和液氮冷阱截止閥，通入N230min后關(guān)閉兩閥門；
[0016](5)打開Ni (CO)4裂解沉積裝置的爐門，取出沉積有鎳涂層的材料。
[0017]實施例2
[0018](I)打開Ni (CO)4裂解沉積裝置上的N2截止閥和液氮冷阱截止閥，通入N2IOmin后關(guān)閉兩閥門，在沉積基臺上放置處理好的待涂層基體，封閉裝置抽真空到lOOPa，并加熱基臺到190 0C ；[0019](2)打開羰基鎳生成、盛醇容器與裂解沉積裝置之間的針閥和截止閥，將水浴鍋加熱到90。。，反應(yīng)8min ；
[0020](3)關(guān)閉水浴鍋，關(guān)閉羰基鎳生成、盛醇容器與裂解沉積裝置之間的針閥和截止閥，關(guān)閉基臺加熱電阻；
[0021](4)打開Ni (CO)4裂解沉積裝置上的N2截止閥和液氮冷阱截止閥，通入N240min后關(guān)閉兩閥門；
[0022](5)打開Ni (CO)4裂解沉積裝置的爐門，取出沉積有鎳涂層的材料。
[0023]上述僅為本發(fā)明的兩個【具體實施方式】，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與 改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種MOCVD納米鎳涂層及其制備裝置，其特征在于該裝置集羰基鎳的制備、裂解和處理于一體，以鎳粉和CO反應(yīng)生成的Ni (CO)4為前驅(qū)體，制備的鎳涂層有等軸晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳涂層，其特征在于以鎳粉與CO在40~90°C下反應(yīng)生成Ni (CO) 4，在120~190°C、IOOPa的真空壓力下Ni (CO) 4裂解在基體上沉積鎳涂層，涂層厚度為I~IOnm的原子厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的MOCVD納米鎳涂層的制備裝置，其特征在于包括鎳粉與CO反應(yīng)生成Ni (CO)4的裝置，Ni (CO)4裂解沉積鎳涂層的裝置和尾氣處理及循環(huán)利用的裝置，CO既作為羰基鎳蒸汽的載體又作為生成羰基鎳的反應(yīng)物和羰基鎳裂解的產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的MOCVD納米鎳涂層的制備裝置，其特征在于利用截止閥和針閥控制氣體流速和發(fā)應(yīng)的進度，其中在裂解裝置上另設(shè)有N2通入口和液氮冷阱接入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的MOCVD納米鎳涂層的制備裝置，其特征在于鎳粉與CO反應(yīng)生成Ni (CO)4的裝置利用水浴加熱；沉積基臺內(nèi)設(shè)有加熱電阻，溫度可控并可維持穩(wěn)定，基臺上部2~5cm罩有羰基鎳蒸汽楔形出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的MOCVD納米鎳涂層的制備裝置，其特征在于有一管道將Ni (CO)4裂解沉積鎳涂層的裝置與盛有醇溶液的閉口容器相聯(lián)，該管道一端伸長到裂解裝置頂部，另一端接入裝有盛有醇溶液中，且在醇溶液上部有管道將剩余氣體循環(huán)接入羰基鎳生成裝置。
【文檔編號】C23C16/448GK103952679SQ201410151231
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】陳照峰, 聶麗麗 申請人:太倉派歐技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司