一種解決高溫下襯底原子蒸發(fā)影響平整度的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于薄膜生長或薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說涉及在襯底上進(jìn)行沉積或噴鍍等方法進(jìn)行薄膜制備的領(lǐng)域以及類似裝置。本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種解決高溫下襯底原子流失影響平整度的設(shè)計方案；本發(fā)明利用加熱裝置(1)來加熱襯底(2)至薄膜(3)生長所需的溫度，在薄膜生長的過程中利用補償蒸發(fā)源(4)來蒸發(fā)同襯底相同材料以補償其在薄膜生長過程中因為熱蒸發(fā)所流失的襯底表面材料(5)，從而有效避免襯底在高溫下的蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷，可以生長出平整的、高質(zhì)量的薄膜材料。
【專利說明】一種解決高溫下襯底原子蒸發(fā)影響平整度的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及薄膜生長或薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說涉及在襯底上進(jìn)行沉積或噴鍍等方法進(jìn)行薄膜制備的領(lǐng)域以及類似裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)需要使用大量功能各異的無機新材料或薄膜材料，如石墨烯、六角氮化硼等。一般來講，為了達(dá)到所需的性能，這些功能材料必須是高純的。而為了得到高純度的產(chǎn)品，科學(xué)界、工藝界也發(fā)明了很多制備方法。其中，化學(xué)氣相淀積法(CVD)、分子束外延生長法(MBE)等都是近幾十年發(fā)展起來的制備高純度材料的新技術(shù)。
[0003]CVD是Chemical Vapor Deposition的簡稱，是一種基于化學(xué)反應(yīng)的薄膜淀積方法。如說明書附圖1所示，CVD以氣體形式提供的反應(yīng)物質(zhì)，如制備石墨烯一般使用的甲烷、乙炔等；襯底置于反應(yīng)室中，在熱能、等離子體或者紫外光等的作用下，氣體反應(yīng)物在襯底表面經(jīng)化學(xué)反應(yīng)(分解或合成)形成固體物質(zhì)的淀積，即得到薄膜材料。
[0004]分子束外延(MBE)是50年代用真空蒸發(fā)技術(shù)制備半導(dǎo)體薄膜材料發(fā)展而來的。其方法是將襯底放置在超高真空腔體中，和需要生長的薄膜材料按元素的不同分別放在噴射爐中，分別加熱到相應(yīng)溫度的各元素噴射出的分子流能在上述襯底上生長出極薄的(可薄至單原子層水平)單晶結(jié)構(gòu)或薄膜材料。
[0005]目前來講，制備石墨烯、六角氮化硼等新型材料所用的襯底通常為銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)等。對于這些襯底來講，在制備過程中都存在一種缺陷，即:當(dāng)反應(yīng)爐或噴射爐內(nèi)溫度達(dá)到化學(xué)反應(yīng)所需溫度(幾百度甚至更高)的時候，襯底的原子表面會發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，造成襯底表面平整度變差，進(jìn)而影響到成膜形貌、質(zhì)量。如說明書附圖2:A圖為金屬襯底示意圖，襯底的表面應(yīng)該是平滑的；在高溫反應(yīng)時，成膜材料會在襯底沉積，理想情況下形成均勻平整的薄膜材料，如示意圖B ;但實際中，襯底材料會在高溫下發(fā)生原子表面蒸發(fā)造成流失，隨著時間推移，越晚沉積的部位襯底原子流失越厲害，形成如示意圖C所示的形貌缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]針對以上提到的問題，提出本發(fā)明。
[0007]本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種解決高溫下襯底原子流失影響平整度的設(shè)計方案；并構(gòu)建一種處理用加熱裝置，此裝置可以在薄膜生長中實時補償蒸發(fā)的襯底原子，可有效避免襯底在高溫下的蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷，可以生長出平整的、高質(zhì)量的薄膜材料。
[0008]本發(fā)明方案設(shè)計，對應(yīng)薄膜生長時的溫度和相應(yīng)的襯底，對蒸發(fā)的襯底表面原子進(jìn)行實時的補充，使襯底的表面原子蒸發(fā)與補給達(dá)到動態(tài)平衡，襯底的平整度得到完好的保存，在平整的襯底上生成的薄膜材料可以保持良好的形貌，達(dá)到高質(zhì)量的成膜產(chǎn)品。
[0009]本發(fā)明涉及的基于上述方案構(gòu)建的加熱裝置又包含:一個加熱爐，此加熱爐可將樣品(即襯底)加熱至薄膜生長所需的溫度；一個與其相對的蒸發(fā)源，其蒸發(fā)材料與襯底材料相同，形成上層襯底的原子補償源；同時，裝置或許還需要至少兩組支撐、固定器件，以實現(xiàn)將兩組加熱爐連接在外部設(shè)備(如真空腔室)中完成薄膜生長的目的。
[0010]本發(fā)明的主要特點在于:
[0011]1.通過在襯底反方向安置與襯底同材料蒸發(fā)源，來補償由于高溫造成的襯底表面原子流失，使襯底表面原子蒸發(fā)與吸收達(dá)到動態(tài)平衡；此時襯底的表面平整度可以在生長過程中保持平整，可有效避免襯底在高溫下的蒸發(fā)造成的鍍膜形貌缺陷，可以生長出平整的、高質(zhì)量薄膜材料。本發(fā)明利用加熱裝置(I)來加熱襯底(2)至薄膜(3)生長所需的溫度，在薄膜生長的過程中利用補償蒸發(fā)源(4)來蒸發(fā)同襯底相同材料以補償其在薄膜生長過程中因為熱蒸發(fā)所流失的襯底表面材料(5)。
[0012]2.說明I中所述的加熱裝置(I)可以為:電阻加熱源，電子束轟擊源，等任何將襯底加熱至薄膜生長所需要溫度的加熱裝置。
[0013]3. 說明I中所述的蒸發(fā)源(4)可以為:任何形式的蒸鍍源，包含但不僅限于:熱蒸發(fā)源，電子束轟擊源，磁控濺射源。
[0014]4.說明I中所述的襯底(2)包含但不僅限于:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、硅(Si)、碳化硅(SiC)中的一種或任意兩種以上的組合。
[0015]5.說明I中所述的薄膜(3)可以為任意薄膜材料，例如石墨烯、六角氮化硼等。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]圖1.化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝制作石墨烯的原理示意圖。
[0017]圖2.襯底的各種狀態(tài)示意圖。其中A為平滑的原子表面金屬襯底示意圖；B為理想情況下，在平滑襯底上沉積形成的均勻平整的薄膜材料示意圖；C為襯底在高溫下發(fā)生原子表面蒸發(fā)，形成具有形貌缺陷的薄膜示意圖。
[0018]圖3.解決高溫下襯底原子表面蒸發(fā)裝置的設(shè)計示意圖。其中A為倒置的、可將樣品懸掛加熱的加熱爐；B為正置的樣品加熱爐；(I)為加熱裝置；(2)為襯底；(3)為薄膜；
(4)為補償蒸發(fā)源；(5)蒸發(fā)流失的襯底表面材料。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0020]實例一:參照圖3。
[0021]利用加熱裝置⑴來加熱襯底(2)至薄膜(3)生長所需的溫度。襯底(2)包含但不僅限于:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、硅(Si)、碳化硅(SiC)中的一種或任意兩種以上的組合。
[0022]在薄膜生長的過程中利用補償蒸發(fā)源(4)來蒸發(fā)同襯底相同材料以補償其在薄膜生長過程中因為熱蒸發(fā)所流失的襯底表面材料(5)。蒸發(fā)源(4)可以為但不僅限于一與
(I)相同的但相對的加熱裝置，將一塊和襯底(2)相同的材料加熱至同襯底(2)相同溫度。由于材料表層原子脫離表面的概率是其溫度的函數(shù)，這樣此補償源正好可以補償襯底在此溫度下?lián)p失的表面原子。從而有效地避免襯底在高溫下的蒸發(fā)造成的鍍膜形貌缺陷，可以生長出平整的、 高質(zhì)量薄膜材料。
【權(quán)利要求】
1.一種解決高溫下襯底原子流失影響平整度的設(shè)計方案，其設(shè)計原理在于:在薄膜生長的過程中，通過在襯底反方向安置與襯底同材料蒸發(fā)源，來補償由于高溫造成的襯底表面原子流失，使襯底表面原子蒸發(fā)與吸收達(dá)到動態(tài)平衡；此時襯底的表面平整度可以在生長過程中保持平整，可有效避免襯底在高溫下的蒸發(fā)造成的鍍膜形貌缺陷，可以生長出平整的、高質(zhì)量薄膜材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計方案，構(gòu)建一種系統(tǒng)，系統(tǒng)包括:加熱裝置、補償蒸發(fā)源；利用加熱裝置來加熱襯底至薄膜生長所需的溫度，在薄膜生長的過程中利用補償蒸發(fā)源來蒸發(fā)同襯底相同的材料，以補償其在薄膜生長過程中因為熱蒸發(fā)所流失的襯底表面材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱裝置，其特點在于:任何將襯底加熱至薄膜生長所需溫度的加熱裝置； 包含但不僅限于:電阻加熱源，電子束轟擊源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的補償蒸發(fā)源，包含但不僅限于:熱蒸發(fā)源，電子束轟擊源，磁控濺射源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其特性在于:在薄膜生長條件下會產(chǎn)生蒸發(fā)或表面原子流失，此類襯底包含但不僅限于:銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、釕(Rh)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鎢(W)、硅(Si)、碳化硅(SiC)中的一種或任意兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長的薄膜，其特性在于:可以為任意薄膜材料，包括但不僅限于石墨烯、六角氮化硼類薄膜材料。
【文檔編號】C23C16/46GK103966551SQ201310041952
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月27日
【發(fā)明者】董國材 申請人:常州碳維納米科技有限公司, 江南石墨烯研究院