L-系列镀膜设备技术详解

CVD薄膜制备设备：L-系列

1.“L-系列”设备制膜原理：

      本公司研发的“L-系列”的CVD制膜设备搭载的原料供给系统为“喷液雾化-多元共析液体原料供料系统”，该技术全国独有，世界领先。该系统主要是针对在制备各种成分复杂的薄膜时存在的一系列难题研发而成，也是本公司在CVD制膜领域独有的优势之一。由于制备薄膜时使用的原料为液态源(Liquid solution),故将该系列设备命名为“L-系列”设备。

     “L-系列”设备所使用的液态源可以分为两种：一是其液态源室温下本身就呈现为液态，例如制备碳化硅和二氧化硅薄膜使用的六甲基二硅氧烷、制备石墨烯薄膜使用的无水乙醇等；另外一种是使用的金属有机源室温下呈现固态，但这些固态的金属有机源有一个共同特点就是都能溶解于一些常见的有机溶剂，例如四氢呋喃、无水乙醇、甲醇等。根据此特点，可以将固态金属有机源按照分子式中各元素的摩尔比溶解于这些有机溶剂中，从而形成所需的液态原料，例如工业上制备成分复杂的YBa2Cu3O7-x高温超导薄膜时，就是将这三种原料的金属有机源Y(DPM)3、Ba(DPM)2及Cu(DPM)2按照1:2:3的摩尔比溶于四氢呋喃中，通过“喷液雾化-多元共析”技术来获得精确、持续、稳定的原料蒸气。

     “L-系列”设备所搭载的“喷液雾化-多元共析液体原料供料系统”主要由液体原料缸、送液单元、送液导管、喷液雾化器及挥发腔等关键部件组成。制备薄膜时，首先将液体原料置于液体原料缸中，液体原料经由送液单元被输送到喷液雾化器，雾化后的液体雾滴被喷射到加热的挥发腔壁时，小雾滴遇到热腔壁瞬间气化为等比例的混合原料蒸气，它在载流气运输下到达衬底表面发生化学反应生成目标薄膜。

2. “喷液雾化-多元共析液体原料供料系统”的特点：

       本公司研发的“L-系列”CVD制膜设备存在如下优点：①制膜种类不受限制，一般来讲，只要在元素周期表里面能找到相关元素的金属有机源（详情可查询本公司主页“资料下载”→“CVD设备制膜种类查询”），即可单独或者两两及以上互组合，制备出所需薄膜（具体制膜种类详情，请咨询客服）；②对于多元金属成分的薄膜而言，能一次性精准获得设定摩尔比的混合原料蒸气，避免了“S-系列”设备在制备成分复杂的薄膜时为寻求薄膜化学计量比而采取的穷举法和盲探法，从而极大程度地提高了工作效率；③能长时间提供精确、持续、稳定的原料蒸气；④彻底解决了“S-系列”设备存在的固体原料使用浪费严重的难题；⑤喷液雾化-多元共析液体原料供料系统为工业化应用的必需关键技术之一。

       对于“L-系列”的设备而言，也存在一些缺点，比如由于设备部件精密、结构复杂，所以价格昂贵；另外，对于一些特殊的元素，例如Ag元素，它的金属有机源在四氢呋喃或乙醇中的溶解度极小甚至不溶（目前在元素周期表中只发现此特例），若欲制备的薄膜中如果含有Ag元素，就无法采用“L-系列”的设备制膜，而此时“S-系列”所搭载的“固体原料加热罐供料系统”则可以将该缺点弥补。

3. L-系列设备的功能扩展：

3.1 原料供给系统的功能扩展

      “L-系列”的设备可以根据客户要求额外增加“S-系列”设备所配备的“固体原料加热罐供料系统”，从而构成“L-系列”和“S-系列”供料系统的综合体，不仅兼容两者所有的功能，还顺带涵盖了“G-系列”设备的所有功能，因此，可以称这种综合了“L-系列”、“S-系列”及“G-系列”所有功能的设备为“万能型”设备。换句话说说，该“万能型”设备可以制备几乎所有的功能、结构薄膜（金刚石薄膜除外）。

       具体详情，请咨询公司客服。

3.2 衬底加热功能的扩展（激光CVD，选配）

      本公司研发的“L-系列”的CVD制膜设备在选型时，可以选择搭载不同型号的激光发生器，升级为“激光化学气相沉积(laser chemical vapor deposition)”设备。激光化学气相沉积是利用激光增强常规CVD生长过程的一种先进薄膜制备技术。激光束通过高斯整平器后将激光修整为直径10-50mm的光斑，以一定的入射角照射基板表面以增强整个化学气相沉积过程。原料蒸气在激光光子活化下更易于分解、反应（即激光的光化学效应），不仅加速了薄膜沉积速率，还大幅度地降低了薄膜合成温度（激光热效应）。

       一般功能薄膜的最佳沉积温度通常在1000 °C以下，所以选择常规CVD制膜设备就能满足要求。但对于一些特种结构薄膜而言（例如：ɑ-Al2O3），在1000 °C下并不能获得高质量的结晶相，若想进一步在氧氛围下将其加热温度提高到1200 °C以上，则可以借助激光作为辅助手段。本公司通过光纤激光器的辅助，在1200 °C预热条件下，轻而易举地将一块氮化硅(Si3N4)陶瓷融化（陶瓷发动机材料，熔点1900°C左右）。

      总的来说，选择激光CVD的原因可以归纳为如下两点：①制备一些合成温度高于1200 °C的特种结构薄膜；②作为一种新兴的先进薄膜制备技术，研究者在研究激光与薄膜材料相互作用时，更容易发现一些新问题、拓展新思路、发表好文章、申请好项目。

      注：激光发生器价格昂贵，具体详情，请咨询公司客服。

3.3 智能真空度控制功能（选配）

       对于CVD来讲，其最佳的沉积压强值为600-800 Pa。未搭载智能真空度控制系统的设备，其真空度的调节是一个开环过程，也即是说当操作者发现实际真空度值低于设定值时候，就手动调节抽气挡板阀，使其开度变小，从而减小真空泵的抽气量，腔体压强值因而升高；反之，当抽气挡板阀开度调大时，腔体压强值会因而减小，如此循环。对于搭载有“智能真空度控制系统”的设备，腔体压强数值直接传送给计算机，计算机通过CPU计算后向智能真空挡板阀发出开合指令，从而实现真空度的智能控制。该系统也是工业应用必须的高端技术之一。

       根据需求，本公司可为客户设计单探头真空度控制系统以及双探头真空度控制系统，从而满足客户在不同场合下对真空度控制精度的需求。具体详情，请咨询公司客服。

3.4 衬底旋转功能（选配）

      对于“L-系列”设备而言，当制备一些三维立体异型件时，由于工件形状比较复杂，为了使工件涂敷更均匀，通常办法就是在镀膜时，使工件旋转起来。因此就涉及到衬底旋转功能，可以根据客户需要定制。

具体详情，请咨询公司客服。

3.5 智能操控程序（选配）

       未搭载“智能操控程序”的设备，薄膜沉积过程的每一步动作（比如：气体流量计的开启、挡板阀的开合度调节、真空泵的开启和关闭、计时等）都是通过操作者手动实现，这不仅增加操作者出错的几率，还降低了薄膜的可从复性。通过搭载智能操控程序，能精准控制薄膜沉积过程中的每个动作，实现智能化操作，杜绝人为的低级错误，大幅度提高了样品的可从复性。该部分也是工业化必不可少的。

       具体详情，请咨询公司客服。

3.6 特殊薄膜制备功能的扩展（梯度薄膜的制备）

       根据客户需求，可以实现成分梯度或结构梯度薄膜的制备，从而实现特殊功能的需求。对于所有薄膜而言，随着厚度的增加，薄膜内部的缺陷逐渐增多，因此薄膜表面粗糙度将大幅度增大，同时其内部的内应力也逐渐增大，当内应力达到极限值时，薄膜就会开裂甚至脱落。如果将薄膜设计为沿厚度方向呈现成分或结构线性变化的梯度薄膜，也既是说在随着薄膜厚度的增加，其成分或者结构发生线性的变化，不仅可以达到释放薄膜内应力、降低薄膜表面粗糙度，还可以使其各方面的物理、化学性能沿厚度方向发生规律变化，达到特殊应用的目的。

       另外，根据客户需求，还可以在制备Z-轴（沿膜厚方向）梯度薄膜的时候，将衬底沿X-轴（横向运动）、Y-轴（纵向运动）拖动，从而制备在三维方向上均有梯度变化的薄膜。如果将三维梯度的薄膜划分为小方格，则可以得到几十乃至上千个成分各异的方格点，测量各个方格点的性能，即可迅速得到最佳性能的成分比例，也即是目前新兴的材料基因技术。

       具体详情，请咨询公司客服。

4. 主要用途：

       制备各种成分复杂的氧化物以及非氧化物薄膜,制备各种梯度薄膜，比如：SiC，NTi，Co2O3，V2O3，Al2O3，CeO2，Y2O3，MgO，BaTiO3，SrTiO3，LiCoO3，LaAlO3，CaSiO3，LaMnO3，YBa2Cu3O7等。

       具体制膜种类查询，请在公司主页“资料下载”栏目中点击“CVD设备制膜种类查询表”，详情请进一步来电咨询。

5.设备选型：

       请在本公司主页“资料下载”栏目中点击“L-系列设备资料”对应的设备选型表。