一种变电场原子层沉积系统的控制方法与流程

本发明涉及原子层沉积技术领域，尤其涉及一种变电场原子层沉积系统的控制方法。

背景技术：

原子层沉积技术(ALD)是通过反应前驱体交替进入反应腔室进行的以表面自限制化学反应为机制的沉积技术。具有沉积厚度原子级别的高精度可控、高保形性、低温沉积等特点。原子层沉积技术(ALD)发生的表面反应是自限制的，每次循环生长的薄膜都只是一个单原子层。然而实验过程中却发现通常原子层沉积每层只能沉积单个原子层的15-60％左右，沉积速率远小于原子层沉积单原子层膜的形式一层一层生长的理论预期。沉积所得薄膜的晶体取向存在随机不可控性，薄膜结晶性能有待进一步提高。

在原子层沉积(ALD)技术中，利用电场优化薄膜结晶性能的研究则处于新兴阶段；原子层沉积(ALD)技术交替脉冲式地通入反应气体，因此还可以根据不同前驱体的特性设置相应的控制条件，实现薄膜结晶性能和生长速率的调控。由于在薄膜沉积的过程中，不同前驱体气源分子的极性不同、偶极矩不同，以及带电离子的电荷正负与方向的不同，决定了在腔室中所施加电场的大小和方向需要随着反应源进行调节。原子层沉积(ALD)技术中，气源的进气时间往往在毫秒和秒级别，这就要求设备进行电场的快速自动化调节，然而针对这方面控制方法的研究还较为匮乏。

技术实现要素：

本申请实施例通过提供一种变电场原子层沉积系统的控制方法，解决了现有技术中对原子层沉积进行电场的快速自动化调节研究匮乏的问题。

本申请实施例提供一种变电场原子层沉积系统的控制方法，包括：

上电极板和下电极板，所述上电极板和所述下电极板之间产生电场；

直流电源，所述直流电源在所述上电极板和所述下电极板之间施加电场；通过调节所述直流电源，实现所述上电极板和所述下电极板之间电场大小的切换；

控制箱，所述控制箱包含继电器、电容、电感、电阻；通过控制所述继电器端口的断开与相连，实现所述上电极板和所述下电极板之间电场极性的切换；所述电容与所述电感用于滤波，所述电阻用于释放所述上电极板和所述下电极板之间的静电；

所述直流电源与所述控制箱连接，所述控制箱与所述上电极板、所述下电极板连接。

优选的，所述控制箱包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、第一电阻；

所述继电器有三个端口，其中第一端口和第二端口为常闭端口；通过软件控制，可以使所述第一端口和所述第二端口断开，并使所述第一端口和第三端口相连；

所述直流电源的正极连接所述第一继电器的所述第三端口，所述直流电源的负极连接所述第二继电器的所述第三端口；

所述第一继电器的所述第二端口和所述第二继电器的所述第二端口之间串联所述第一电阻；

所述第一继电器的所述第一端口和所述第三继电器的所述第一端口连接，所述第二继电器的所述第一端口和所述第四继电器的所示第一端口连接；

所述第三继电器的所述第二端口串联所述第一电感，所述第一电感与所述上电极板连接；所述第四继电器的所述第二端口串联所述第二电感，所述第二电感与所述下电极板连接；

所述第三继电器的所述第二端口和所述第四继电器的所述第二端口并联所述第一电容和所述第二电容；

所述第三继电器的所述第二端口与所述第四继电器的所述第三端口连接，所述第三继电器的所述第三端口与所述第四继电器的所述第二端口连接。

优选的，所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器的所述第一端口均与所述第二端口相连，所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器的所述第一端口均与所述第三端口断开，为释放静电状态。

优选的，所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器的所述第一端口均与所述第二端口断开，所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器的所述第一端口均与所述第三端口相连，为给所述下电极板施加正电，给所述上电极板施加负电的状态。

优选的，所述第一继电器、所述第二继电器的所述第一端口均与所述第二端口断开，所述第一继电器、所述第二继电器的所述第一端口均与所述第三端口相连；所述第三继电器、所述第四继电器的所述第一端口均与所述第二端口相连，所述第三继电器、所述第四继电器的所述第一端口均与所述第三端口断开；为给所述下电极板施加负电，给所述上电极板施加正电的状态。

优选的，所述继电器为真空陶瓷继电器，耐压2000V。

优选的，所述直流电源的电压在-2000V～+2000V可调，电流可耐1A；所述直流电源内部的地与正极、负极均不相连；所述直流电源带有0～5V的控制端口。

优选的，所述电容的电容量为1μF～1mF。

优选的，所述电感的电感量为0.1～10000μH。

优选的，所述电阻的阻值为50～10000Ω，耐功率2W。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，通过直流电源提供电源，继电器、电感、电容、电阻的电路控制，在原子层沉积设备中实现电场极性和大小的快速任意切换。

进一步的，在本申请实施例中，在原子层沉积系统腔室内，根据前驱体的极性和带电特性通过软件任意设置电场的方向、大小和加电的时间，增加了常规原子层沉积系统的控制参数，有利于提高原子层沉积吸附反应的饱和度、优化薄膜的结晶和掺杂特性。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种变电场原子层沉积系统的控制方法中释放静电状态的电路连接示意图；

图2为本发明实施例提供的一种变电场原子层沉积系统的控制方法中下极板带正电上极板带负电状态的电路连接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种变电场原子层沉积系统的控制方法中下极板带负电上极板带正电状态的电路连接示意图。

其中，1-控制箱、2-上电极板、3-下电极板、4-直流电源、5-继电器、6-电容、7-电感、8-电阻。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种变电场原子层沉积系统的控制方法，解决了现有技术中对原子层沉积进行电场的快速自动化调节研究匮乏的问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种变电场原子层沉积系统的控制方法，所述控制方法包括上电极板、下电极板、直流电源和控制箱。所述上电极板和所述下电极板用于产生电场。所述直流电源用于在所述上电极板和所述下电极板之间施加电场。所述控制箱内有四个继电器、两个电容、两个电感与一个电阻；所述电感与所述电容用于滤波，所述电阻用于释放所述上电极板和所述下电极板之间的静电，所述继电器用于实现所述上电极板和所述下电极板之间的电极切换。

本发明是在原子层沉积系统腔室内产生极性可任意设置的电场，在原子层沉积前驱体进气的过程中，可根据前驱体的极性和带电特性通过软件任意设置电场的方向、大小和加电的时间，增加常规原子层沉积系统的控制参数，调制沉积薄膜的物理化学特性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本实施例提供了一种变电场原子层沉积系统的控制方法，包括控制箱1、上电极板2、下电极板3和直流电源4。

所述上电极板2和所述下电极板3用于产生电场；所述直流电源4用于在所述上电极板2和所述下电极板3之间施加电场。

所述控制箱1内有四个继电器5(第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3和第四三继电器K4)、两个电容6(第一电容C1、第二电容C2)、两个电感7(第一电感L1、第二电感L2)、一个电阻8(第一电阻R)。所述电容6与所述电感7用于滤波，所述电阻8用于释放所述上电极板2和所述下电极板3之间的静电。

所述继电器5的a端口和b端口为常闭状态，a端口和c端口为断开状态，通过软件控制a端口与b端口或c端口相连，便可以实现所述上电极板2和所述下电极板3之间的电极切换。

各控制元器件的连接方式为：

所述第三继电器K3和所述第四继电器K4的b端口串联所述电感7分别连接到所述上电极板2和所述下电极板3，同时所述第三继电器K3和所述第四继电器K4的b端口并联所述电容6；所述第三继电器K3和所述第四继电器K4的a端口分别连接所述第一继电器K1和所述第二继电器K2的a端口，所述第一继电器K1和所述第二继电器K2的b端口通过所述电阻8连接，释放所述上电极板2和所述下电极板3之间的静电，所述第一继电器K1和所述第二继电器K2的c端口分别连接所述直流电源4的正负极。

当设备不需要施加电压时，各控制元器件的连接方式为如图1所示的释放静电状态，即所述继电器5中的四个继电器(第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3和第四三继电器K4)全部为a端口和b端口相连。

当需要给下电极板施加正电、上电极板施加负电时，通过软件控制所述继电器5中四个继电器(第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3和第四三继电器K4)全部为a端口和b端口断开，a端口和c端口相连，各控制元器件的具体连接方式为如图2所示。

当需要给下电极板施加负电、上电极板施加正电时，通过软件控制继电器5中第一继电器K1和第二继电器K2为a端口和b端口断开，a端口和c端口相连；第三继电器K3和第四三继电器K4为a端口和b端口相连，a端口和c端口断开，各控制元器件的具体连接方式为如图3所示。

本实施例中所述直流电源4的电压在-2000V～+2000V可调，电流可耐1A，所述直流电源4满足其内部的地与正、负极均不相连；所述直流电源4可做正电源、也可以做负电源，保证绝缘耐压；所述直流电源4带有0～5V的控制端口，便于实时调节在衬底表面所施加的电压的极性和大小。

所述继电器5共三个端口a、b和c，其中两个是常闭端口a和b，另一个端口c与a可以通过软件控制开关。所述继电器为真空陶瓷继电器，耐压2000V。

所述电阻8连接在所述第一继电器K1和所述第二继电器K2的常闭端a和b，用于释放正负电极板之间的静电。所述电阻8的阻值为50～10000Ω，耐功率2W。

所述电感7并联在所述上电极板2、所述下电极板3之间并接地。所述电感7的电感量为0.1～10000μH。

所述电容6分别连接在所述上电极板2、所述下电极板3与所述第三继电器K3、所述第四继电器K4的常闭端之间。所述电容6的电容量为1μF～1mF。

本发明实施例提供的一种变电场原子层沉积系统的控制方法至少包括如下技术效果：

1、在本申请实施例中，通过直流电源提供电源，继电器、电感、电容、电阻的电路控制，在原子层沉积设备中实现电场极性和大小的快速任意切换。

2、在本申请实施例中，在原子层沉积系统腔室内，根据前驱体的极性和带电特性通过软件任意设置电场的方向、大小和加电的时间，增加了常规原子层沉积系统的控制参数，有利于提高原子层沉积吸附反应的饱和度、优化薄膜的结晶和掺杂特性。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。