原子层沉积连续式双面镀膜的卷绕装置的制作方法

本实用新型涉及原子层沉积技术领域，特别是涉及一种原子层沉积连续式双面镀膜的卷绕装置。

背景技术：

原子层沉积(Atomic layer deposition，简称ALD)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。

近年来由于纳米器件的制备需求，ALD逐渐受到产业界的重视，而有越来越多的研究投入。ALD利用前驱物气体与基体表面所产生的自限制反应与集体表面发生单层化学吸附后，反应气体不在与表面发生反应，所以成长厚度可以控制在埃等级，且均匀性极佳。故近年来ALD技术逐渐应用在环境与能源领域、微电子领域、催化领域等。

ALD是一种在速率可控的条件下通过一系列自限制表面饱和反应形成薄型膜的沉积技术，由于它操作简单、具有可重复性、沉积薄膜均匀，所以是非常具有潜力的沉积技术。ALD技术最大的特点是自限制的表面反应，该表面反应由两个自限制的半反应组成，这使得ALD在薄膜制备方面由许多优势：1)每一个循环在基体的表面都沉积相同数量的材料与前驱物气体的多少无关，只要前驱物的剂量高于饱和反应即可，所以ALD有很好的台阶覆盖率以及大面积厚度均匀性；2)薄膜的厚度取决于循环次数，所以厚度可以得到精确控制；3)前驱物是交替通入反应室的，可以精确控制薄膜成分，避免有害物质的污染；4)连续反应过程使得到的薄膜无针孔，密度高。

随着社会实际需求和ALD工艺的发展，ALD技术已在大面积基底和连续沉积方面显示出巨大的应用前景。例如在太阳能领域，ALD工艺制造的Al2O3薄膜作为太阳能电池的钝化层，能够将电池转化光能的效率提到20％以上。在柔性电子领域，纳米级别厚度的ALD薄膜可以有效地隔离电子器件周围水和氧，从而极大地提高柔性电子器件的使用寿命和可靠性。运用原子层沉积技术在锂离子电池正极材料表面均匀包覆Al2O3,ZrO2等物质可增加材料表面的稳定性，在不影响离子电子传输的前提下有效隔离正极材料与电解液的接触，减少电解液的分解，从而提高材料的电化学性能；在锂离子电池负极方面，能在锂金属表面形成一层有效的无机或有机保护膜，从而避免锂金属与液态电解质的直接接触与反应；另外，这层保护膜也起到有效的抑制锂金属枝状生长的效果，从而提高锂电池的安全性能。

现有技术中，原子层沉积系统虽然能够实现基带的镀膜，但无法保证基带的张力和镀膜的均匀性，镀膜精度不高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种原子层沉积连续式双面镀膜的卷绕装置，用以实现基带间歇式双面镀膜，完成大面积原子层沉积，并提高镀膜的均匀性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型公开了一种原子层沉积连续式双面镀膜的卷绕装置，包括箱体，所述箱体内依次设置有第一区域、第二区域和第三区域，所述第二区域分别通过隔离板与所述第一区域和所述第三区域分隔，所述隔离板上设置有供基带穿过的通孔，所述第一区域内设置有放卷辊、第一过渡辊、第一进气系统和第一加热器，所述第二区域内设置有第二进气系统，所述第三区域内设置有收卷辊、第二过渡辊、第三进气系统和第二加热器，所述放卷辊和所述收卷辊分别用以放卷和收卷基带，所述第一过渡辊和所述第二过渡辊用以对基带的变向位置进行支撑，所述第一进气系统、所述第二进气系统和所述第三进气系统均包括伸入所述箱体内的匀气管，所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的所述箱体上均设置有出气口。

优选地，所述第一进气系统、所述第二进气系统和所述第三进气系统还包括高温阀和密封法兰，所述高温阀设置于所述箱体的外侧且与所述匀气管的一端连通，所述匀气管穿过所述箱体并通过所述密封法兰与所述箱体密封连接。

优选地，所述放卷辊与放卷伺服电机传动连接，所述放卷伺服电机上设置有放卷磁粉离合器。

优选地，所述收卷辊与收卷伺服电机传动连接，所述收卷伺服电机上设置有收卷磁粉离合器。

优选地，所述第一区域的所述箱体上还设置有放卷张力测试辊，所述第三区域的所述箱体上还设置有过收卷张力测试辊，所述放卷张力测试辊和所述收卷张力测试辊的位置可调，所述放卷张力测试辊和所述收卷张力测试辊用以张紧基带。

优选地，所述第一过渡辊和所述第二过渡辊同步转动。

优选地，所述第一过渡辊和所述第二过渡辊在所述箱体的长度方向上间隔设置。

优选地，所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域由上至下依次设置，所述第一加热器设置于所述第一过渡辊的下方，所述第二加热器设置于所述第二过渡辊的上方。

优选地，所述第一进气系统、所述第二进气系统和所述第三进气系统分别为TMA进气系统、N2进气系统和H2O进气系统。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型的第一进气系统、第二进气系统和第三进气系统均包括伸入箱体内的匀气管，通过设置匀气管，可使气体在通入箱体内时均匀分布，以提高反应效率，使原子层沉积更均匀；放卷系统包括放卷辊、放卷伺服电机和放卷磁粉离合器，收卷系统包括收卷辊、收卷伺服电机和收卷磁粉离合器，磁粉离合器是根据电磁原理利用磁粉传递转矩的，通过控制放卷磁粉离合器和收卷磁粉离合器可控制基带的张紧力；第一区域的箱体上还设置有放卷张力测试辊，可以进一步控制基带的张紧力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型原子层沉积连续式双面镀膜的卷绕装置的结构示意图；

图2为图1的俯视方向的部分结构示意图；

图3为第一进气系统的结构示意图；

图4为放卷系统的结构示意图；

图5为收卷系统的结构示意图；

附图标记说明：1-第一进气系统；2-第二进气系统；3-第三进气系统；4-放卷系统；5-收卷系统；6-第一过渡辊；7-第一出气口；8-箱体；9-第二出气口；10-第二过渡辊；11-放卷张力测试辊；12-第一隔离板；13-第二隔离板；14-收卷张力测试辊；15-加热器；16-过渡辊电机同步带装置；17-高温阀；18-密封法兰；19-匀气管；20-放卷磁粉离合器；21-放卷伺服电机；22-放卷辊；23-收卷磁粉离合器；24-收卷伺服电机；25-收卷辊。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种原子层沉积连续式双面镀膜的卷绕装置，用以实现基带间歇式双面镀膜，完成大面积原子层沉积，并提高镀膜的均匀性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-5所示，本实施例提供一种原子层沉积连续式双面镀膜的卷绕装置，包括箱体8以及集成于箱体8上的第一进气系统1、第二进气系统2、第三进气系统3、放卷系统4和收卷系统5。

箱体8内由上至下依次设置有第一区域、第二区域和第三区域，第二区域分别通过第一隔离板12和第二隔离板13与第一区域和第三区域分隔，第一隔离板12和第二隔离板13上设置有供基带穿过的通孔。在该通孔处可设置柔性刮擦器，以限制相邻区域的气体流动。

第一进气系统1用以向第一区域内通入第一前驱气体，第二进气系统2用以向第二区域内通入惰性气体，第三进气系统3用以向第三区域内通入第二前驱气体。

使用时，将第一前驱气体和第二前驱体气体分别引入到第一区域和第三区域，接着在第一区域与第三区域之间往复引导基带穿过第二区域，使基带呈蛇形缠绕，基带的一端与放卷系统4相连，基带的另一端与收卷系统5相连，使基带在由放卷系统4运动至收卷系统5并保持张紧。

第一进气系统1、第二进气系统2和第三进气系统3包括匀气管19、高温阀17和密封法兰18，高温阀17设置于箱体8的外侧且与匀气管19的一端连通，匀气管19的另一端伸入箱体8，匀气管19通过密封法兰18与箱体8密封连接。其中，第一进气系统1、第二进气系统2和第三进气系统3的匀气管19分别伸入第一区域、第二区域和第三区域内，并沿第一区域、第二区域和第三区域的长度方向延伸。对应的，第一区域、第二区域和第三区域处的箱体8上分别设置有第一出气口7和第二出气口9，第一出气口7和第二出气口9可与抽气机构相连，供气体排出。匀气管19上均匀分布有出气孔，通过设置匀气管19，可使气体在通入箱体8内时均匀分布，以提高反应效率，使原子层沉积更均匀。

放卷系统4包括放卷辊22、放卷伺服电机21和放卷磁粉离合器20，放卷辊22与放卷伺服电机21传动连接，放卷磁粉离合器20设置于放卷伺服电机21上。收卷系统5包括收卷辊25、收卷伺服电机24和收卷磁粉离合器23，收卷辊25与收卷伺服电机24传动连接，收卷磁粉离合器23设置于收卷伺服电机24上。磁粉离合器是根据电磁原理利用磁粉传递转矩的，通过控制放卷磁粉离合器20和收卷磁粉离合器23可控制基带的张紧力。放卷伺服电机21和收卷伺服电机24用以控制放卷辊22和收卷辊25的转速，从而控制基带的送进和收卷速度。

第一区域内设置有放卷辊22、第一过渡辊6和加热器15，第三区域内设置有收卷辊25、第二过渡辊10和加热器15，放卷辊22和收卷辊25分别用以放卷和收卷基带，第一过渡辊6和第二过渡辊10用以对基带的变向位置进行支撑，加热器15用以将对应区域加热至反应温度。

在将基带载入箱体8中并加热到所需处理温度之后，通过第一进气系统1、第二进气系统2和第三进气系统3引入第一前驱气体、惰性气体和第二前驱气体。第一前驱气体吸附在基带表面上以形成单层膜，放卷辊22处释放的基带绕过第一过渡辊6后，向下运动并穿过第二区域，通过不与第一前驱气体起反应的惰性气体冲洗基带，去除挥发性反应产物，第二前驱气体的分子与第一前驱气体的分子反应，形成第一前驱气体和第二前驱气体的薄膜产物。基带绕过第二过渡辊10后，向上运动并再次穿过第二区域，通过惰性气体去除挥发性反应产物，此为一个反应循环。经过若干个反应循环后，基带上原子层沉积厚度达到所需厚度，停止循环过程并取出基带。

为了进一步控制基带的张力，本实施例中，第一区域的箱体8上还设置有放卷张力测试辊11，第三区域的箱体8上还设置有过收卷张力测试辊14，放卷张力测试辊11和收卷张力测试辊14的位置可调，放卷张力测试辊11和收卷张力测试辊14用以张紧基带。

为了使第一过渡辊6和第二过渡辊10能够同步转动，避免基带与辊的摩擦，从而避免膜层的损坏，本实施例还设置有过渡辊电机同步带装置16，包括过渡辊电机和同步带，过渡辊电机用以驱动同步带转动，同步带套设于第一过渡辊6和第二过渡辊10的边缘，用以带动第一过渡辊6和第二过渡辊10同步转动。同步带的设置方式为本领域的常规手段，此处不再赘述。

第一过渡辊6和第二过渡辊10的作用是为基带的变向提供支撑，其分布方式可根据实际需要进行选择。例如，可使基带在第一区域内绕过两个第一过渡辊6后向下穿过第二区域，也可使基带绕过一个第一过渡辊6后转向；可使第一过渡辊6等高、第二过渡辊10等高，也可使其不等高。本实施例中，第一过渡辊6和第二过渡辊10在箱体8的长度方向上间隔设置，且第一过渡辊6等高、第二过渡辊10等高。

第一区域的加热器15优选为设置于第一过渡辊6的下方，第二区域的加热器15优选为设置于第二过渡辊10的上方，从而使加热器15位于基带之间的位置，便于对基带附近的温度进行控制，提高反应效率。

本实施例中，第一进气系统1、第二进气系统2和第三进气系统3分别为TMA进气系统、N2进气系统和H2O进气系统，本领域技术人员也可根据生产需要进行调整。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。