用于产生纳米颗粒的低压高频脉冲等离子体反应器的制作方法

专利名称：用于产生纳米颗粒的低压高频脉冲等离子体反应器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及低压等离子体反应器，更具体地涉及在低压等离子体反应器中 产生纳米颗粒的方法。
背景技术：
纳米技术的出现在很多技术领域产生根本性的变化，这是因为在纳米级尺度，许 多材料的性质发生改变。例如，一些结构的尺寸降低至纳米级可以增大表面积与体积之比， 从而使材料的电、磁、活性、化学、结构以及热的性质发生改变。纳米材料已经找到商业应 用，并且可能在接下来的几十年中存在于计算机、光伏、光电子、药物/制药、结构材料、军 事应用等所有事物中。初期的研究努力集中在多孔硅上，但是很多兴趣和努力已经从多孔硅转移到了硅 纳米颗粒。小硅纳米颗粒(< 5nm)的一个主要特征是这些颗粒在被较低波长源(UV)激励 时能够进行可见的光致发光。这被认为是由在纳米颗粒的直径小于激子半径时发生的量 子限制效应导致的，其引起带隙弯曲(即，间隙的增加)。图IA示出了纳米颗粒的带隙能 量(单位为电子伏特)与纳米颗粒的直径(单位为纳米)的函数关系(见T. Takagahara 和K. Takeda, Phys. Rev. B, 46，15578 (1992))。尽管硅在体材料情况下是间接带隙半导体， 但是直径小于5nm的硅纳米颗粒接近于直接带隙材料，这是由于激子的界面俘获而使其成 为可能。直接带隙材料可以被用在光电子应用中，因此硅纳米颗粒可能成为未来光电子应 用中的主导材料。纳米材料另一让人感兴趣的性质是根据表面-声子不稳定性理论的熔 点降低。图IB示出了由纳米颗粒形成的纳米材料的熔点(单位为摄氏度)与纳米颗粒的 直径(单位为纳米)的函数关系(M. ffautelet, J. Phys. D =Appl. Phys. , 24, 343 (1991)和 A. N. Goldstein, Appl. Phys. A, 62, 33 (1996)) 这可以在结构材料中得以应用。企业、大学和实验室已经对可以用于产生纳米颗粒的制造方法和设备的开发投 入了大量努力。这些技术中的一些包括微反应器等离子体(R. MSankaran等人，Nano. Lett. 5,537(2005) ；Sankaran 等人的美国专利申请公开 No. 2005/0258419 ；Sankaran 等 人的美国专利申请公开No. 2006/0042414)，气溶胶热解硅烷(K. A. Littau等人，J. Phys. Chem, 97，1224 (1993)，M. L. Ostraat 等人，J. Electrochem. Soc. 148，G265 (2001))，超声 波处理蚀刻硅(G. Belomoin等人，Appl. Phys. Lett. 80，841 (2002))，以及激光烧蚀硅 (J.A.Carlisle et. al. , Chem. Phys. Lett. 326, 335 (2000)) 等离子体放电提供了另一种机 会以在高温下由大气等离子体或在近似室温下使用低压等离子体来产生纳米颗粒。高温等 离子体已经被N. P. Rao等人研究(美国专利No. 5，874，134和6，924，004，以及美国专利申 it No. 2004/0046130)。从20世纪90年代开始，已经研究低压等离子体作为产生硅纳米颗粒的方法。东 京技术学院(Tokyo Institute of Technology)的一个小组已经使用超高真空(UHV)和甚 高频(VHF， 144MHz)电容耦合等离子体产生了纳米晶硅颗粒(S. Oda等人J. Non-Cryst. Solids,198-200，875(1996)，A. Itoh 等人 Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 452，749(1997))。这种方法使用附接至UHV腔室的VHF等离子体小室，并用等离子来分解硅烷。氢或氩载气被 脉冲输入到等离子体小室，以推动在等离子体中形成的纳米颗粒通过开口进入沉积颗粒的 UHV反应器。高频允许从射频功率到放电的有效耦合，产生高离子密度和离子能量的等离 子体。其他小组已经使用电感耦合等离子体(ICP)反应器来制造具有高离子能量和密度的 13. 56MHz 射频等离子体。(Z. Shen 和 U. Kortshagen, J. Vac. Sci. Technol. A, 20，153 (2002)， A. Bapat 等人，J. App 1. Phys. 94，1969 (2003)，Ζ. Shen 等人，J. App 1. Phys. 94，2277 (2003)， 以及 Y. Dong 等人，J. Vac. Sci. Technol. B22,1923 (2004))。ICP反应器不能有效地产生纳米颗粒，并且已被电容耦合放电所取代(A. Bapat等 人，Plasma Phys. Control Fusion 46, B97 (2004)Mangolini ^A, Nano Lett. 5, 655(2005))。具有环形电极的电容耦合系统能够产生等离子体不稳定性，其产生离子密度 和能量远远高于周围辉光放电的收缩等离子体。这种不稳定性围绕放电管旋转，减小颗粒 在高能量区中的驻留时间(residence time)。电容耦合系统在驻留时间较小时产生较少 的纳米颗粒，这是因为驻留时间近似相当于具有有利的纳米颗粒成核条件的时间。因此，减 少驻留时间减少了供颗粒通过与(一种或多种)前驱体分子碎片分离而成核的时间量，并 提供了颗粒大小分布的控制措施。这种方法产生了纳米晶和冷光硅颗粒(美国专利申请 No. 2006/005150 。然而，电容耦合系统中的射频功率没有充分地耦合到放电。因此，即使 是将不大的功率输送给等离子体( 5W)，也需要相对高的输入功率( 200W)，因为输入 的射频功率的大部分被反射回电源。这大大减少了电源的寿命，并且降低了这种用于产生 硅纳米颗粒的技术的成本效率(costeffectiveness)。

发明内容
本发明旨在解决上述的一个或多个问题的影响作为改进。下面呈现本发明的概要 以提供对于本发明的一些方面的基本理解。该概要不是本发明的穷尽综述。其不旨在标明 本发明的关键点或决定性部分，也不旨在描述本发明的范围。其唯一的目的是以简洁的方 式呈现一些原理作为后面将讨论的更具体的描述的开端。在本发明的一个实施例中，提供了用于合成纳米颗粒的低压甚高频脉冲等离子体 反应器系统。该系统包括腔室，用于接纳至少一个基板，并且能够被抽真空至所选压强。该 系统还包括等离子体源，用于从至少一种前驱体气体生成等离子体；以及甚高频射频电源， 用于以所选频率向等离子体提供连续或脉冲射频功率。该频率是基于脉冲射频功率和等离 子体之间的耦合效率来选择的。VHF放电和气体前驱体的参数是基于纳米颗粒性质来选择 的。纳米颗粒平均大小和颗粒大小分布是通过控制辉光放电的驻留时间(脉冲调制等离子 体)相对于气体分子通过放电区的驻留时间、以及纳米颗粒前驱体气体(一种或多种)的 质量流量来操控的。


通过结合附图参考下面的描述可以理解本发明，附图中相同的参考标记表示相同 的元素，其中图IA示出了纳米晶Si的带隙能与颗粒直径的函数关系；图IB示出了纳米晶Si的熔化温度与颗粒直径的函数关系；
图2概念性地示出了根据本发明的低压高频脉冲等离子体反应器的一个示例性 实施例；图3示出了对于Ar/SiH4等离子体，等离子体耦合效率与频率的函数关系；图4示出了 Ar气体的帕邢曲线(Paschen Curve)；图5是对于不同的测量压强，计算出的麦克斯韦-玻耳兹曼速率分布和穿过四英 寸放电区的颗粒驻留时间；图6A是对于采用0. 2% SiH4和大约4I~0rr压强的140MHz放电过程，颗粒大小分 布作为等离子体驻留时间的函数的曲线；图6B是对于采用0. 2% SiH4和5至6Torr压强的140MHz放电过程，颗粒大小分 布作为等离子体驻留时间的函数的曲线；图6C是对于采用0. 5% SiH4和3至4Torr压强的140MHz放电过程，颗粒大小分 布作为等离子体驻留时间的函数的曲线；图6D是对于采用1 % SiH4和3至4Torr压强的140MHz放电过程，颗粒大小分布 作为等离子体驻留时间的函数的曲线；图7是颗粒大小分布作为SiH4质量流量的函数的曲线，其中采用衰减指数拟合；图8A示出了对于0. 1342mg/min的SiH4,由127MHz (7. 87ns等离子体驻留时间) 放电而合成的、沉积在镀碳TEM栅格上的Si纳米颗粒的50kX BF-TEM图像。插入图是该图 像的所选区域衍射图案；图8B示出了以与图8A中相同的条件沉积的 4. 7nm直径、具有 Inm厚的氧化 物壳的晶体Si纳米颗粒的400kX HRTEM图像；图8C示出了图8B的快速傅里叶变换(FFT)，示出了晶体Si的(111)面的衍射斑；图8D示出了使用与图8A相同的条件沉积的Si纳米颗粒的400kX BF-TEM图像；图8E示出了通过对于图8A中列出的状态进行TEM图像分析得到的颗粒大小分布 直方图(包括l-2nm厚的氧化物壳)；图9A示出了对于0. 25mg/min SiH4,由具有50kHz (20 μ s等离子体驻留时间)50% 深度幅度调制的140MHz放电而合成的、沉积在镀碳TEM栅格上的Si纳米颗粒的50kX BF-TEM图像。插入图是该图像的所选区域衍射图案；图9B示出了以与图9A中相同的条件沉积的 9. 6nm直径、具有 1. 6nm厚的氧 化物壳的晶体Si纳米颗粒的400kX HRTEM图像；图9C示出了图9B的快速傅里叶变换(FFT)，示出了晶体Si的(111)面的衍射斑；图9D示出了使用与图9A相同的条件沉积的Si纳米颗粒的400kX BF-TEM图像；图9E示出了通过对于图9A中列出的状态进行TEM图像分析得到的颗粒大小分布 直方图(包括l-2nm厚的氧化物壳)； 图IOA示出了对于0. 063mg/min SiH4,由具有50kHz (20 μ s等离子体驻留时 间)50%深度幅度调制的140MHz放电而合成的、沉积在镀碳TEM栅格上的Si纳米颗粒的 50kX BF-TEM图像。插入图是该图像的所选区域衍射图案；图IOB示出了以与图IOA中相同的条件沉积的晶体Si纳米颗粒的400kX HRTEM 图像；图IOC示出了图IOB的快速傅里叶变换(FFT)，示出了晶体Si的(111)面和(220)面的衍射斑；图IOD示出了使用与图IOA相同的条件沉积的Si纳米颗粒的250kX BF-TEM图 像；图IOE示出了通过对于图IOA中列出的状态进行TEM图像分析得到的颗粒大小分 布直方图(包括l-2nm厚的氧化物壳)；图1IA示出了对于0. 076mg/min SiH4,由具有50kHz (20 μ s等离子体驻留时 间)50%深度幅度调制的140MHz放电而合成的、沉积在镀碳TEM栅格上Si纳米颗粒的50kX BF-TEM图像。插入图是该图像的所选区域衍射图案；图IlB示出了以与图IlA中相同的条件沉积的 20nm直径、具有 Inm厚的氧化 物壳的晶体Si纳米颗粒的400kX HRTEM图像；图IlC示出了图IlB的快速傅里叶变换(FFT)，示出了晶体Si的(111)面和(220) 面的衍射斑；图1ID示出了使用与图1IA相同的条件沉积的Si纳米颗粒的400kX BF-TEM图 像；图IlE示出了通过对于图IlA中列出的状态进行TEM图像分析得到的颗粒大小分 布直方图(包括l-2nm厚的氧化物壳)；图12A示出了对于0. 07ang/min SiH4,由具有50kHz (20 μ s等离子体驻留时 间)50%深度调幅的140MHz放电而合成的、沉积在镀碳TEM栅格上的Si纳米颗粒的50kX BF-TEM图像。插入图是该图像的所选区域衍射图案；图12B示出了以与图12A中相同的条件沉积的 17nm直径、具有 Inm厚的氧化 物壳的晶体Si纳米颗粒的400kX HRTEM图像；图12C示出了图12B的快速傅里叶变换(FFT)，示出了晶体Si的(111)面的衍射 斑；图12D示出了使用与图12A相同的条件沉积的Si纳米颗粒的400kX BF-TEM图 像；图12E示出了通过对于图12A中列出的状态进行TEM图像分析得到的颗粒大小分 布直方图(包括l-2nm厚的氧化物壳)；图13A示出了对于0. 27mg/min SiH4,由90MHz放电合成的沉积在镀碳TEM栅格上 的非晶Si纳米颗粒的50kX BF-TEM图像；图13B示出了由与图13A中相同的条件得到的非晶Si纳米颗粒的150kX BF-TEM 图像。颗粒大小是 6nm。图14A示出了对于0. 107mg/min SiH4,由具有15kHz (66. 67 μ s等离子体驻留时 间)50%深度调制的140MHz放电而合成的、沉积在镀碳TEM栅格上的非晶Si纳米颗粒的 25kX BF-TEM图像。插入图是该图像的所选区域衍射图案；图14B示出了图14A的所选区域衍射图案，表明颗粒的非晶特性；图14C示出了以图14A中列出的条件沉积的非晶Si纳米颗粒的50kX BF-TEM图 像；图14D示出了通过对于图14A中列出的状态进行TEM图像分析得到的颗粒大小分 布直方图(包括l-2nm厚的氧化物壳)。
尽管本发明可能有各种修改和替换形式，但是其特定实施例已经通过附图中的示 例的形式被示出并且在此被详细描述。然而，应该理解特定实施例的描述不旨在将本发明 限制为所公开的特定形式，相反，本发明覆盖落在所附权利要求所定义的本发明的范围内 的所有的修改、等同物和替换。
具体实施例方式下面描述本发明的示例性实施例。为了简洁，在该说明书中不是实际实施方式中 的所有特征都被描述了。当然应该理解在开发任何这样的实际实施例时，应该做出大量特 定于实施方式的决定以实现开发者的特定目的，例如服从系统相关和商业相关的约束，这 将随着一个实施方式到另一实施方式而改变。此外，应该理解这样的开发成果可能是复杂 并且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域技术人员来说是常规任务。下面参考附图描述本发明。各种结构、系统和装置在附图中示例性描述，仅用于解 释的目的，并且以使得本领域技术人员已知的细节不会模糊本发明。尽管如此，附图被包括 以描述和解释本发明的示例性示例。在此使用的术语和短语应被理解和解释成具有与相关 领域技术人员理解的那些术语和短语一致的含义。术语或短语若没有进行特别定义(特别 定义即与本领域技术人员所理解的普通和惯常含义不同的定义)，则旨在通过该术语或短 语在这里的一贯使用来表示其含义。就术语或短语旨在具有特别含义(即，不同于技术人 员所理解的含义)而言，这样的特别定义将在说明书中以定义的方式明确阐释，其直接且 准确无误地提供该术语或短语的该特别定义。包含前驱体的半导体的低压等离子体分解是一种通过成核和生长过程产生纳米 颗粒的有吸引力的方法。在此描述的技术利用高射频频率等离子体来分解前驱体气体， 然后成核为纳米颗粒。前驱体可以包含危险和/或有毒的气体或液体，诸如SiH4, SiCl4, H2SiCl2, BCl3, B2H6, PH3, GeH4,或GeCl4。前驱体可以用于掺杂或混合纳米颗粒。该过程也能 够同时沉积其中沉积有纳米晶颗粒的非晶薄膜。相对于形成硅纳米颗粒的传统技术，高频 等离子体产生更好的功率耦合，并且产生具有更高离子能量和密度的放电。在此描述的低压等离子体反应器的实施例使用低压高频脉冲等离子体系统来产 生硅纳米颗粒。脉冲调制等离子体使得操作员能够直接为颗粒成核设置驻留时间，从而控 制等离子体中的颗粒大小分布和聚集动力学(agglomeration kinetics)。例如，脉冲反应 器的运行参数可以被调节以形成晶体纳米颗粒或非晶纳米颗粒。包含前驱体的半导体进入 操作电容耦合等离子体或电感耦合等离子体的电介质放电管。在前驱体分子在等离子区中 分解时，纳米颗粒开始成核。当等离子体停止或处于低离子能量态时，在脉冲调制周期期 间，带电的纳米颗粒可以被抽出到反应器腔室，在此它们可以沉积在基板上或经历进一步 的处理。可以通过由任意函数发生器触发的变频射频功率放大器来提供功率，以建立高频 脉冲等离子体。在一个实施例中，利用气体中的环形电极、平行板、或阳极/阴极装置将射 频功率电容耦合至等离子体。可替换地，可以使用围绕放电管的射频线圈装置将射频功率 电感耦合至等离子体。前驱体气体可以通过质量流量控制器或校准的转子流量计来控制。 放电管与反应器腔室的压差可以通过可变的接地或偏置孔来控制。根据孔的大小和压强， 可以改变进入反应器腔室的纳米颗粒分布，从而提供能够用于调节得到的纳米颗粒的性质的另一处理参数。在一个实施例中，等离子体反应器可以在放电管中在IOOmTorr至IOTorr 的压强下以30MHz到150MHz的频率工作，并且提供1瓦至200瓦的功率。现在参考图2，示出了低压高频脉冲等离子体反应器的一个示例性实施例。在该 示出的实施例中，前驱体气体(一种或多种)可以被引入到抽真空的电介质放电管11。放 电管11包括电极结构13，其连接至变频射频放大器10。电极的另一部分14或者接地或者 DC偏置或者相对于电极13以推挽模式运行。电极13、14被用于将甚高频(VHF)功率耦合 至前驱体气体(一种或多种)以点燃并维持辉光放电或等离子体12。前驱体气体(一种或 多种)然后可以在等离子区中分解并成核以形成纳米颗粒。在一个实施例中，在电介质放电管11内的用于等离子体源的电极13、14是流通式 喷头设计，在其中，VHF射频偏置的上游多孔电极板13与下游多孔电极板14分开，板的孔 是彼此对准的。孔可以是圆形的、矩形的、或任何其他期望形状。可替换地，电介质管11可 以包括与VHF射频电源10耦合的具有尖头的电极13，在尖头与管11内部的接地环14之间 具有可变距离。在该种情况下，VHF射频电源10在大约30-300MHZ的频率范围内运行。在 另一替换实施例中，尖头13可以被布置为使得以推挽模式(180°异相)运行的VHF射频供 电环14和尖头之间具有可变距离。而在另一替换实施例中，电极13、14包括耦合至VHF射 频电源的电感线圈，从而射频功率通过由电感线圈形成的电场被传递至前驱体气体(一种 或多种)。电介质管11的一些部分可以被抽至lxl0_7-500Torr之间的真空度。成核的纳米颗粒可以进入更大的抽真空的反应器15，在这里它们可以聚集在固体 基板16(包括卡盘)上或聚集到适当液体基质/溶液中。固体基板16可以被电接地、偏置、 温度控制、旋转、相对于产生纳米颗粒的电极布置、或位于卷对卷(roll-to-roll)系统上。 如果不选择沉积在基板上，则颗粒被抽至适当的泵中以转变至大气压。纳米颗粒气溶胶然 后可以被发送至大气分类系统，诸如微分迁移率分析仪，并且被收集用于进一步的功能化 或其他处理。在示出的实施例中，等离子过程通过射频功率放大器(诸如ARWorldwide Model KAA2040，或Electronics and Innovation3200L)以高频等离子体开始。该放大器可以由能 够产生0. 15至150MHz的高达200瓦功率的任意函数发生器(例如jTektronixAFGSZSZ函 数发生器)驱动(或脉冲调制)。在各种不同的实施例中，该任意函数可能能够用脉冲串、 幅度调制、频率调制、或不同波形来驱动功率放大器。放大器和前驱体气体之间的功率耦合 通常随着射频功率的频率的增加而增加。因此，以较高频率驱动功率的能力可能使得电源 和放电之间能够更有效地耦合。这种增加的耦合可以表现为电压驻波比(VSWR)的减小。
权利要求
1.一种低压高频脉冲等离子体反应器系统，包括 流量控制器，用于控制至少一种前驱体气体的流量；腔室，被配置为接纳至少一个基板，并且能够被抽真空至所选压强； 等离子体源，用于从所述至少一种前驱体气体生成等离子体；以及 甚高频射频功率源，用于以基于脉冲射频功率源和等离子体之间的耦合效率选择的射 频向等离子体提供脉冲射频功率，其中所述射频功率的至少一个参数能够基于通过向等离 子体提供脉冲射频功率而形成的纳米颗粒的至少一个性质而被选择。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述流量控制器包括气体流量控制器、质量流量 控制器、电控质量流量控制器、和精密转子流量计中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的系统，包括电介质管，该电介质管能够被抽真空至小于大气 压的真空度，同时使所述至少一种前驱体气体流动。
4.根据权利要求3所述的系统，其中真空度在lxl0_7-500Torr之间。
5.根据权利要求4所述的系统，其中真空度在100-300Torr之间。
6.根据权利要求4所述的系统，其中真空度在lX10_7-lX10_3Torr之间。
7.根据权利要求1所述的系统，其中等离子体源包括双环电极，其中，上游环被偏置到 VHF射频，而下游环被接地或偏置到VHF射频，所述环电极以推挽模式(180°异相)运行。
8.根据权利要求1所述的系统，其中等离子体源包括以下至少之一电介质管，包含耦合至所述VHF射频功率源的电极，所述电极具有尖头，在所述尖头和 所述管内部的接地环之间具有可变距离，并且其中VHF射频功率源在大约30-300MHZ的频 率范围内工作，并且其中VHF射频偏置的尖头电极和接地环之间的距离是基于由所述至少 一种前驱体气体的帕邢曲线确定的所述前驱体气体的最小击穿电压而被选择的；电介质管，包含耦合至VHF射频功率源的电极，该电极具有尖头，在以推挽模式(180° 异相)运行的所述尖头和VHF射频供电环之间具有可变距离；至少两个耦合至VHF射频功率源的平行板，因此，射频功率通过由VHF射频功率源在所 述至少两个平行板之间形成的电场被传递至所述至少一种前驱体气体；至少一个耦合至VHF射频功率源的电感线圈，从而，射频功率通过由所述电感线圈形 成的电场被传递至所述至少一种前驱体气体；和流通式喷头设计，其中VHF射频偏置的上游多孔电极板与下游多孔电极板分隔开，板 的孔彼此对准，并且其中下游多孔电极板被接地或被相对于上游多孔板以推挽方式(180° 异相)运行的VHF射频所偏置。
9.根据权利要求9所述的系统，其中上游多孔电极板和下游多孔电极板分隔的距离是 可变的，并且填充有至少一种前驱体气体或电介质。
10.根据权利要求1所述的系统，其中VHF射频功率源被配置为以可变射频提供射频 功率，并且其中用于生成等离子体的射频是基于在多个射频处所述VHF射频功率源和所述 等离子体之间的多个耦合效率的测量结果进行选择的，并且是基于以下至少一项进行选择 的等离子体驻留时间、颗粒成核驻留时间、平均颗粒大小、颗粒大小分布、以及所述至少一 种前驱体气体中的聚集动力学。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述VHF射频功率源可以是被调谐为最大化到 所述至少一种前驱体气体的功率耦合效率以及电介质管压强的现场频率。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述VHF射频功率源被配置为提供以下至少一种连续射频功率，提供至由所述至少一种前驱体气体生成的等离子体； 脉冲射频功率，通过调制射频功率的幅度被提供； 脉冲射频功率，通过调制射频功率的频率被提供；或 脉冲射频功率，具有交替的开启和关闭状态。
13.根据权利要求1所述的系统，其中耦合到等离子体放电的VHF射频功率源具有从3 至800W/cm2的功率密度。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述腔室包括用于托住基板的卡盘，并且其中所 述卡盘用于提供以下至少之一可变速度的旋转；相对于所述VHF射频源的可变位置；控制在_15°C至300°C范围内的温度； 直流偏置； 射频偏置；和 负载锁定能力。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述腔室包括以下至少之一次级13. 56MHz等离子体系统，用于在所述上游VHF射频等离子体中合成的纳米颗粒的 现场气相功能化；或热化学气相沉积源，用于在所述上游VHF射频等离子体中合成的纳米颗粒的现场气相 功能化。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述基板是以下至少之一 卷对卷材料；适应真空的固体；或 适应真空的液体。
17.根据权利要求1所述的系统，其中在所述上游VHF射频放电中合成的纳米颗粒从所 述低压腔室被抽出并以气溶胶形式被带到大气压。
18.—种产生核/壳型纳米颗粒的方法，包括提供至少一种前驱体气体的VHF射频低压辉光放电，其中所述VHF射频是基于VHF射 频功率源和等离子体之间的等离子体功率耦合效率而进行选择的；在VHF等离子体中分解所述至少一种前驱体气体以成核和生长纳米颗粒核；以及 在所合成的纳米颗粒的表面上生长壳，其中所述壳是无机的或有机的。
19.根据权利要求19所述的方法，其中所述VHF射频低压放电通过幅度调制、频率调制 或交替的开启和关闭状态中的至少一种而被脉冲调制，以控制等离子体的高离子能量和密 度驻留时间，从而控制以下至少之一等离子体驻留时间、核型纳米颗粒成核驻留时间、平 均核型纳米颗粒大小、核型纳米颗粒大小分布、和所述至少一种前驱体气体中的聚集动力 学，并且其中所合成的核型纳米颗粒被处于气相的壳所涂覆。
20.一种产生组合纳米颗粒/非晶薄膜的方法，包括在VHF射频低压等离子体放电中将至少一种纳米颗粒前驱体气体与至少一种非晶薄 膜前驱体气体混合。
21. 一种产生掺杂纳米颗粒/非晶薄膜的方法，包括在VHF射频低压等离子体放电中将至少一种纳米颗粒前驱体气体和至少一种非晶薄 膜前驱体气体与至少一种掺杂剂前驱体气体混合。
全文摘要
本发明提供了一种用于合成纳米颗粒的低压甚高频脉冲等离子体反应器系统。该系统包括腔室，该腔室用于接纳至少一个基板，并且能够被抽真空至所选压强。该系统还包括用于从至少一种前驱体气体产生等离子体的等离子体源，以及用于以所选频率提供连续或脉冲射频功率至等离子体的甚高频射频功率源。该频率是基于脉冲射频功率和等离子体之间的耦合效率来选择的。VHF放电和气体前驱体的参数是基于纳米颗粒性质来选择的。纳米颗粒平均大小和颗粒大小分布是通过控制辉光放电的驻留时间(脉冲调制等离子体)相对于通过放电区的气体分子驻留时间、以及纳米颗粒前驱体气体(一种或多种)的质量流量来操控的。
文档编号H01J37/32GK102144275SQ200980134077
公开日2011年8月3日 申请日期2009年9月1日 优先权日2008年9月3日
发明者J·A·凯西, V·A·莎玛米安 申请人:陶氏康宁公司