原子层沉积装置

1.本发明涉及原子层沉积技术领域，特别是涉及原子层沉积装置。


背景技术：

2.原子层沉积是一种将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的技术，其具有薄膜厚度纳米可控，均匀性好等特点，因此被广泛应用于微纳米电子器件，太阳能电池等领域。原子层沉积的原理是将前驱体通入真空腔体中与待包覆基体发生化学吸附，伴随惰性气体清洗腔体之后，另一前驱体通入腔体与上阶段生成物发生化学反应。这两个阶段组成一个原子层沉积反应循环，也即单层薄膜生长，通过控制循环的次数来达到所需厚度的薄膜。在相关技术中，存在许多专门进行原子层沉积的装置，然而，这些装置对于待包覆物的适用范围较为单一，仅能用于单一类型的待包覆物的沉积。


技术实现要素：

3.基于此，本发明提出一种原子层沉积装置，可以对不同类型的待包覆物进行沉积，适用范围更广。
4.原子层沉积装置，包括：
5.反应室，所述反应室包括反应室主体与腔门，所述反应室主体的内部形成反应腔体，所述反应室主体上设有进气口与抽气口，所述腔门与所述反应室主体可拆卸连接；
6.安装架，所述安装架与所述腔门固定连接，所述腔门与所述反应室主体连接时，所述安装架位于所述反应腔体的内部；
7.第一承载件，所述第一承载件用于承载块状待包覆物，所述第一承载件与所述安装架可拆卸连接；
8.第二承载件，所述第二承载件用于承载粉状待包覆物，所述第二承载件与所述安装架可拆卸连接；
9.驱动件；
10.第一使用状态下，所述第一承载件与所述安装架固定连接；
11.第二使用状态下，所述第二承载件与所述安装架连接，且所述驱动件与所述第二承载件连接，所述驱动件用于驱动所述第二承载件相对于所述安装架转动。
12.在其中一个实施例中，所述第一承载件上设有多个凹槽，所述凹槽用于容纳所述块状待包覆物。
13.在其中一个实施例中，所述第一使用状态下，所述第一承载件与所述安装架通过螺纹紧固件连接；或者，所述第一承载件与所述安装架卡扣连接；或者，所述第一承载件与所述安装架通过磁吸固定。
14.在其中一个实施例中，所述第二使用状态下，所述第二承载件与所述安装架之间通过轴承连接，所述第二承载件的转轴与所述驱动件连接。
15.在其中一个实施例中，所述第二承载件还包括抽气管，所述抽气管与所述抽气口
连接，所述抽气管与所述转轴同轴设置，且二者分别位于所述第二承载件沿轴向的两端。
16.在其中一个实施例中，所述安装架的中心区域设有贯通的容纳槽，所述第二承载件位于所述容纳槽内，沿所述轴向，所述容纳槽的两端各设有一个安装槽，所述转轴与所述抽气管上均套设有所述轴承，所述轴承与对应的所述安装槽过盈配合。
17.在其中一个实施例中，所述第二承载件包括沿径向设置的内支撑网与外支撑网，以及分别连接于二者的两端的第一端盖与第二端盖，所述内支撑网与所述外支撑网均呈镂空状，所述内支撑网的外部套设有内过滤网，所述外支撑网的外部套设有外过滤网，所述内过滤网与所述外支撑网之间形成用于容纳所述粉状待包覆物的容纳腔体，所述内支撑网的内部形成与所述抽气管连通的抽气腔体。
18.在其中一个实施例中，所述外支撑网包括外支撑网第一端板，所述第一端盖与所述外支撑网第一端板可拆卸连接，所述转轴设置于所述第一端盖上，所述转轴与所述内支撑网可拆卸连接。
19.在其中一个实施例中，所述外支撑网还包括外支撑网第二端板，所述第二端盖与所述外支撑网第二端板可拆卸连接，所述抽气管设置于所述第二端盖上，所述外支撑网第二端板上设有缺口，所述缺口的边缘沿轴向的投影位于所述容纳腔体内靠近所述外支撑网的一侧。
20.在其中一个实施例中，所述第二承载件包括沿径向设置内过滤网与外过滤网，以及分别连接于二者的两端的第一端盖与第二端盖，所述内过滤网与所述外过滤网均为烧结过滤网，所述内过滤网与所述外过滤网之间形成用于容纳所述粉状待包覆物的容纳腔体，所述内过滤网的内部形成与所述抽气管连通的抽气腔体。
21.在其中一个实施例中，所述反应室主体上安装有石英玻璃，所述反应室主体的外部设置有红外加热灯，所述红外加热灯能够透过所述石英玻璃对所述反应腔体加热。
22.上述原子层沉积装置，设置了第一承载件与第二承载件，若要对块状待包覆物进行沉积，则可以选择将第一承载件固定安装至安装架上；若要对粉状待包覆物进行沉积，则可以选择将第二承载件安装至安装架上，并将第二承载件与驱动件连接，通过驱动件驱动第二承载件转动，将粉状待包覆物打散，以免发生结块。因此，该装置既可以对块状待包覆物进行沉积，也可以对粉状待包覆物进行沉积，只要根据待包覆物的形态选择安装对应的承载件即可，这使得该装置的适用范围更广。
附图说明
23.图1为本发明一实施例中的原子层沉积装置未安装第一承载件与第二承载件时的结构示意图；
24.图2为本发明一实施例中第二承载件安装至安装架上的结构示意图；
25.图3为本发明一实施例中第一承载件安装至安装架上的结构示意图；
26.图4为图2中第二承载件的爆炸图(省略部分部件)；
27.图5为图2中第二承载件的另一角度的爆炸图(省略部分部件)；
28.图6为图2中第二承载件的俯视图(省略部分部件)。
29.附图标记：
30.反应室主体110、进气口111、抽气口112、腔门120、通孔121、反应腔体130、石英玻
璃140；
31.安装架200、容纳槽210、安装槽220；
32.第一承载件300、第一凹槽310、第二凹槽320；
33.第二承载件400、外支撑网410、外支撑网侧板411、外支撑网第一端板412、外支撑网第二端板413、缺口4131、内支撑网420、外过滤网430、内过滤网440、第一端盖451、第二端盖452、转轴460、异形槽461、抽气管470、容纳腔体481、抽气腔体482、滤网固定卡箍490；
34.驱动件510、联轴器520、第一轴承530、第二轴承540；
35.支架610、滑块620、滑轨630。
具体实施方式
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
42.参阅图1至图3，图1为本发明一实施例中的原子层沉积装置未安装第一承载件与
第二承载件时的结构示意图，图2为本发明一实施例中第二承载件安装至安装架上的结构示意图，图3为本发明一实施例中第一承载件安装至安装架上的结构示意图。本发明一实施例提供的原子层沉积装置包括反应室、安装架200、第一承载件300、第二承载件400与驱动件510等部件，反应室包括反应室主体110与腔门120，反应室主体110的内部中空，以形成反应腔体130，且一侧呈开口状。腔门120与反应室主体110可拆卸连接，腔门120与反应室主体110连接时，腔门120将反应室主体110的开口处封堵，反应腔体130形成封闭腔体。反应室主体110上设有进气口111与抽气口112，气体可以从进气口111进入反应腔体130，并且可以从抽气口112被抽离反应腔体130。安装架200与腔门120固定连接，且安装架200位于腔门120的内侧，具体地，安装架200与腔门120的内侧壁固定连接，因此，腔门120与反应室主体110连接时，安装架200会位于反应腔体130内。第一承载件300用于承载块状待包覆物，第二承载件400用于承载粉状待包覆物，第一承载件300、第二承载件400二者均与安装架200可拆卸连接，在进行原子层沉积时，第一承载件300、第二承载件400其中一个安装至安装架200上。具体地，第一使用状态下，第一承载件300安装至安装架200上，且二者之间固定连接，此时可以对块状待包覆物进行原子层沉积。第二使用状态下，第二承载件400安装至安装架200上，此时可以对粉状待包覆物进行原子层沉积，并且驱动件510也与第二承载件400连接，驱动件510可以驱动第二承载件400相对于安装架200进行转动。
43.上述实施例中，设置了第一承载件300与第二承载件400，若要对块状待包覆物进行沉积，则可以选择将第一承载件300固定安装至安装架200上；若要对粉状待包覆物进行沉积，则可以选择将第二承载件400安装至安装架200上，并将第二承载件400与驱动件510连接，通过驱动件510驱动第二承载件400转动，将粉状待包覆物打散，以免粉末发生结块。因此，该装置既可以对块状待包覆物进行沉积，也可以对粉状待包覆物进行沉积，且能对粉状待包覆物进行打散，符合粉状待包覆物沉积的要求，沉积前只要根据待包覆物的形态选择安装对应的承载件即可，这使得该装置的适用范围更广。
44.参阅图3，在一些实施例中，第一承载件300上设有多个凹槽，凹槽用于容纳块状待包覆物。具体地，第一承载件300上设有第一凹槽310与第二凹槽320，第一凹槽310的尺寸略大于第二凹槽320，可以根据块状待包覆物的尺寸选择合适的凹槽，并将其置于选定的凹槽内即可。第一凹槽310与第二凹槽320的位置不限于附图所示方式，数量也不限于两个。需要说明的是，块状待包覆物的形状不做限制，可以是板状，也可以是柱状，还可以是球状或其他形状。优选地，凹槽的长度与宽度中的一个与块状待包覆物一个方向的尺寸大致相等，如此，可以对块状待包覆物进行一定程度的限位，以免气体吹过块状待包覆物时气压过大将块状待包覆物推动而发生位置偏移并脱离凹槽。
45.参阅图3，在一些实施例中，第一使用状态下，将第一承载件300固定安装至安装架200上时，可以使第一承载件300与安装架200通过螺纹紧固件连接。具体地，第一承载件300放置于安装架200的顶部，二者之间通过螺钉进行固定。或者，在一些实施例中，第一承载件300与安装架200之间也可以通过卡扣连接实现安装。或者，在一些实施例中，第一承载件300与安装架200也可以通过磁吸固定，例如，在二者上均设置磁性件进行吸附固定。
46.参阅图2、图4至图6，图4为图2中第二承载件的爆炸图(省略部分部件)，图5为图2中第二承载件的另一角度的爆炸图(省略部分部件)，图6为图2中第二承载件的俯视图(省略部分部件)。在一些实施例中，第二使用状态下，将第二承载件400固定安装至安装架200
上时，第二承载件400与安装架200之间通过轴承连接，第二承载件400的转轴460与驱动件510连接。沉积过程中，驱动件510可以驱动第二承载件400相对于安装架200进行转动，转动过程中，粉状待包覆物在第二承载件400内不断的上下翻滚，可以防止粉末发生结块，还能增大粉末与前驱体气体的接触概率，使粉末与前驱体气体更加充分的接触反应，使沉积效果较好。具体地，驱动件510可以为旋转电机或旋转气缸等部件，第二承载件400的转轴460穿过腔门120上设置的通孔121，并与驱动件510的输出轴通过联轴器520连接。在一些实施例中，还可以在驱动件510与第二承载件400之间设置传动组件，例如，在二者之间设置齿轮组或同步带等部件，通过传动组件实现减速或增速。
47.在一些实施例中，第二承载件400还包括抽气管470，抽气管470与反应室主体110上设置的抽气口112连通，可以将真空泵等部件连接于抽气口112处，经抽气管470将第二承载件400内流经粉末后的气体抽走。抽气管470与转轴460同轴设置，沿第二承载件400的轴向，转轴460位于第二承载件400的一端，抽气管470位于第二承载件400的另一端。在驱动件510工作时，通常需要对转矩输入端，即转轴460所在区域进行降温，以免部件温度过高发生故障。本实施例中，将抽气管470与转轴460分别设置于两端，二者间距较远，对转轴460区域进行降温时，抽气管470内温度不易受降温影响，前驱体经抽气管470被抽走时，不易因温度过低而冷凝，从而不易堵塞抽气管470。其次，和抽气管470与转轴460设置于同一端相比，二者分设于两端对于抽气管470处的密封要求有所降低，无需设置结构较为复杂的磁流体密封结构，可以简化结构，降低成本与装配难度。再者，磁流体密封结构在超过120℃时会失效，本实施例中无需设置磁流体密封结构，则可以提高沉积的温度上限，使该装置可以用于高温原子层沉积，装置的适用范围更广。
48.具体地，在一些实施例中，安装架200的中心区域设有贯通的容纳槽210，沿轴向，容纳槽210的两端各设有一个安装槽220。第二承载件400位于容纳槽210内，转轴460与抽气管470分别安装于对应的安装槽220内。转轴460与对应的安装槽220之间通过第一轴承530连接，第一轴承530与该安装槽220之间过盈配合。抽气管470与对应的安装槽220之间通过第二轴承540连接，第二轴承540与该安装槽220之间过盈配合。因此，若要对粉状待包覆物进行沉积，将第一轴承530与第二轴承540卡入对应的安装槽220内即可；若要对块状待包覆物进行沉积，将第一轴承530与第二轴承540从对应的安装槽220内拆除，再安装上第一承载件300即可，操作十分方便。
49.具体地，在一些实施例中，第二承载件400包括内支撑网420、外支撑网410、内过滤网440、外过滤网430、第一端盖451与第二端盖452等部件。内支撑网420与外支撑网410均呈两端开口的空心圆柱状，外支撑网410沿径向设置于内支撑网420的外部，二者之间具有间隙。内过滤网440套设于内支撑网420的外部，二者贴合且固定连接，外过滤网430套设于外支撑网410的外部，二者贴合且固定连接。内支撑网420可以对内过滤网440进行支撑固定，以免其发生变形，类似的，外支撑网410可以对外过滤网430进行支撑固定。内支撑网420与外支撑网410均呈镂空状，二者的侧壁上均设有沿径向贯通的孔位，孔位形状不做限制，可以为圆形、条形或方形等形状。第一端盖451固定于内支撑网420与外支撑网410的一端，第二端盖452固定于另一端。内过滤网440与外支撑网410之间形成容纳腔体481，内支撑网420的内部形成抽气腔体482，抽气腔体482与抽气管470连通。粉状待包覆物被放置于容纳腔体481内，内过滤网440与外过滤网430均选用高目数过滤网，可以对粉状待包覆物进行阻隔，
防止其朝内泄露进入抽气腔体482而被抽走，并防止其朝外泄露至第二承载件400的外部。
50.进行原子层沉积时，粉状待包覆物放置于容纳腔体481内，真空泵连接于反应室主体110上设置的抽气口112处，不同的前驱体交替从反应室主体110上设置的进气口111处进入反应腔体130内，依次经过外过滤网430与外支撑网410后进入容纳腔体481，与粉末接触并进行包覆沉积，多余的前驱体依次经过内过滤网440与内支撑网420后进入抽气腔体482，并经抽气管470被抽走。
51.在一些实施例中，内过滤网440通过滤网固定卡箍490固定于内支撑网420的外部。具体地，内过滤网440与内支撑网420的外壁的形状尺寸匹配，将内过滤网440套设于内支撑网420的外壁处，再将滤网固定卡箍490固定内过滤网440外部，将其锁紧即可。类似的，外过滤网430也通过滤网固定卡箍490固定于外支撑网410的外部。
52.参阅图2、图4至图6，具体地，在一些实施例中，外支撑网410包括外支撑网第一端板412，外支撑网第一端板412一体连接于外支撑网侧板411的一端。转轴460设置于第一端盖451上，第一端盖451与外支撑网第一端板412可拆卸连接。转轴460与内支撑网420可拆卸连接，具体地，转轴460穿过外支撑网第一端板412，转轴460上位于外支撑网第一端板412内侧的部分插入内支撑网420内，且过盈配合，二者之间设置有密封圈。同时，外支撑网第一端板412与第一端盖451通过螺纹紧固件连接。优选地，转轴460上位于外支撑网第一端板412内侧的部分在插入内支撑网420的方向上，直径逐渐减小，即这部分设置有斜度，如此，可以便于将支撑网420从外支撑网第一端板412上拆除。
53.进一步地，在一些实施例中，外支撑网410还包括外支撑网第二端板413，外支撑网第二端板413与外支撑网第一端板412分别连接于外支撑网侧板411的两端。第二端盖452与外支撑网第二端板413可拆卸连接，抽气管470设置于第二端盖452上，抽气管470的端部与内支撑网420固定连接，例如，抽气管470的端部与内支撑网420之间过盈配合，或者，二者通过粘接固定。具体地，在一些实施例中，抽气管470内部中空，其穿过外支撑网第二端板413，抽气管470上位于外支撑网第二端板413内侧的部分插入内支撑网420内，且过盈配合，二者之间设置有密封圈。同时，外支撑网第二端板413与第二端盖452通过螺纹紧固件连接。外支撑网第二端板413上设有缺口4131，缺口4131呈圆形，缺口4131的边缘沿轴向的投影位于容纳腔体481内靠近外支撑网410的一侧，即缺口4131半径设置的较大。如此，向容纳腔体481内放入粉末，以及完成沉积后从容纳腔体481内取出粉末时都更加方便。具体地，放入粉末时，先将粉末从缺口4131处放入容纳腔体481内，然后将第二端盖452安装至外支撑网第二端板413上。取出粉末时，将第二端盖452从外支撑网第二端板413上拆下，拆下的同时，将内支撑网420与内过滤网440一起带出，然后倾倒出粉末。如前所述，转轴460上位于外支撑网第一端板412内侧的部分设置有斜度，因此，在拆下第二端盖452时，内支撑网420更易与外支撑网第一端板412分离。
54.优选地，转轴460上设有异形槽461，异形槽461为盲孔，具有台阶面，与联轴器520连接时可以进行限位。
55.在一些实施例中，第二承载件400包括内过滤网440、外过滤网430、第一端盖451与第二端盖452等部件。内过滤网440、外过滤网430均呈两端开口的空心圆柱状，外过滤网430沿径向设置于内过滤网440的外部，二者之间具有间隙。第一端盖451固定于内过滤网440与外过滤网430的一端，第二端盖452固定于另一端。内过滤网440与外过滤网430之间形成容
纳腔体481，内过滤网440的内部形成抽气腔体482，抽气腔体482与抽气管470连通。粉状待包覆物被放置于容纳腔体481内，内过滤网440与外过滤网430均选用高目数过滤网，可以对粉状待包覆物进行阻隔，防止其朝内泄露进入抽气腔体482而被抽走，并防止其朝外泄露至第二承载件400的外部。内过滤网440、外过滤网430均选用烧结过滤网，此类过滤网的强度较高，不易变形。
56.参阅图1，在一些实施例中，反应室主体110上安装有石英玻璃140，反应室主体110的外部设置有红外加热灯，红外加热灯能够透过石英玻璃140对反应腔体130加热。与电阻加热等方式相比，采用红外加热的加热速度较快，且无需像电阻加热那样按照反应室的尺寸定制加热套，也无需设置专门的固定结构，可以简化结构。
57.在一些实施例中，还设有与腔门120、驱动件510均固定连接的支架610，支架610的底部固定连接有滑块620，滑块620与滑轨630滑动连接。推动腔门120，使其靠近或远离反应室主体110时，滑块620将会沿滑轨630滑动，以进行导向。
58.使用上述一实施例中的原子层沉积装置进行原子层沉积时，先将腔门120与反应室主体110连接，检查装置是否正常运行，经抽气口112将反应腔体130抽真空。然后将腔门120与反应室主体110分离，根据待包覆物的形态选择对应的承载件，若为块状待包覆物，则将第一承载件300固定于安装架200上；若为粉状待包覆物，则将第二承载件400安装于安装架200上。接下来以粉状待包覆物为例进行说明。再次将腔门120与反应室主体110连接，使用红外加热灯对反应腔体130进行加热，并开启驱动件510，驱动第二承载件400转动(若为第一承载件300，则驱动件510不开启)。将载气经进气口111通入反应腔体130内，载气流入容纳腔体481与粉状待包覆物接触后，经抽气腔体482流入抽气管470，从抽气口112被抽出。载气可以为氮气或惰性气体，先通入载气可以对内部进行清洁，去除杂质。然后将第一前驱体混入载气，一起通入进气口111，第一前驱体吸附于粉状待包覆物表面进行沉积，多余的第一前驱体从抽气腔体482流入抽气管470并被抽出。随着第二承载件400不断转动，第一前驱体能充分与粉状待包覆物接触并吸附。一段时间后，停止通入第一前驱体，载气依然继续通入，通过载气对内部进行吹扫清洁。吹扫一段时间后，将第二前驱体混入载气，一起通入进气口111，第二前驱体与第一前驱体在待包覆粉末表面发生化学反应，反应产物即为包覆材料，多余的第二前驱体从抽气腔体482流入抽气管470并被抽出。一段时间后，停止通入第二前驱体，载气依然继续通入，通过载气对内部进行吹扫清洁。如此为一个原子层沉积循环，即在待包覆物表面沉积了一个原子层厚度的薄膜。实验中，通过控制循环次数控制沉积层数，进而达到预期的包覆厚度。待沉积完成，载气吹扫一段时间后，关闭真空泵，停止从抽气口112抽出气体，载气继续通入进行返气，使内部气压逐渐与大气压相等后，将腔门120与反应室主体110分离，降温至常温，并拆除第二承载件400，打开第二端盖452，将产物从外支撑网第二端板413上的缺口4131处倒出即可。
59.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
60.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护
范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。