一種在真空中以多面加熱來構(gòu)筑恒溫區(qū)域的方式的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及薄膜生長或薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說涉及在襯底上進(jìn)行沉積，批量制備大面積薄膜的領(lǐng)域以及類似裝置。本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種在真空中以多面加熱來構(gòu)筑恒溫區(qū)域的方式，既可以解決高溫下襯底原子蒸發(fā)的問題，又可以同時實(shí)現(xiàn)大面積薄膜的生長。可批量制備大面積薄膜材料的加熱方案特點(diǎn)在于：多面加熱的設(shè)計方法或類似裝置（1），可以在真空中構(gòu)筑一個較大范圍的恒溫區(qū)域；襯底表面蒸發(fā)的原子（4）沉積在對面的襯底（2），實(shí)現(xiàn)互相補(bǔ)償，既可以有效避免基底表面原子在高溫下蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷；又可以實(shí)現(xiàn)大面積薄膜的生長。
【專利說明】一種在真空中以多面加熱來構(gòu)筑恒溫區(qū)域的方式

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及薄膜生長或薄膜制備領(lǐng)域，更確切地說涉及在襯底上進(jìn)行沉積，批量 制備大面積薄膜的領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 薄膜材料及相關(guān)薄膜器件興起于20世紀(jì)60年代，是新理論、高技術(shù)高度結(jié)晶的產(chǎn) 物。隨著現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展，許多領(lǐng)域都需要使用大量功能各異的無機(jī)新材料或 薄膜材料，如石墨烯、六角氮化硼等。薄膜材料與元器件結(jié)合，成為電子、信息、傳感器、光 學(xué)、太陽能等技術(shù)的核心基礎(chǔ)。一般來講，為了達(dá)到所需的性能，薄膜材料必須是高純的。而 為了得到高純度的產(chǎn)品，科學(xué)界、工藝界也發(fā)明了很多制備方法。一般來講，基本方法不外 乎物理成膜法和化學(xué)成膜法兩種。
[0003] 物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition,簡稱PVD)技術(shù)：在真空條件下，采 用物理方法，將材料源（固體或液體）表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過 低壓氣體（或等離子體）過程，在襯底表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。物理 氣相沉積的主要方法有，真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍膜、離子鍍膜，及分子束外延 等。發(fā)展到目前，物理氣相沉積技術(shù)不僅可沉積金屬膜、合金膜、還可以沉積化合物、陶瓷、 半導(dǎo)體、聚合物膜等。
[0004] 化學(xué)氣相沉積（Chemical vapor deposition,簡稱CVD)技術(shù)：是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài) 條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)襯底表面，進(jìn)而制得固體薄膜材料 的工藝技術(shù)。它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程。化學(xué)氣相沉積技術(shù)是一種用來產(chǎn)生 純度高、性能好的固態(tài)材料的化學(xué)技術(shù)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)使用此技術(shù)來成長薄膜。典型的CVD 制程是將襯底暴露在一種或多種不同的反應(yīng)物下，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或/及化學(xué)分 解來產(chǎn)生欲沉積的薄膜。反應(yīng)過程中通常也會伴隨地產(chǎn)生不同的副產(chǎn)品，但大多會隨著氣 流被帶著，而不會留在反應(yīng)腔中。微制程大都使用CVD技術(shù)來沉積不同形式的材料，包括單 晶、多晶、非晶及磊晶材料。這些材料有硅、碳纖維、碳納米纖維、納米線、納米碳管、Si02、硅 鍺、鶴、娃碳、氮化娃、氮氧化娃及各種不同的high-k介質(zhì)等材料。
[0005] 目前來講，無論是PVD，還是CVD，工藝中都存在一下兩個缺陷： 需要對襯底加熱至高溫；對于襯底來講，當(dāng)溫度達(dá)到成膜所需溫度(幾百攝氏度甚至更 高）的時候，襯底的原子表面會發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，造成襯底表面平整度變差，進(jìn)而影響到成膜 形貌、質(zhì)量。
[0006] 工藝非常復(fù)雜，一次只能制備單張的小面積薄膜，無法制備大面積薄膜及批量生 產(chǎn)，其主要原因即是很難在真空中形成比較大區(qū)域的恒溫區(qū)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對以上提到的問題，提出本發(fā)明。
[0008] 本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種方案，既可以解決高溫下襯底原子蒸發(fā)的問題，又可以 同時實(shí)現(xiàn)大面積薄膜的生長，以及批量生產(chǎn)。
[0009] 本發(fā)明解決問題的方法采用如下方案： 1、 可大面積及批量制備薄膜材料的方案特點(diǎn)在于：一個可進(jìn)行四面、五面甚至六面加 熱的設(shè)計方法或類似裝置，構(gòu)筑一個溫度比較均勻及恒定的較大區(qū)域，既可以在生長過程 中互相補(bǔ)償蒸發(fā)的表面原子，避免襯底表面原子在高溫下蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷；又可 以實(shí)現(xiàn)大面積薄膜的生長及批量的薄膜生長； 2、 本發(fā)明所述的四面、五面甚至六面加熱的設(shè)計方法或類似裝置如說明書附圖1，利用 加熱裝置（1)來加熱襯底（2 )至薄膜（3 )生長所需的溫度； 3、 本發(fā)明所述的制備大面積薄膜以及批量制備薄膜材料的方法如說明書附圖1，襯底 (2)表面蒸發(fā)的原子（4)沉積在對面的襯底，實(shí)現(xiàn)互為補(bǔ)償；襯底表面原子蒸發(fā)與補(bǔ)償達(dá)到 動態(tài)平衡時，襯底的平整度得到完好的保存，在平整的襯底上生成的薄膜材料可以保持良 好的形貌，達(dá)到高質(zhì)量的成膜產(chǎn)品。 本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于： 1. 方案1中所述的大面積及批量制備薄膜的方案可以根據(jù)需求選擇合適的面數(shù)；若選 擇四面加熱，則構(gòu)成一個兩頭空置的六面體或柱體，若選擇五面加熱，則構(gòu)筑一個空置一面 的六面體或柱體，若選擇六面加熱，則構(gòu)筑一個完整的六面體或柱體；這樣構(gòu)筑的目的是為 了獲得更好的比較均勻及恒定的溫度區(qū)域； 2. 方案2中所述的加熱裝置（1)可以為：電阻加熱源，電子束轟擊源等任何可以將襯底 加熱至薄膜生長所需要溫度的加熱裝置； 3. 方案2中所述的襯底（2)可以但不僅限于：銅（Cu)、鋁（A1)、鎳（Ni)、鈷（Co)、鐵 (Fe)、鉬（Pt)、金（Au)、鉻（Cr)、鎂（Mg)、錳（Μη)、鑰（Mo)、釕（Rh)、鉭（Ta)、鈦（Ti)、銠 (Rh)、鎢（W)、硅（Si)、碳化硅（SiC)中的一種或任意兩種以上的組合； 4. 方案2中所述的薄膜（3)可以為任意薄膜材料，例如石墨烯、六角氮化硼等。
[0010]

【專利附圖】

【附圖說明】： 圖1.四面加熱的設(shè)計方法或類似裝置示意圖。其中（1)為加熱裝置，（2)為襯底，（3) 為薄膜，（4)為襯底表面蒸發(fā)的原子。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0012] 實(shí)施例：一種可單次生長2*106_2石墨烯薄膜的裝置 1. 參照說明書附圖1，加熱裝置（1)采用電阻加熱源，電阻采用截面為的高 純石墨；襯底（2)采用銅（Cu)襯底； 2. 用步驟1中所述四面加熱設(shè)備構(gòu)筑一個兩頭空置的500mm*500mm*800mm的空間； 整個設(shè)備夾持后置于真空腔內(nèi)； 3. 使用C2H4等含碳化合物作為碳源，在惰性氣體的保護(hù)下，將銅（Cu)襯底加熱至1000 攝氏度高溫下，含碳化合物開始分解，在銅襯底表面形成石墨烯； 采用上述四面加熱裝置疊放的方案，單次反應(yīng)可長成的形貌穩(wěn)定的、高質(zhì)量的石墨烯 薄膜面積達(dá)2*106mm2。
【權(quán)利要求】
1. 一種在真空中以多面加熱來構(gòu)筑恒溫區(qū)域的方式，其特點(diǎn)在于：一個可進(jìn)行多面 (四面、五面、或者六面）加熱的設(shè)計方法或類似裝置，構(gòu)筑一個溫度比較均勻及恒定的較大 區(qū)域，使得生長基底溫度均勻，又通過一種特殊的安裝襯底的方式，在生長過程中互相補(bǔ)償 基底蒸發(fā)的表面原子，避免基底表面原子在高溫下蒸發(fā)造成的成膜形貌缺陷；可以實(shí)現(xiàn)大 面積薄膜生長。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計方案構(gòu)建一種系統(tǒng)或類似裝置，其特點(diǎn)在于：用加熱裝 置構(gòu)筑一個溫度比較均勻及恒定的較大區(qū)域，基底表面蒸發(fā)的原子沉積在對面的基底上， 實(shí)現(xiàn)襯底表面原子的互相補(bǔ)償。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱裝置，其特點(diǎn)在于：任何將襯底加熱至薄膜生長所需溫 度的加熱裝置；例如：電阻加熱源，電子束轟擊源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙面基底，其特性在于：基底材料在薄膜生長條件下會產(chǎn)生 蒸發(fā)或表面原子流失，此類基底包含：銅（Cu)、鋁（A1)、鎳（Ni)、鈷（Co)、鐵（Fe)、鉬（Pt)、 金（Au)、鉻（Cr)、鎂（Mg)、錳（Μη)、鑰（Mo)、釕（Rh)、鉭（Ta)、鈦（Ti)、銠（Rh)、鎢（W)、硅 (Si)、碳化硅（SiC)中的一種或任意兩種以上的組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生長的薄膜，其特性在于：可以為任意薄膜材料，例如石墨 烯、六角氮化硼類薄膜材料。
【文檔編號】C23C14/50GK104152859SQ201410391436
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】董國材, 張祥, 劉進(jìn)行, 王雷 申請人:江南石墨烯研究院