旋转式内壁镀膜装置的制作方法

1.本技术涉及原子层沉积技术领域，特别涉及一种旋转式内壁镀膜装置。


背景技术：

2.原子层沉积技术是一种基于自限制性的化学半反应将被沉积物质以单原子膜的形式一层一层的镀在物体表面的薄膜技术。与常规的化学气相沉积不同，原子层沉积将完整的化学反应分解成多个半反应，从而实现单原子层级别的薄膜控制精度。由于基底表面存在类似羟基这样的活性位点，因此前驱体可以形成单层的饱和化学吸附，从而实现自限制性反应，而在经过单个周期反应后，新的位点暴露出来，可以进行下一个周期的反应。
3.目前，现有的原子层沉积技术应用于三维件覆膜时能实现完美的包覆，实现薄膜厚度的精确控制。但是，现有的设备应用于三维件内壁镀膜时前驱体扩散效率低下，反应缓慢，影响生产效率。因此，如何提高三维件产品内壁镀膜的成膜效率成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的实施例提供一种旋转式内壁镀膜装置，以提高原子层沉积反应的反应效率。
5.为了解决上述技术问题，本技术的实施例公开了如下技术方案：
6.一方面，提供了一种旋转式内壁镀膜装置，应用于产品的内壁镀膜，包括：
7.反应罐体，其内部中空以形成一反应腔，所述反应腔内设置有待镀膜的产品，所述产品内部中空以形成一镀膜腔；
8.进气管，所述进气管用于输送前驱体气体及惰性气体，所述进气管具有第一纵长方向，所述进气管沿所述第一纵长方向设置有第一端，所述第一端至少部分伸入所述镀膜腔内；以及
9.旋转驱动组件，其与所述进气管传动连接；
10.其中，在所述旋转驱动组件的作用下，所述进气管沿一方向转动，以将所述进气管内的前驱体气体旋转式喷送至所述镀膜腔内。
11.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述进气管的第一端设置有喷气管，所述喷气管位于所述镀膜腔内，且所述喷气管上开设有至少两个喷气孔。
12.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述喷气孔在所述喷气管上沿一阵列方向规则布置；
13.所述阵列方向为直线形、曲线形或环形中的至少一种。
14.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述进气管与所述喷气管的连接处设置有法兰，所述进气管与所述喷气管之间通过法兰可拆卸连接。
15.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述进气管的第一端还设置有密封件，所述密封件套接于所述进气管的第一端，且所述密封件与所述反应罐体固定连接。
16.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述旋转驱动组件包括：旋转驱动器；
17.第一传动件，其与所述旋转驱动器的动力输出端传动连接；以及
18.第二传动件，其固定安装于所述进气管上，且所述第二传动件与所述第一传动件传动连接。
19.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第二传动件与所述进气管之间设置有连接件，所述第二传动件通过所述连接件与所述进气管固定连接。
20.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述反应罐体包括：内部中空的容纳部，所述容纳部上开设有敞口；以及
21.开合部，其可活动的设置于所述容纳部的敞口处；
22.所述容纳部与所述开合部之间限定出所述反应腔。
23.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述容纳部上开设有出气口，所述出气口的一端与所述反应腔相连通，所述出气口的另一端与外部的抽气系统及产品料箱相连通，且所述出气口处布置有隔离阀及过滤件。
24.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述反应罐体上还设置有加热件。
25.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本技术中通过将进气管的一端伸入镀膜腔内，使得气态前驱体被直接喷送至待镀膜件内壁，更加快速充分地与产品内壁接触，完成原子层沉积的两个半反应；同时，本技术中通过旋转驱动组件驱动所述进气管沿一方向转动，以将进气管内的前驱体气体旋转式喷送至镀膜腔内，以使得进气管内的气体旋转式喷出，以在产品的镀膜腔内更快的完成扩散，使得原子层沉积反应更快的进行，提高了原子层沉积反应的反应效率，并且使得产品内壁的镀膜均匀性好，三维包覆性好，成膜致密。
附图说明
26.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
27.图1是根据本技术实施例提供的一种旋转式内壁镀膜装置的正视图；
28.图2是根据本技术实施例提供的旋转式内壁镀膜装置的剖视图。
29.附图标记说明：
30.100、旋转式内壁镀膜装置；
31.110、反应罐体；111、反应腔；112、容纳部；113、开合部；114、出气口；
32.120、进气管；
33.130、旋转驱动组件；131、旋转驱动器；132、第一传动件；133、第二传动件；
34.140、喷气管；141、喷气孔；
35.150、法兰；160、连接件；170、密封件；180、深沟球轴承；
36.200、产品；210、镀膜腔。
具体实施方式
37.为了使本技术的目的、技术方案和有益效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本技术，并不是为了限定本技术。
38.在本技术的描述中，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”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技术和简化描述，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技术的限制。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一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，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。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技术中的具体含义。
40.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅
41.表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.目前，现有的原子层沉积技术应用于三维件覆膜时虽然能实现较为完美的包覆，实现薄膜厚度的精确控制，但是，现有的设备针对三维件的原子层沉积镀膜，气体输送、吹扫的时间过长，导致生产效率低下，进而制约了该技术的广泛应用。
43.为了解决产品内壁进行的原子层沉积反应缺陷的问题。本技术实施例提供一种应用于产品的内壁镀膜的旋转式内壁镀膜装置100。其中，图1示出了旋转式内壁镀膜装置100的结构示意图，图2示出了旋转式内壁镀膜装置100的剖面示意图。
44.在本技术的实施例中，如图1至图2所示，该旋转式内壁镀膜装置100，应用于产品200的内壁镀膜，可包括：反应罐体110，其内部中空以形成一反应腔111，所述反应腔111内设置有待镀膜的产品200，所述产品200内部中空以形成一镀膜腔210；进气管120，所述进气管120用于输送前驱体气体及惰性气体，所述进气管120具有第一纵长方向，所述进气管120沿所述第一纵长方向设置有第一端，所述第一端至少部分伸入所述镀膜腔210内；以及旋转驱动组件130，其与所述进气管120传动连接；
45.其中，在所述旋转驱动组件130的作用下，所述进气管120沿一方向转动，以将所述进气管120内的前驱体气体旋转式喷送至所述镀膜腔210内。
46.可以理解的，本技术中通过将进气管120的第一端伸入所述镀膜腔所述镀膜腔210内，以使得前驱体的气体被直接输送至产品200内部镀膜腔210内，使得前驱体气体直接在
所述镀膜腔210发生原子层沉积反应，使得前驱体气体更加充分快速地与产品内壁接触，进而完成产品200的内壁镀膜，同时，本技术中通过旋转驱动组件130驱动所述进气管120沿一方向转动，以将所述进气管120内的前驱体气体旋转式喷送至所述镀膜腔210内，以使得进气管120内的气体旋转式喷出，以在所述产品200的镀膜腔210内更快的完成扩散，使得原子层沉积反应更快的进行，提高了原子层沉积反应的反应效率，并且使得对产品内壁的镀膜均匀性好，三维包覆性好，成膜致密。
47.在本技术一优选的实施方式中，所述进气管120还具有与第一端沿第一纵长方向相对布置的第二端，所述第二端与外部的气源设备相连通。
48.携带第一前驱体的气体被惰性气体利用外部的气源设备通过进气管120的旋转式喷送至镀膜腔210内，
49.携带第二前驱体的气体被惰性气体利用外部的气源设备通过进气管120的旋转式喷送至镀膜腔210内。
50.其中，所述第一前驱体为al(ch3)3，所述第二前驱体为h2o；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气等惰性气体中的任意一种，比如氩气。值得说明的是，该惰性气体的具体选择仅是示例性地给出，本技术中不做具体限定。
51.在本技术一优选的实施例中，所述反应罐体110的横截面形状与所述产品200的横截面形状一致，以使得根据不同形状的产品200选择相应形状的反应罐体110，进而对产品200进行精准的定位固定，提升产品的内壁镀膜效率。
52.在本技术的实施例中，所述进气管120的第一端设置有喷气管140，所述喷气管140位于所述镀膜腔210内，且所述喷气管140上开设有至少两个喷气孔141。
53.可以理解的，本技术中通过在所述进气管120的第一端设置有喷气管140，以使得进气管120与所述喷气管140内的气体自所述喷气孔141旋转式喷出，以在所述产品200的镀膜腔210内更快的完成扩散及原子层沉积反应的进行，使得对产品内壁的镀膜均匀性好，三维包覆性好，成膜致密，同时提高了原子层沉积反应的反应效率。
54.在本技术优选的实施例中，所述喷气管140的长度与所述产品200的长度相适配。即本技术中可根据产品200的长度选择相应长度的喷气管140进行气体喷送，以使得不同的产品均具有较好的内壁镀膜效果，提升产品的镀膜效率。
55.在本技术的实施例中，所述喷气孔141在所述喷气管140上沿一阵列方向规则布置；所述阵列方向为直线形、曲线形或环形中的至少一种。
56.具体的，比如，所述喷气孔141在所述喷气管140上沿直线形排布；又比如，所述喷气孔141在所述喷气管140上沿曲线形排布；还比如，所述喷气孔141在所述喷气管140沿环形排布。
57.所述喷气孔141的具体排布方式工作人员可根据实际情形进行具体选择，本技术中不做具体限定。
58.需要理解的是，本技术中的喷气孔141在所述喷气管140上的排布不仅限于上述阵列方向，其他常见的排布方式，例如不规则排布等，同样能实现喷气管140通过喷气孔141的喷送气体，因此，也应当视为本方案的具体实施例。
59.可以理解的，本技术中通过将喷气孔141在喷气管140上设置多种排布方式，以使得可根据不同的产品200选择具有不同排布方式的喷气孔141的喷气管140对产品内部进行
气体喷送，以适应不同的产品，使得不同产品均具有较好的内壁镀膜效果，具有通用性。
60.在本技术优选的实施例中，所述喷气孔141的孔径dmm满足：2mm≤d≤4mm。即喷气孔141的孔径dmm可以控制在2mm～4mm范围内。比如，喷气孔141的孔径dmm可以为2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm、4mm或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该孔径dmm的具体数值仅是示例性地给出，只要孔径dmm在2mm～4mm范围内的任意值均在本技术的保护范围内。本技术中通过将所述喷气孔141的孔径dmm控制在2mm～4mm范围内，以使得进气管120与所述喷气管140内的气体自所述喷气孔141均匀的旋转式喷出，以在所述产品200的镀膜腔210内更快的均匀时式完成扩散，使得镀膜腔210内的个区域均匀式的发生原子层沉积反应，使得对产品内壁的镀膜均匀性好，三维包覆性好，成膜致密，同时提高了原子层沉积反应的反应速率。
61.在本技术的实施例中，所述进气管120与所述喷气管140的连接处设置有法兰150，所述进气管120与所述喷气管140之间通过法兰150可拆卸连接。
62.可以理解的，本技术中通过设置法兰150以将进气管120与所述喷气管140可拆卸连接，以便于根据不同的产品更换不同的喷气管140，适用于不同的场合，具有通用性。
63.需要指出的是，所述进气管120与所述喷气管140之间的可拆卸连接并不仅限于通过法兰150来实现两者之间的连接，而其他常见的可拆卸机械结构，例如卡扣、磁吸、螺接等，又或者通过粘胶等化学药剂，同样能实现所述进气管120与所述喷气管140之间的可拆卸连接，因此，也应当视为本方案的具体实施例。
64.在本技术的实施例中，所述进气管120的第一端还设置有密封件170，所述密封件170套接于所述进气管120的第一端，且所述密封件170与所述反应罐体110固定连接。
65.在本技术的实施例中，所述密封件170可采用磁流体密封件。
66.可以理解的，本技术通过设置密封件170以将所述进气管120与所述反应罐体110的连接处密封，保持所述反应腔111的真空度，进而提升原子层沉积反应的效率，使得对产品内壁的镀膜均匀性好，三维包覆性好，成膜致密。
67.在本技术的实施例中，所述旋转驱动组件130包括：旋转驱动器131；第一传动件132，其与所述旋转驱动器131的动力输出端传动连接；以及第二传动件133，其固定安装于所述进气管120上，且所述第二传动件133与所述第一传动件132传动连接。
68.可以理解的，所述旋转驱动器131驱动所述第一传动件132活动，进而带动所述第二传动件133活动，最终驱动进气管120与喷气管140沿一旋转方向转动，以使得进气管120与所述喷气管140内的气体自所述喷气孔141旋转式喷出，以在所述产品200的镀膜腔210内更快的完成扩散及原子层沉积反应的进行，使得对产品内壁的镀膜均匀性好，三维包覆性好，成膜致密，同时提高了原子层沉积反应的反应速率。
69.在本技术的一实施方式中，所述第一传动件132与所述第二传动件133均为传动齿轮，所述第一传动件132与所述第二传动件133之间通过齿轮传动连接；在本技术的另一实施方式中，所述第一传动件132与所述第二传动件133分别为传动轮及传动链；在本技术的又一实施方式中，所述第一传动件132与所述第二传动件133分别为传动轮及传动皮带。
70.所述第一传动件132与所述第二传动件133的具体选择工作人员可根据实际情形进行具体设置，本技术中不做具体限定，只要可实现第一传动件132与第二传动件133之间的传动连接即可。
71.在本技术的实施例中，所述旋转驱动器131可以为驱动电机、旋转气缸及电磁铁等中的任意一种。
72.具体的，比如，所述旋转驱动器131为驱动电机，又比如，所述旋转驱动器131为旋转气缸，还比如，所述旋转驱动器131为电磁铁。
73.所述旋转驱动器131的具体选择工作人员可根据实际情形进行具体设置，本技术中不做具体限定，只要可实现旋转驱动器131驱动进气管120旋转的功能即可。
74.在本技术优选的实施例中，所述旋转驱动器131驱动所述进气管120沿一旋转方向的旋转速率vr/min满足：100r/min≤v≤300r/min。即旋转速率vr/min可以控制在100r/min～300r/min范围内。比如，喷气孔141的孔径dmm可以为100r/min、120r/min、140r/min、160r/min、180r/min、200r/min、220r/min、240r/min、260r/min、280r/min、300r/min或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该旋转速率vr/min的具体数值仅是示例性地给出，只要旋转速率vr/min在100r/min～300r/min范围内的任意值均在本技术的保护范围内。本技术中通过将所述进气管120旋转速率vr/min控制在100r/min～300r/min范围内，以使得进气管120与所述喷气管140内的气体自所述喷气孔141旋转式喷出的效果较好，以进一步在所述产品200的镀膜腔210内更快的完成扩散及原子层沉积反应的进行，进一步使得对产品内壁的镀膜均匀性好，三维包覆性好，成膜致密，同时进一步提高了原子层沉积反应的反应效率。
75.在本技术的实施例中，所述第二传动件133与所述进气管120之间设置有连接件160，所述第二传动件133通过所述连接件160与所述进气管120固定连接。
76.在本技术的实施例中，所述连接件160、所述密封件170与所述进气管120之间均设置有深沟球轴承180，以对所述连接件160、所述密封件170及所述进气管120保护，延长所述连接件160、所述密封件170及所述进气管120的使用寿命，降低成本。
77.在本技术的实施例中，所述反应罐体110包括：内部中空的容纳部112，所述容纳部112上开设有敞口；以及开合部113，其可活动的设置于所述容纳部112的敞口处；所述容纳部112与所述开合部113之间限定出所述反应腔111。
78.可以理解的，本技术中通过将反应罐体110设置成容纳部112及开合部113，当对产品200进行镀膜时，只需将开合部113打开，将产品200放置于2内，便于操作，提高了工作效率。
79.在本技术的实施例中，所述容纳部112与所述开合部113之间的连接可通过卡扣式连接来实现，也可通过其他常见的可拆卸机械结构，例如磁吸、螺接等，又或者通过粘胶等化学药剂实现所述容纳部112与所述开合部113之间的连接。
80.所述容纳部112与所述开合部113设置有密封部，以保证反应罐体110处于闭合状态时的真空度。
81.在本技术的实施例中，所述容纳部112上开设有出气口114，所述出气口114的一端与所述反应腔111相连通，所述出气口114的另一端与外部的抽气系统及产品料箱相连通，且所述出气口114处布置有隔离阀及过滤件。
82.在本技术一优选的实施方式中，所述出气口114的另一端利用三通阀分别与外部的抽气系统及产品料箱相连通。
83.所述抽气系统为真空泵及其抽气管路。所述过滤件为滤网。
84.可以理解的，本技术通过在出气口114处均布置有过滤件，当抽气系统对镀膜腔210抽真空时，所述过滤件处于关闭状态，以防止粉末在抽真空时被抽出，当粉末镀膜完毕后，所述过滤件处于开启状态，以使得反应后的产物自出气口114排出。
85.在本技术的实施例中，所述反应罐体110上还设置有加热件。
86.在本技术优选的实施例中，所述加热件嵌入式的安装于所述反应罐体110的外壁上。本技术通过加热件对反应腔内进行加热，以满足原子层沉积反应所需的温度，保证原子层沉积反应的进行。
87.在本技术一优选的实施例中，所述加热件根据产品的不同，加热的温度也不同，以保证不同产品的镀膜效果。
88.所述加热件的加热温度满足25℃～500℃。即所述加热件的加热温度可以控制在25℃～500℃范围内。比如，加热件的加热温度为25℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃或其中任意二者组成的范围。值得说明的是，该加热温度的具体数值仅是示例性地给出，只要加热件的加热温度在25℃～500℃范围内的任意值均在本技术的保护范围内。本技术中通过将加热件的加热温度控制在25℃～500℃范围内，加热件根据产品的不同，加热的温度也不同，以保证不同产品的镀膜效果。
89.综上所述，本技术中所述的旋转式内壁镀膜装置100的工作流程为：
90.抽气系统将镀膜腔210抽真空，加热件对反应罐体110进行加热，第一前驱体气体被惰性气体携带自外部的气源设备输送至进气管120内，旋转驱动器131启动，以控制进气管120及喷气管140沿一旋转方向转动，携带第一前驱体气体的惰性气体自喷气孔141旋转式喷出，以在镀膜腔210内均匀扩散，第一前驱体气体充分与产品200的内壁接触，完成第一个半反应；此时，旋转驱动器131关闭，惰性气体由进气管120及喷气管140喷射而出，实现对镀膜腔210的吹扫，过滤件开启，将反应产物及多余的反应物自出气口114排出；
91.抽气系统将镀膜腔210再将抽真空，过滤件处于关闭状态，第二前驱体气体被惰性气体携带自外部的气源设备输送至进气管120内，旋转驱动器131再次启动，以控制进气管120及喷气管140沿一旋转方向转动，携带第二前驱体气体的惰性气体自喷气孔141旋转式喷出，以在镀膜腔210内均匀扩散，第二前驱体气体充分与产品200的内壁接触，完成第二个半反应；此时，旋转驱动器131再次关闭，惰性气体由进气管120及喷气管140喷射而出，实现对镀膜腔210的吹扫，过滤件开启，将反应产物及多余的反应物自出气口114排出，此时回到伊始；重复上述操作，设定循环数自动运行，即可得到预想的镀膜的厚度，完成镀膜目标。
92.以上步骤所提供的介绍，只是用于帮助理解本技术的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也同样属于本技术权利要求保护范围之内。