一种雾化气相沉积装置和雾化气相沉积方法与流程

本发明属于气相沉积，涉及一种雾化气相沉积装置和雾化气相沉积方法。

背景技术：

1、化学气相沉积（chemical vapor deposition，简称cvd）是指化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的方法，是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。

2、cn114855145a公开了一种化学气相沉积炉，包括炉体、位于所述炉体内的石墨加热体、环绕于所述石墨加热体侧部的保温周套和位于所述石墨加热体底部下方的保温底托，所述保温周套和所述保温底托均位于所述保温炉体内。cn107604340a公开了一种化学气相沉积炉，其包括自下而上组装的用于盛放原料的一坩埚、配合坩埚使用的一坩埚盖、一沉积室、一收料盒、一导气管；所述坩埚盖上开设了连通坩埚和沉积室的若干第一通孔，所述收料盒上开设有连通沉积室和收料盒的一第二通孔，所述化学气相沉积炉还包括给坩埚加热的一第一加热器，所述收料盒内置一集尘室和盖设在集尘室上方的一集尘室盖板，所述集尘室盖板上开设连通集尘室和收料盒的一第三通孔。但是，现有的化学气相沉积装置及方法多在很高的温度下进行沉积，而高温会对基材或沉积层造成破坏，导致缺陷的产生。

3、并且，很多cvd装置需要在真空状态下进行沉积，沉积成本较高。雾化气相沉积（mist-cvd）系统由于具有非真空操作、成本低、设备简单、操作方便等优势，受到了广泛关注。但是，现有的雾化气相沉积装置，使用的雾化件常直接接触液体原料，液体原料会对雾化件进行腐蚀，损耗其使用寿命。

4、因此，亟需开发一种雾化气相沉积装置，能够降低沉积温度并减少基材和沉积薄膜的损伤，并能够延长雾化件的使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种雾化气相沉积装置和雾化气相沉积方法。本发明引入激光光源为沉积反应过程提供能量，直接照射雾进行沉积反应，使原料雾在低温下可发生反应，且难以损伤基材和沉积薄膜，从而可以实现无损伤或低损伤的低温化学气相沉积，能大大提高沉积薄膜的质量；同时，本发明的超声件直接接触超声介质，通过超声介质传递超声波至雾化腔，从而可激发雾化腔中的原料液形成雾，这能够避免原料液对超声件的腐蚀，延长超声件的使用寿命。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种雾化气相沉积装置，所述雾化气相沉积装置包括沉积腔体；

4、所述沉积腔体的底部设置有托盘，所述托盘的顶面位于所述沉积腔体的内腔中；所述沉积腔体的外侧壁设置有激光引入窗，所述激光引入窗远离所述沉积腔体的一侧设置有激光光源，所述激光光源发出的激光高于且平行于所述托盘的顶面；

5、所述沉积腔体开设有雾相入口和排气口，所述沉积腔体通过所述雾相入口连接有雾化装置；

6、所述雾化装置包括雾化腔和用于盛放超声介质的底座，所述底座为顶端开口的中空结构，所述底座的底端设置有超声件；所述雾化腔的底部位于所述底座的内腔中，所述雾化腔连通有气源。

7、本发明提供了一种雾化气相沉积装置，引入激光光源为沉积反应过程提供能量，使原料雾在低温下可发生反应，从而在托盘上的基板表面沉积形成薄膜，且所述激光光源直接照射雾进行沉积反应，难以损伤基材和沉积薄膜，从而可以实现无损伤或低损伤的低温化学气相沉积，甚至实现室温化学气相沉积，能大大提高沉积薄膜的质量，并且绿色节能；

8、同时，雾化装置包括雾化腔和用于盛放超声介质的底座，并将超声件设置于所述底座的底端，使得超声件直接接触超声介质，超声件发出的超声波，可经超声介质传递至雾化腔，从而可激发雾化腔中的原料液形成雾，这能够避免原料液对超声件的腐蚀，延长超声件的使用寿命。

9、本发明对超声介质的种类不作具体限定，示例性地，例如可以是纯水。

10、可选地，所述托盘的部分或整体设置在所述沉积腔体的内腔中。

11、优选地，所述沉积腔体连接有至少1个所述雾化装置，所述“至少1个”例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等。当所述沉积腔体连接至少2个所述雾化装置时，所述至少2个所述雾化装置并联设置。

12、优选地，所述激光光源发出的激光与所述托盘的顶面之间的距离为100-1500μm，例如可以是100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1100μm、1200μm、1300μm、1400μm或1500μm等。

13、优选地，所述激光光源发出的激光的波长为100-1100nm，例如可以是100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm或1100nm等，可以使得雾中的原料分解并沉积。

14、优选地，所述激光光源的功率为50-1000w，例如可以是50w、70w、100w、120w、150w、200w、300w、400w、500w、600w、700w、800w、900w或1000w等。

15、本发明中，激光光源可以是红外激光光源、可见光激光光源或紫外激光光源，可以是连续激光光源或脉冲激光光源。

16、优选地，所述托盘的内腔中设置有控温组件，所述控温组件包括加热组件和/或冷却组件。以托盘温度为设定值，通过控温组件调控托盘的温度，进而调控基材的温度。

17、可选地，所述托盘的底部设置有旋转组件，所述旋转组件用于带动所述托盘旋转，从而带动基材旋转。

18、优选地，所述沉积腔体的外侧壁开设有所述雾相入口和所述排气口，所述雾相入口和所述排气口均高于所述激光光源。

19、优选地，所述激光光源发出的激光垂直于所述排气口的截面。

20、优选地，所述雾化腔开设有载气进口和载气出口，所述载气进口与所述气源连通，所述载气出口与所述雾相入口连通。

21、优选地，所述载气出口与所述雾相入口的连通管路上引出进气支路，所述进气支路的进气端连通有气体源，所述气体源提供的气体可与所述气源提供的载气一同输运所述雾化装置产生的雾。

22、优选地，所述气源和所述气体源独立地包括氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或至少两种的组合。

23、需要说明的是，所述“独立地”是指气源可以选择氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或至少两种的组合，气体源可以选择氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或至少两种的组合，两者选择气体成分时互不干扰。

24、优选地，所述气源的成分和所述气体源的成分相同。

25、优选地，所述超声件包括超声振子。

26、优选地，所述超声件的频率为1-10mhz，例如可以是1mhz、2mhz、3mhz、4mhz、5mhz、6mhz、7mhz、8mhz、9mhz或10mhz等。

27、优选地，所述沉积腔体包括沿雾的流动方向依次连接的整流段、沉积段和排出段；所述整流段具有气流收束结构，所述排出段具有气流发散结构，所述沉积段的结构包括两端开口的直筒结构，所述整流段的小尺寸端对接所述沉积段的输入端，所述沉积段的输出端对接所述排出段的小尺寸端。

28、本发明中，整流段具有气流收束结构，可对进入反应腔室的雾进行整流，使其流入至沉积段前的气流更为平稳，从而提升了后续沉积段内的气体流场均匀性；其排出段具有气流发散结构，可防止沉积段输出端的气体流速过快，避免气流直接撞击到输出端内壁上形成不稳定流场，增加了缓冲空间，从而能够大大提升反应腔室内的气体流场均匀性，进而提高沉积薄膜的质量。

29、优选地，所述整流段开设有至少1个（例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等）所述雾相入口，所述排出段开设有至少1个（例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等）所述排气口。

30、优选地，所述沉积段的底部设置有所述托盘，所述托盘的顶面与所述沉积段的内腔顶面之间的距离为0.5-5mm，例如可以是0.5mm、0.7mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm等。

31、本发明中，当托盘的顶面与所述沉积段的内腔顶面之间的距离控制在0.5-5mm时，将基材置于所述托盘顶面，基材的上方可形成窄缝，所述窄缝可以使得基材上方的气流为层流，可以提高薄膜沉积的均匀性。

32、优选地，所述整流段包括依次对接的第一直筒段和渐缩段，所述渐缩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐减小，所述渐缩段的小尺寸端对接所述沉积段的输入端。

33、优选地，所述渐缩段的斜面与横截面的夹角为25°-75°，例如可以是25°、27°、30°、32°、35°、37°、40°、42°、45°、50°、60°、65°、70°或75°等。

34、优选地，所述排出段包括依次对接的渐扩段和第二直筒段，所述渐扩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐增大，所述渐扩段的小尺寸端对接所述沉积段的输出端。

35、优选地，所述渐扩段的斜面与横截面的夹角为25°-75°，例如可以是25°、27°、30°、32°、35°、37°、40°、42°、45°、50°、60°、65°、70°或75°等。

36、优选地，所述第一直筒段的外侧壁开设有2个所述雾相入口，分别记为第一雾相入口和第二雾相入口，所述第一雾相入口和所述第二雾相入口相对设置。

37、本发明中，相对设置的第一雾相入口和第二雾相入口，使携带雾的载气分两路进入整流段，在整流段中，两路气流会发生碰撞，会起到更好的整流效果。

38、第二方面，本发明提供了一种使用第一方面所述的雾化气相沉积装置进行雾化气相沉积的方法，所述雾化气相沉积的方法包括：

39、将基材置于托盘上，使所述基材的顶面低于且平行于激光光源发出的激光；并将原料液置于雾化腔中，开启超声件使原料液形成雾流入沉积腔体的内腔中，对所述雾照射激光，进行雾化气相沉积。

40、本发明对所述基材的材质不作限定，包括但不限于蓝宝石、硅、锗、碳化硅、石英或金属中的任意一种。

41、本发明对原料液的成分不作限定，包括但不限于gacl3、alcl3、zncl2、fecl3、gabr3、albr3、znbr2、febr3、乙酰乙酸ga、乙酰乙酸al、乙酰乙酸in、乙酰丙酮fe、乙烯丙酮al、乙烯丙酮ga、正硅酸乙酯（teos）和八甲基环四硅氧烷（omcts）中的至少一种；从而在基材上形成金属氧化物薄膜材料，包括ga2o3、al2o3、zno、(alxga1-x)2o3、(fexga1-x)2o3或sio2等。

42、优选地，所述基材的温度为20-400℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、70℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃或400℃等。

43、优选地，所述激光与所述基材的顶面之间的距离为10-1000μm，例如可以是10μm、20μm、30μm、50μm、70μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm等。

44、优选地，所述雾中的液滴直径为1-5μm，例如可以是1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等。

45、优选地，所述沉积腔体的内腔中的气压为10-110kpa，例如可以是10kpa、20kpa、30kpa、40kpa、50kpa、60kpa、70kpa、80kpa、90kpa、100kpa或110kpa等。

46、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

47、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

48、本发明提供了一种雾化气相沉积装置，引入激光光源为沉积反应过程提供能量，使原料雾在低温下可发生反应，从而在托盘上的基板表面沉积形成薄膜，且所述激光光源直接照射雾进行沉积反应，难以损伤基材和沉积薄膜，从而可以实现无损伤或低损伤的低温化学气相沉积，甚至实现室温化学气相沉积，能大大提高沉积薄膜的质量，并且绿色节能；

49、同时，雾化装置包括雾化腔和用于盛放超声介质的底座，并将超声件设置于所述底座的底端，使得超声件直接接触超声介质，超声件发出的超声波，可经超声介质传递至雾化腔，从而可激发雾化腔中的原料液形成雾，这能够避免原料液对超声件的腐蚀，延长超声件的使用寿命。