装置，使得反应气体与粉体反应从而在粉体上沉积包覆原子层；该反应腔还与真空栗7相连，真空栗7用于对反应腔抽真空。
[0039]行星轮9与中心轮8两者的转速之比为1:2?2:1 ;电机2的转速为l_200r/min ;向反应腔中输入的反应气体或载气的气流量为lOsccm?5slm ;行星架13为中空结构，输入反应腔中的反应气体或载气从夹持器6的底部进入夹持器6 ;另外，夹持器6上下两端均被3000目的滤网封堵，用于防止粉体泄漏。
[0040]电机2与行星架13通过磁流体密封装置3相连；夹持器6与行星轮9之间通过磁流体密封装置3相连，行星轮9为中空结构。
[0041]该装置还设置提举机构12，该提举机构12与夹持器6相连，用于将夹持器6提举出反应腔。
[0042]夹持器6的内表面与粉体之间的摩擦系数为1.6 ;输气管路上还可以设置流量控制器(如质量流量控制器4);中心轮和行星轮之间、行星轮和静止轮之间均为齿轮啮合。电机2还可以通过磁流体装置同腔体外壁相连；行星架13与腔体内壁之间为一磁流体装置，行星架与中心轴17通过轴承相接触，电机2带动中心轴17、以及中心轮8转动，中心轴17和中心轮8两者旋转的角速度保持一致；中心轮8又带动行星轮9、以及行星架13转动，确保行星架13和中心轴17两者的运动不直接相互干扰。
[0043]实施例2
[0044]如图1所示，本发明中基于行星流化装置的粉体原子层沉积装置的操作流程图，包括以下步骤:
[0045]S11:将粉体置于夹持器中，夹持器两端用3000目滤网密封。利用提举机构将夹持器送入反应腔体中。打开真空栗将反应腔体抽真空，腔体压力在ITorr以下。
[0046]S12:打开电机，调节电机转速l_200r/min，此时中心轮将带动行星轮和行星架运动，夹持器将围绕行星架的中心做行星运动，夹持器内的纳米粉体颗粒在离心力的作用下开始离心流化。同时使用质量流量控制器控制载气流量在50sccm-5slm，经过行星架通入夹持器内部，使纳米粉体颗粒产生气流流化作用。同时打开加热装置，使腔体目标温度为20-400 °C，保证反应的温度窗口处于温度范围之内。
[0047]S13:腔体温度到达目标温度且稳定时，打开前驱体阀门，向夹持器内部通入第一路前驱体，同时保持真空栗处于工作状态，维持载气通入流量，可使前驱体向夹持器内部快速扩散。此时前驱体将同纳米粉体颗粒表面发生化学吸附作用，维持一定时间，颗粒表面完全覆盖。
[0048]S14:待颗粒表面完全吸附后，关闭第一路前驱体阀门，通入载气并维持一定时间。此时在真空栗和载气的作用下，第一路前驱体将被抽离夹持器内部。
[0049]S15:打开前驱体阀门，向夹持器内部通入第二路前驱体，同时保持真空栗处于工作状态，维持载气通入流量，可使前驱体向夹持器内部快速扩散。此时第二路前驱体将同在纳米粉体颗粒表面的第一路前驱体发生化学作用，生成一层纳米薄膜，维持一定时间，颗粒表面完全覆盖此薄膜。
[0050]S16:待颗粒表面完全吸附后，关闭第二路前驱体阀门，通入载气并维持一定时间。此时在真空栗和载气的作用下，第二路前驱体将被抽离夹持器内部。反应完成一个周期，前驱体被载气排除在夹持器外。
[0051]S17:根据所需的包覆层厚度，重复执行S13至S16，第一路前驱体将同包覆在纳米粉体颗粒表面的第二路前驱体发生化学作用，得到第二层薄膜，控制反应的周期数，精确得到所需厚度的包覆层薄膜。
[0052]S12中，具体地，根据颗粒原始粒径及质量的不同，调节腔体旋转速度和流化气流速，使颗粒能够充分分散。
[0053]在本实施例中，即使在通入反应前驱体气体或载气时，真空栗也一直处于开启的状态，通过降低反应腔体内的气压使反应腔体内的压力小于前驱体源瓶里面前驱体(或载气瓶里面载气)的饱和蒸汽压，可进一步保证反应前驱体气体或载气迅速的扩散到反应腔(尤其是夹持器)内部；而另一方面，通入载气也可以提高反应前驱体气体的扩散速度，促进沉积反应的进行。
[0054]反应前驱体气体的种类还可以是2种以上，通过依次交替的通入前驱体气体(即前驱体依次按时间通入)，将对纳米粉体颗粒表面形成一层包覆薄膜，也可以通过循环通入得到理想的膜厚。
[0055]本发明中的磁流体密封装置为常规器件，其功能是把旋转运动传递到密封容器内，通常由不导磁座、轴承、磁极、永久磁铁、导磁轴、磁流体组成。本发明中的装置还可以进一步设置控制系统与检测系统，控制系统用于控制反应腔的压力、温度、流量和转速等条件，以使反应腔满足原子层沉积的要求；检测系统用于检测反应过程中各种需要控制的条件，并且与控制系统形成反馈；控制系统可以基于检测系统检测到的结果，调整上述反应条件。本发明中载气和反应气体可以同时通入，通过控制载气的气流量，可以使不同粒径与质量的纳米颗粒粉体充分分散。
[0056]本发明中的粉体与反应前驱体气体的种类可以按需要灵活调整，只要纳米颗粒材料能够与反应前驱体气体发生化学吸附反应即可(反应温度可根据需要调整)，例如，粉体可以是Si02，反应前驱体气体为三甲基铝(TMA)和水。粉体的粒径一般可以是10nm?lOOOnm。
[0057]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，包括电机(2)、反应腔、行星架(13)、夹持器(6)和输气管路，其中， 所述电机(2)与所述行星架(13)相连，所述行星架(13)上安装有中心轮(8)和若干个行星轮(9)，所述中心轮(8)位于所述行星架(13)的中心线上，所述行星轮(9)与所述中心轮⑶啮合；所述电机⑵用于带动所述中心轮⑶和所述行星轮(9)旋转； 所述夹持器(6)位于所述反应腔内部，用于承载粉体；该夹持器(6)还与所述行星轮(9)相连，在所述行星轮(9)的带动下旋转； 所述输气管路用于向所述反应腔中输入反应气体或载气； 所述反应腔周围设置有加热装置，使得所述反应气体与所述粉体反应从而在所述粉体上沉积包覆原子层；该反应腔还与真空栗(7)相连，所述真空栗(7)用于对所述反应腔抽真空。2.如权利要求1所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，所述行星轮(9)与所述中心轮⑶两者的转速之比为1:2?2:1。3.如权利要求1所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，所述电机(2)的转速为l_200r/min。4.如权利要求1所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，向所述反应腔中输入的反应气体或载气的气流量为lOsccm?5slm。5.如权利要求1所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，所述行星架(13)为中空结构，输入所述反应腔中的反应气体或载气从所述夹持器￠)的底部进入所述夹持器出)。6.如权利要求1所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，所述夹持器(6)上下两端均被3000目的滤网封堵，用于防止所述粉体泄漏。7.如权利要求1所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，所述电机(2)与所述行星架(13)通过磁流体密封装置(3)相连。8.如权利要求1所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，所述夹持器(6)与所述行星轮(9)之间通过磁流体密封装置(3)相连，所述行星轮(9)为中空结构。9.如权利要求1-8任意一项所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，还包括提举机构(12)，该提举机构(12)与所述夹持器(6)相连，用于将所述夹持器(6)提举出所述反应腔。10.如权利要求1-9任意一项所述基于行星流化的粉体原子层沉积装置，其特征在于，所述夹持器出)的内表面与所述粉体之间的摩擦系数为1.6。
【专利摘要】本发明公开了一种基于行星流化的粉体原子层沉积装置，包括电机、反应腔、行星架、夹持器和输气管路，其中，电机与行星架相连，行星架上安装有中心轮和若干个行星轮；电机用于带动中心轮和行星轮旋转；夹持器位于反应腔内部，用于承载粉体；该夹持器还与行星轮相连，在行星轮的带动下旋转；输气管路用于向反应腔中输入反应气体或载气。本发明能够对夹持器内的粉体颗粒提供离心流化作用，同时结合轴向的气流流化作用，克服了离心流化床沿轴向方向分布不均匀的状况以及改善了传统垂直流化床剪切力过小的特点，能有效提高粉体包覆率和均匀性，一次性能够对大量粉体进行包覆，提高粉体包覆效率。
【IPC分类】C23C16/458, C23C16/455, C23C16/442, C23C16/44
【公开号】CN105386011
【申请号】CN201510953058
【发明人】陈蓉, 竹鹏辉, 段晨龙, 巴伟明, 单斌, 文艳伟
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月17日