一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置及其应用
【技术领域】
[0001]本发明创造涉及一种应用化学气相沉积技术将金属、非金属或半导体材料直接打印在基体表面上的装置及方法。
【背景技术】
[0002]利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposit1n) (CVD)方法在基体表面上生长金属、非金属及半导体薄膜或者涂层的方法，已经众所周知。在传统的化学气相沉积(CVD)过程中，化学反应物在被加热的基体的整体表面上发生化学反应，化学反应后将反应产物沉积在加热的整体表面上。这样，如果整个表面不需要被化学产物覆盖，那么就需要复杂的模版或者光刻胶(photoresist)工序来完成表面涂层工作，操作复杂。而且，由于不需要覆盖的地方在喷涂过程中同样被覆盖，增加了化学气相沉积中化学反应气体的需求量，浪费原料。同时，由此产生的化学副产物也增多，对环境造成污染。
【发明内容】
[0003]本发明创造提出了一种改进了的如何将金属，非金属及半导体材料在基体表面上局部生长薄膜和涂层的装置和方法。
[0004]本发明创造采用的技术方案是:一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置:
[0005]设有提供真空空间的真空容器。
[0006]设有安装在真空容器内，用于放置基体的支架。
[0007]设有安装在真空容器内，用于向基体表面局部生长薄膜或涂层的区域提供热源的激光源。
[0008]设有安装在真空容器内，用于向基体表面局部生长薄膜或涂层的区域喷吹气体反应物的气体喷出装置。
[0009]设有一个或者若干个用于传输气体反应物的气体管线，气体管线一端与气体喷出装置连接，另一端伸出真空容器与用于储藏气体反应物的气体储藏罐连接;在气体管线和气体储藏罐之间设有流量阀。
[0010]设有与真空容器相连，内含碱性化合物用于中和反应后产生的酸性副产物或内含分子筛用于吸附有毒气体的过滤装置;过滤装置与真空栗连接。
[0011]设有机械手I，机械手I与激光源和气体喷出装置连接，或者机械手I与支架连接。
[0012]设有控制装置，控制装置控制流量阀;控制装置通过机械手I控制激光源和气体喷出装置相对于基体移动，或者控制装置通过机械手I控制支架来控制基体相对于激光源和气体喷出装置移动。
[0013]上述的一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置，所述的气体喷出装置是一端设有气体出口的喷嘴，每个气体管线的出口端分别安装一个喷嘴。
[0014]上述的一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置，所述的气体喷出装置是:锥形主体内设有隔板，隔板将锥形主体内分隔成两个气体流动腔，两个气体流动腔在气体出口端会合，每个气体流动腔连接一个气体管线。
[0015]上述的一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置，所述的气体喷出装置是:气体集流腔结构上设有若干组气体喷嘴头，每组气体喷嘴头由两个对称设置的气体流动通道构成，每个气体流动通道的一端与气体管线连接，另一端为气体出口。
[0016]上述的一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置，设有金属储藏罐，金属储藏罐安装在气体储藏罐和气体管线之间，金属储藏罐外设有加热装置I，在与金属储藏罐相连的气体管线外设有加热装置II。
[0017]上述的一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置，设有准分子激光仪和机械手II，控制装置通过机械手II控制准分子激光仪相对于基体移动。
[0018]上述的一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置，设有模板，模板活动安装在基体和气体喷出装置之间，开有与要沉积的薄膜和涂层图案相对应的窗口。
[0019]上述的一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置，所述的气体喷出装置的外缘设有隔热层。
[0020]一种局部生长薄膜和涂层的方法，包括如下步骤:
[0021]I)控制装置控制激光源将光束直接照射到基体表面局部生长薄膜或涂层的区域上，将局部生长薄膜和涂层的区域的表面加热到设定温度；
[0022]2)控制装置控制气体喷出装置的气体出口与局部生长薄膜或涂层的区域的表面相对应；
[0023]3)将气体反应物从气体储藏罐输出，经气体管线到达气体喷出装置，并从气体出口喷吹到基体表面，气体反应物在加热的基体表面上发生化学反应，生成的固体产物沉积于基体表面形成薄膜和/或涂层。
[0024]上述的一种局部生长薄膜和涂层的方法，所述的气体反应物在加热的基体表面发生化学反应是:含有金属的第一种气体反应物与第二种气体反应物在加热的基体表面发生氧化还原反应，所述的含有金属的第一种气体反应物是MXn，M是钨、钼、钽、钛、铼、铌、镍或铪，X是卤族元素，η是5和6，第二种气体反应物是氢气、氧气、氮气或氨气;或者，含有金属和非金属的气体反应物在加热的基体表面发生分解反应，所述的含有金属和非金属的气体反应物是111^11，]\1是41、11、？13、]\10、？6、祖、8、21、(:、5丨、66、]\111或63，乂是!1、0或1111和11是1-5的整数。
[0025]本发明创造的有益效果是:本发明创造提出了一种改进了的如何将金属，非金属及半导体材料在基体表面上生长的装置和方法。这里描述的装置和方法是指在基体表面上局部沉积金属、非金属及半导体材料薄膜或者涂层，它是将化学反应限制在相对比较小的区域内来完成其化学反应过程。这种方法有别于传统的化学沉积涂层工艺。首先，它利用激光将基体表面加热到能够发生化学反应的温度，然后反应气体通过气体出口直接吹到加热的基体表面上使其发生反应，固体的化学产物将沉积到表面上形成薄膜或者涂层。本发明创造所展示的装置和方法可以不需要光刻胶(photoresist)工艺的帮助来获得金属、非金属及半导体材料薄膜或者涂层。更进一步，由于化学反应是发生在局部表面上，因此能最大限度地减少化学气相沉积中化学反应气体的需求量，而由此产生的化学副产物也被降低到最低程度，因而对环境影响最小。
【附图说明】
[0026]图1是本发明创造的结构示意图。
[0027]图2是本发明创造第一种气体喷出装置的结构示意图。
[0028]图3是本发明创造第二种气体喷出装置的结构示意图。
[0029]图4是本发明创造第三种气体喷出装置的结构示意图。
[0030]图5是图4的俯视图。
[0031]图6是图4的仰视图。
[0032]图7是本发明创造第三种气体喷出装置的连接结构示意图。
[0033]图8是本发明创造的工作示意图。
[0034]图9是本发明创造的工作示意图。
【具体实施方式】
[0035]实施例1一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置
[0036]如图1-图7所示，一种适用于局部生长薄膜和涂层的装置，具有如下的结构:
[0037]—种适用于局部生长薄膜和涂层的装置的主体由真空容器I构成。真空容器I内保持真空状态。一台或者两台机械真空栗就可以产生足够的真空。真空度根据不同沉积薄膜或者涂层的性能要求控制在25托(Torr)到0.001托(Torr)范围或者更高真空度。
[0038]金属、非金属或者半导体材料需要通过本装置打印或者沉积于基体4表面上，所以基体4需要被放置在真空容器I内。按照这样的话，真空容器I内部需要安装用于放置基体4的支架2;通常在真空容器I内会放置多个基体4来同时进行沉积涂层工艺操作。因此，真空容器I会包含有多个支架2。
[0039]本装置在真空容器I内至少包含一个用于向基体4表面局部生长薄膜或涂层的区域提供热源的激光源3。激光源3放置在基体4表面上方，可以与气体喷出装置紧邻。这样，激光源3可以加热基体表面上特定尺寸的区域。激光源3可以从现有的激光源产品中选出。激光加热的种类以及激光的能量的选择取决于在基体表面上需要局部生长薄膜或涂层的区域所要达到的温度高低。在一个实施例中，激光源3可以与气体管线5或者气体喷出装置联接在一起，这样它们就可以在基体表面上一起协调可控地移动。激光源3也可以与气体管线5或者气体喷出装置分开，这样激光源可以先加热基体表面到达一定温度，然后气体喷出装置在移动到基体表面上加热了的区域，再喷出反应气体，沉积涂层。
[0040]在真空容器I内，设有用于向基体4表面局部生长薄膜或涂层的区域喷吹气体反应物的气体喷出装置。设有一个或者若干个用于传输气体反应物的气体管线5，气体管线5—端与气体喷出装置连接，另一端伸出真空容器I与用于储藏气体反应物的气体储藏罐6连接;在气体管线5和气体储藏罐6之间设有流量阀7。
[0041]一个或多个气体管线5与气体喷出装置连接，气体喷出装置将气体反应