[发明专利]超声喷雾热分解化合物半导体薄膜制备系统

说明书

技术领域

本发明属于化合物半导体薄膜制备领域，涉及一种超声喷雾热分解化合物薄膜制备系统。该系统可应用于低成本高质量的硫化物和氧化物半导体薄膜的制备。

背景技术

化合物半导体薄膜在电子器件、太阳电池、功能材料、光电化学制氢等领域具有广泛的应用。而制备出低成本高质量的化合物半导体薄膜一直是制约相关科研工作和产业技术发展的难题。目前大多数半导体薄膜材料的制备方法一般是化学气相沉积(CVD)、磁控溅射、真空蒸镀等方法，这些方法设备昂贵使制备成本居高不下。而相对成本较低的溶胶凝胶法，化学浴沉积法制备的半导体薄膜性能较差。近年来发展起来的喷雾热分解薄膜制备技术具有成本低，薄膜性能较优良等特点，具有很好的发展前途。而常见的喷雾热分解技术的实现方式是通过高压气体在雾化喷嘴处将溶液雾化，并直接喷射在基质上形成薄膜，这种雾化方式的缺点是雾滴较大且不均匀，也不易控制，因此形成的薄膜表面粗糙度大，成膜不致密，而且一般会造成厚度不均匀、中心比四周厚等不良结果；由于采用持续喷射，容易造成液滴中的成分热分解不充分，对成膜材料的质量造成影响(参见M.Okuya et al.Solid State Ionics172(2004)527-531)。一些喷雾镀膜设备中，载气与雾滴的混合方式过于简单而混合不均，因而在镀膜过程中也容易造成薄膜厚度不均匀。(参见中国发明专利CN 1250823A)

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一个超声喷雾热分解化合物半导体薄膜制备系统，该系统能够制备出低成本、高质量、大面积、厚度得到准确控制的薄膜，从而为氧化物和硫化物半导体薄膜材料的研究提供有利支撑。

本发明的技术方案是这样实现的：

该系统包括储液罐、雾化室、沉积室和鼓泡池，储液罐的出液口与雾化室的进液口相连接，储液罐的进气孔与雾化室的液位线处在同一水平线上，雾化室的气雾出口与沉积室的气雾入口相连接，气雾入口与喷头相连接，沉积室的废气出口与鼓泡池连接。

所述的储液罐是一圆柱形容器，顶端是密封的进液口，在罐体壁上有一进气孔，进气孔形状为“△”形，进气孔外紧贴罐壁有一根竖直进气管，竖直进气管的底端比进气孔低，管底封闭，而竖直进气管内部通过进气孔与储液罐内部相连通，竖直进气管的上端伸至罐顶，储液罐底接有一带阀门的出液口。

所述的雾化室中部为圆柱形的内部空腔，上下部分分别为向上渐缩管和向下渐缩管圆锥形空腔的容器，靠近底部有一进液口，底部安装有雾化片，在液面以上的壁面上有至少六个以上的气孔，以相等间隔排成一圈，雾化室内部空间通过气孔与套在容器外壁的环形导气管相通，进气口连通环形导气管，环形导气管通过气孔连通雾化室内部空腔，雾化室顶部为气雾出口。

所述的喷头内部为一圆柱形空腔，入口到空腔之间是一段渐扩管，喷头底部为一条缝隙。

所述的沉积室为一密封室，沉积室顶部是一操作开口，侧壁有一维修开口，两个开口均为法兰结构，沉积室侧壁有一个气雾入口，沉积室底部中心有一个废气出口，气雾入口和废气出口在沉积室外均接有真空球阀，沉积室侧壁上还有两个带真空球阀的抽气口和进气口，加热台、螺杆、喷头、限位开关、电动机均在沉积室内部，气雾入口与喷头之间用一柔性橡胶管连接，螺杆安装在加热台正上方，喷头安装在螺杆的滑块上，螺杆两端的上面安装了限位开关，限位开关位置在沿螺杆轴向上可以调节。

从雾化室到喷头之间的输送雾气的管路截面都为圆形，从雾化室内部空腔到气雾出口之间有一段向上渐缩管，从气雾出口到喷头的入口之间的管道内径保持恒定，从喷头的入口到内部的空腔有一段渐扩管。

由于超声雾化过程中，底部换能片距液面的高度值对雾化强度有很大影响，故需要在雾化过程中保持液面高度值稳定，本发明设计了能保持液位稳定的储液罐，使雾化室中的液位能自动调整保持在稳定高度上。雾滴与载气混合的均匀程度对成膜的质量有很大影响，本发明设计了进气口，使雾化室能够稳定地输出浓度稳定、雾滴分布均匀的气雾。本发明采用移动喷头来扫描静止基质的过程来进行镀膜。在沉积室内部使用柔性橡胶管将气雾入口与喷头连接，使喷头能够自由活动，并且能够对沉积室进行抽真空除气。由于废气可能对大气造成污染，故本发明利用装有化学溶液的鼓泡池对废气进行处理。

本发明采用的恒定液位储液罐能保证雾化室内液位高度恒定，使雾化过程在稳定的条件下进行。本发明喷头结构能保证雾气以带状雾束喷出且不易凝聚，提高系统的稳定性和成膜质量。沉积室采用的抽真空除气形式，可以更加有效地去除空气的影响，提高成膜材料的纯度。

附图说明