[实用新型]独立式多源共聚焦超声雾化热解喷涂反应室

说明书

技术领域

本实用新型属于超声雾化热解喷涂薄膜材料制备领域，尤其涉及一种独立式多源共聚焦超声雾化热解喷涂反应室。

背景技术

超声雾化热解喷涂(简称USP)是一种常见的薄膜材料制备工艺，在科研和生产中有广泛的用途，这种方法擅长氧化物、硫化物、氯化物等化合物薄膜的制备。合理的工艺参数下，USP薄膜的质量可以与溅射法、CVD方法制备的薄膜材料相当，但成本却大幅度降低。

掺杂薄膜和多层薄膜是薄膜材料研究和生产中非常常见的情况，传统的USP方法在掺杂和多层膜制备中存在一定的问题，主要问题在于热解喷涂的反应室只有一个雾化源，该雾化源工作时根据膜的成分需要向反应室喷射不同成分的液滴。同时，目前也有的反应室具有多个雾化源，但这些雾化源共用同一根喷雾管，且喷雾管的轴心线与样品基体的轴心线平行。在制造多层复合薄膜或掺杂沉积薄膜时，需要喷射不同成分的雾滴，而不同成分的雾滴之间可能会发生化学反应，因此使用上述两种结构就极易污染雾滴，或让雾滴之间发生化学反应，从而无法得到所需的薄膜。另外，由于喷雾管的轴心线与样品基体的轴心线平行，这样就导致雾滴垂直入射，从而极易使雾滴向下反冲，进而不利于薄膜的沉积和形成。

现有的热解喷涂反应室内设有一个转动的样品载台，该样品载台用于固定样品基体，载台通过一根转动杆与电机的输出轴下端同轴连接，而电机通过支架固定在上盖的上表面，且上盖与反应室的顶面密封连接，更换已经喷涂好的产品时可以将上盖打开。载台上方设有碘钨灯，从而通过该碘钨灯在载台附近的区域形成一个高温热反应区域，并在样品载台的下方设有雾化器。工作时，雾化器自下而上喷出雾化后的雾滴，并射向样品载台附近的高温区域及样品基体，且通过热分解和薄膜沉淀在样品基体上形成薄膜。由下而上的喷射结构一定程度上实现了雾滴尺寸选择的功能，依靠重力实现了粒径选择器的功能，因为较大的雾滴在重力作用下无法到达高温区域和样品基体表面，这样就提高了薄膜沉积质量，对于提高薄膜材料表面光洁度、减小和消除薄膜生长应力、减小或消除结构缺陷都是有益的。

在使用过程中，我们发现高温反应尾气会聚集在样品载台附近，进而形成一个高温反应尾气层，该高温反应尾气层会阻碍雾化器喷出的雾滴射向样品基体，并减小雾滴入射样品基体表面的动量，且容易使雾滴受到阻碍后向下反冲，这样也不利于薄膜的沉积和形成；同时，由于存在高温反应尾气层，那么高温反应尾气层可能会污染雾滴；或者高温反应尾气进入沉积薄膜材料内，从而导致薄膜的成分发生变化，这样就无法得到想要成分的薄膜，也会导致薄膜的结晶度、致密度降低，结构缺陷增大等问题。

另外，现有结构不具有热屏蔽功能，大量热能会传导到反应室顶部，这样就会造成能源浪费。同时，雾化后的雾滴也会充满反应室顶部的内腔，而雾滴为强酸或强碱性液滴，具有很强的腐蚀性，这样就会腐蚀非反应区域。在非反应区域内，有多种测试装置的信号传输线和电力传输线，如热电偶、加热碘钨灯等等。腐蚀的存在会导致以上装置测量精度降低升值不能测量、无法加热甚至短路烧毁等严重后果。虽然可以通过频繁更换的办法解决，但拆卸、擦洗费时费力，而且设备使用成本也会显著提高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种独立式多源共聚焦超声雾化热解喷涂反应室，欲克服传统单一雾化源易交叉污染，工艺参数重复性差，薄膜成分不可控的缺陷。