[发明专利]一种高通量制备薄膜或涂层的方法

说明书

本发明涉及一种高通量制备薄膜或涂层的方法，在LCVD设备基础上加装光路控制系统，所述LCVD设备激光光源半径为r，所述加装光路控制系统包括沿激光入射方向设置的透镜组，激光通过透镜组在基板表面形成面积为S，半径为h的圆形束斑，其中h大于r，并且束斑从S中心到边缘温度逐渐均匀、有规律地降低，在基板表面获得稳定可控的大梯度温度场，采用LCVD工艺在基板表面实现高通量制备薄膜或涂层。本发明通过调整光路控制系统中透镜组的间距等参数控制基板温度环形梯度分布，快速制备大通量的薄膜或涂层，在单次试验中可获得多个不同生长条件下的样本，对制备所得的薄膜涂层材料的结构与组成进行表征，得到优化的实验参数。

技术领域

本发明属于无机薄膜或涂层制备领域，具体涉及一种高通量化学气相沉积薄膜的方法。

背景技术

化学气相沉积(CVD)技术是一种利用气态物质在基体上发生化学反应以合成目标产物的薄膜沉积技术，具有沉积速率高，均匀性好，生长面积大等优势，并且前驱体选择范围广泛，制备方法多样，如热壁CVD(TCVD)、热丝CVD(HWCVD)、微波等离子体CVD(MPCVD)等，可用于多种薄膜或涂层材料的制备。然而CVD制备过程中可控因素较多，如前驱体种类、蒸发温度，载流气体与稀释气体种类、流速、停留时间，反应室温度、压强等参数。特别是沉积温度，一方面沉积温度对气体前驱体分解效率，以及材料生长速度、微观结构和组成的影响最为关键；另一方面CVD沉积温度可与多前驱体流速、沉积压强等重要参数发生耦合效应。复杂的温度控制过程极大地提高了材料性能的稳定化调控难度、增加了产品的制备周期和应用成本。因此，缩短材料制备可控性差异并缩短实验周期，以提升材料研发效率十分重要。

当前研究常引入高通量技术，即在一次试验过程中，控制温度场连续变化，以得到多组试验样本，排除其他与温度无关因素的影响，可大幅提升实验效率与可控性。然而，常规CVD方法通常采用焦耳热加热反应腔体或基板，难以在基板表面形成较大温度梯度。此外，由于基板不同区域发生热传递，使得基板表面形成温度梯度的难度进一步增大，采用常规CVD技术难以控制温度梯度实现高通量制备薄膜或涂层。因此，开发一种安全可靠、高效可控的高通量CVD方法，实现基板表面大温度梯度，对于简化无机薄膜或涂层研究过程，加快研究进度，建立系统化、精密化研发体系，并探索绿色环保的新一代先进制备工艺具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高通量制备薄膜或涂层的方法。激光CVD(LCVD)由于高能激光束的激发作用，使反应气体的分解、吸附、成膜等动力学过程加快，从而大幅提高膜层的沉积速率，反应过程中仅微区局部高温，成膜时杂质含量极少，结合力较高；同时利用发散透镜控制激光光强分布，可在微小区域内控制形成大梯度的温度场分布(500K/cm)，十分适合引入高通量沉积，实现单次试验中获得多个样本，以进一步提高实验效率，缩短实验周期。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种高通量制备薄膜或涂层的方法，在LCVD设备基础上加装光路控制系统，所述LCVD设备激光光源半径为r，所述加装光路控制系统包括沿激光入射方向设置的透镜组，激光通过透镜组在基板表面形成面积为S，半径为h的圆形束斑，其中h大于r，并且束斑从S中心到边缘温度逐渐均匀、有规律地降低，在基板表面获得稳定可控的大梯度温度场，采用LCVD工艺在基板表面实现高通量制备薄膜或涂层。

按上述方案，所述透镜组包括沿激光入射方向依次垂直设置的凹透镜1和平凸透镜2，所述凹透镜1和平凸透镜2焦点与激光光路重合。凹透镜1焦距固定，通过选择具有适当焦距的平凸透镜2，并调整凹透镜1和平凸透镜2两者的间距，以及激光参数(光波长、功率)调整基板表面束斑直径和温度梯度。

按上述方案，所述光路控制系统还包括保护壳体及设置在壳体上供激光通过的光收发接口。

按上述方案，所述凹透镜1和平凸透镜2型号为LBK-5.9-10.3-ET1.9，直径范围为18～30mm。