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专利号: 2017105793179
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于制备组分渐变的Bi(AlxGa1‑x)O3薄膜材料的原子层沉积装置,装置包括:真空反应腔、真空泵、氧前驱体气体源容器、惰性气体容器、设备控制器;

其特征在于:

装置还包括:两个计数器、有机铋源容器、有机铋源管路手动阀、有机铋源管路自动阀、有机铋源载气管路质量流量控制器、有机铝源气体容器、有机铝源气体管路手动阀、有机铝源气体管路自动阀、有机铝源气体载气管路质量流量控制器、有机镓铝源容器、有机镓源气体管路手动阀、有机镓源气体管路自动阀、有机镓源气体载气管路质量流量控制器、氧前驱体气体管路手动阀、氧前驱体气体管路自动阀、氧前驱体气体载气管路质量流量控制器、惰性气体管路手动阀、真空泵进气口自动阀门;

有机铋源气体脉冲、有机铝源气体脉冲、有机镓源气体脉冲、氧前驱体气体脉冲、惰性气体脉冲按照一定的次序依次通入真空反应腔中;

两个计数器分别用于设定和控制每一个生长周期中有机铝源气体脉冲、有机镓源气体脉冲的数量,在逐次生长过程中,其中一个计数器的值逐渐增加,另一个计数器的值逐渐减小;设备控制器由PLC或FPGA或CPLD或单片机系统或计算机或专门设计的电路系统构成;

所述计数器在采用硬件电路实现时,计数器为数字计数器电路;所述计数器采用程序实现时,计数器为软件程序中的变量;

气体脉冲序列由设备控制器控制各个气体管路中的自动阀的开、关以实现,并执行气体脉冲序列的生长周期循环。

2.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:有机铋源容器的出口通过气体管路依次连接到有机铋源管路手动阀、有机铋源管路自动阀、真空反应腔,有机铝源气体容器的出口通过气体管路依次连接到有机铝源气体管路手动阀、有机铝源气体管路自动阀、真空反应腔,有机镓源气体容器的出口通过气体管路依次连接到有机镓源气体管路手动阀、有机镓源气体管路自动阀、真空反应腔,氧前驱体气体源容器的出口通过气体管路依次连接到氧前驱体气体管路手动阀、氧前驱体气体管路自动阀、真空反应腔,惰性气体容器的出口通过气体管路连接到惰性气体管路手动阀,再通过分支管路分别连接到有机铋源载气管路质量流量控制器、有机铝源气体载气管路质量流量控制器、有机镓源气体载气管路质量流量控制器、氧前驱体气体载气管路质量流量控制器,有机铋源载气管路质量流量控制器的出口通过三通连接件连接在有机铋源管路自动阀与真空反应腔之间的气体管路上,有机铝源气体载气管路质量流量控制器的出口通过三通连接件连接在有机铝源气体管路自动阀与真空反应腔之间的气体管路上,有机镓源气体载气管路质量流量控制器的出口通过三通连接件连接在有机铝源气体管路自动阀与真空反应腔之间的气体管路上,氧前驱体气体载气管路质量流量控制器的出口通过三通连接件连接在有机铋源管路自动阀与真空反应腔之间的气体管路上,真空反应腔的出口通过管路依次连接到真空泵进气口自动阀门、真空泵的进气口。

3.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:在任意一个时刻,由设备控制器控制使有机铋源管路自动阀、有机铝源气体管路自动阀、有机镓源气体管路自动阀、氧前驱体气体管路自动阀最多只有一个处于开启状态,其余均处于关闭状态;或有机铋源管路自动阀、有机铝源气体管路自动阀、有机镓源气体管路自动阀、氧前驱体气体管路自动阀全部处于关闭状态。

4.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:有机铋源管路手动阀、有机铝源气体管路手动阀、有机镓源气体管路手动阀、氧前驱体气体管路手动阀、惰性气体管路手动阀均由操作人员手动打开,不受控制器所控制。

5.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:真空计、有机铋源管路自动阀、有机铋源载气管路质量流量控制器、有机铝源气体管路自动阀、有机铝源气体载气管路质量流量控制器、有机镓源气体管路自动阀、有机镓源气体载气管路质量流量控制器、氧前驱体气体源容器、氧前驱体气体管路自动阀、氧前驱体气体载气管路质量流量控制器、真空反应腔、真空泵、真空泵进气口自动阀门、真空反应腔中的电加热器、温度传感器以及有机铋源容器、有机铝源气体容器、有机镓源气体容器、氧前驱体气体源容器的电加热器和半导体制冷器均通过电缆连接到设备控制器,由设备控制器集中控制各自的工作状态。

6.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:真空腔中设有真空计。

7.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:温度传感器的采集数据通过电缆传输给设备控制器,以实现温度的比例‑积分‑微分控制。

8.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:真空反应腔中设有电加热器和温度传感器,有机铋源容器、有机铝源气体容器、氧前驱体气体源容器均设有电加热器和半导体制冷器。

9.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:由设备控制器控制有机铋源容器、有机铝源气体容器、有机镓源气体容器、氧前驱体气体源容器的电加热器和半导体制冷器的工作状态,以使有机铋源容器、有机铝源气体容器、有机镓源气体容器、氧前驱体气体源容器的温度恒定在设定的温度值。

10.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:托盘由电机驱动,带动衬底匀速地转动。

11.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:连接到真空反应腔的所有气体管路均包覆有加热带。

12.一种如权利要求11所述的装置,其特征在于:所有气体管路由设备控制器集中供电对管路进行加热。

13.一种如权利要求1所述的装置,其特征在于:分别以N、B、O、A、G来代表惰性气体脉冲、有机铋源气体脉冲、氧前驱体气体脉冲、有机铝源气体脉冲、有机镓源气体脉冲,则:脉冲N由如下动作实现:

由设备控制器控制使有机铋源管路自动阀、有机铝源气体管路自动阀、有机镓源气体管路自动阀、氧前驱体气体管路自动阀均处于关闭状态,由设备控制器控制有机铋源载气管路质量流量控制器、有机铝源气体载气管路质量流量控制器、有机镓源气体载气管路质量流量控制器、氧前驱体气体载气管路质量流量控制器,使得各气体管路中惰性气体按照设定值通入真空反应腔;

脉冲B由如下动作实现:

由设备控制器控制使有机铋源管路自动阀处于打开状态,有机铝源气体管路自动阀、有机镓源气体管路自动阀、氧前驱体气体管路自动阀均处于关闭状态,由设备控制器控制有机铋源载气管路质量流量控制器、有机铝源气体载气管路质量流量控制器、有机镓源气体载气管路质量流量控制器、氧前驱体气体载气管路质量流量控制器,使得各气体管路中气体按照设定值通入真空反应腔;

脉冲O由如下动作实现:

由设备控制器控制使氧前驱体气体管路自动阀处于打开状态,有机铋源管路自动阀、有机铝源气体管路自动阀、有机镓源气体管路自动阀均处于关闭状态,由设备控制器控制有机铋源载气管路质量流量控制器、有机铝源气体载气管路质量流量控制器、有机镓源气体载气管路质量流量控制器、氧前驱体气体载气管路质量流量控制器,使得各气体管路中气体按照设定值通入真空反应腔;

脉冲G由如下动作实现:

由设备控制器控制使有机镓源气体管路自动阀处于打开状态,有机铋源管路自动阀、氧前驱体气体管路自动阀均处于关闭状态,由设备控制器控制有机铋源载气管路质量流量控制器、有机铝源气体载气管路质量流量控制器、氧前驱体气体载气管路质量流量控制器,使得各气体管路中气体按照设定值通入真空反应腔;

脉冲A由如下动作实现:

由设备控制器控制使有机铝源气体管路自动阀处于打开状态,有机铋源管路自动阀、有机镓源气体管路自动阀、氧前驱体气体管路自动阀均处于关闭状态,由设备控制器控制有机铋源载气管路质量流量控制器、有机铝源气体载气管路质量流量控制器、有机镓源气体载气管路质量流量控制器、氧前驱体气体载气管路质量流量控制器,使得各气体管路中气体按照步骤设定值通入真空反应腔。