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MCRI FH系列原子層沉積系統


技術簡介

系統介紹

業務范圍

聯系方式

設備案例

實例介紹

1、原子層沉積技術簡介


原子層沉積(ALD)是一種前沿的納米結構制造與表面工程技術。該技術通過交替發生的表面飽和化學反應實現原子級精度的可控薄膜生長,具有沉積溫度低、保形性好、原子級厚度控制能力、工藝可靠性和重復性好等特點。目前已被開發的ALD過程可用于合成超過150種單質和化合物,包括金屬氧化物、氮化物、硫化物、磷化物、碳化物,部分金屬及非金屬單質,以及部分無機-有機混合高分子和有機高分子薄膜。ALD適用于對各種材料表面進行精確修飾改性以及多種納米結構的可控合成,可廣泛用于半導體與集成電路、平板顯示、太陽能電池、納米材料、催化劑、防腐蝕保護層、薄膜分離、清潔與可再生能源、生物與醫療、特種材料表面改性、空間器件表面防輻射等領域。





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2. MCRI FH系列原子沉積系統介紹


主要特色:

MCRI FH系列原子層沉積系統由西安近代化學研究所海外引進人才馮昊研究員團隊研制。馮昊研究員長期從事原子層沉積技術基礎、設備開發及應用研究,在針對粉體材料的原子層沉積技術領域頗有建樹。FH系列原子層沉積設備定位為多功能科研型ALD設備,主要用于各類粉體材料樣品的制備,也可兼容常規的平面基底表面ALD薄膜沉積功能,并特別適用于高長徑比管件的內壁或外壁表面ALD薄膜沉積。FH系列原子層沉積設備采用模塊化設計,性能先進,技術成熟,使用、維護簡便,功能可擴展性強(支持升級改造,兼容QCM、MS等在線表征儀器),可以根據用戶需求進行非標設備開發。該設備可制備的材料包括氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋅、氧化硅、氧化鐵、氧化鈷、氧化銅、氧化釩、氧化鈰等數十種氧化物,鉑、鈀、銥、釕等貴金屬單質,以及聚酰亞胺、聚脲等聚合物材料。



技術優勢:

西安近代化學研究所馮昊研究員團隊長期(10年以上)專業從事各類微納粉體材料(如含能材料、催化劑、電極材料等)以及多種功能器件的ALD表面修飾改性技術研究。近年來,在相關技術領域發表高水平SCI科研論文20余篇,申請專利十數項。團隊目前已開發出數套擁有自主知識產權的多功能科研型和應用型ALD裝置,其中科研型ALD設備已實現商業化應用,目前已經向國內部分高校和科研院所提供了相關的ALD技術和設備產品;團隊的“多功能模塊化原子層沉積系統”項目獲得2019年中國創新創業大賽技術融合專業賽二等獎。團隊具備ALD設備研發、ALD機理剖析、ALD過程開發、ALD樣品制備、ALD設備操作、維護,ALD技術培訓等科研業務能力,并在ALD納米材料制備與ALD表面工程領域積累了豐富的經驗,是國內為數不多的具備“產—學—研”全創新鏈條的ALD創新科研團隊,團隊于2018年入選首批國防科工局科技基礎創新團隊。


標準技術參數:(以FH-2基礎科研型ALD設備為例)

分類

項目

數量

主要參數及說明

前驅體供給系統

揮發性液態前驅體通道

3路

最高可加熱溫度70℃

難揮發性液態及固態前驅體通道

2路

最高可加熱溫度270℃

氣態前驅體通道

1路

適用于非腐蝕性氣體(如氫氣、氧氣)

加裝臭氧發生器

ALD反應器系統

ALD反應器

1套

采用標準真空法蘭接口的管式反應器,反應管直徑50mm,長度800mm,最高可加熱溫度400℃;

通常情況下粉體樣品處理能力介于每批次0.2~1克量級(主要取決于粉體樣品的密度和比表面積);同時可適用于寬度(直徑)不大于45毫米,長度不大于700毫米的工件表面薄膜沉積

樣品臺

4套

用于盛放粉體樣品

真空系統

管道、閥門接口


系統可拆裝接口采用VCR接頭或CF法蘭連接;反應器入口采用ISO法蘭蓋板密封

真空泵

2臺

旋片式機械真空泵,抽速6m3/h,極限壓力1Pa

控制系統

高精度真空壓力表

1臺

指示范圍0.1Pa-1000Pa或1Pa-10000Pa

低精度真空壓力表

1臺

 /

流量控制儀及質量流量計

1套

4路流量精確控制,

質量流量計:

0-200 sccm 兩臺

0-500 sccm 兩臺

溫度控制儀

8路

8路溫度控制,控制精度1℃

閥門控制儀

1臺

最多可實現18組閥門開關時序控制

計算機及ALD反應程序

1套

預裝自主研發的界面友好ALD反應程序,可實現多種薄膜生長模式(常規生長模式、夾層生長模式、合金生長模式、準靜態模式,以及用戶定義的其它生長模式)

廢氣處理罐

1套

 /

電加熱帶(套)及熱電偶

20套

玻璃纖維加熱帶(加熱套)及K型熱電偶

設備擴展性能



設備整體采用模塊化設計,通用接口連接,后期可根據用戶需求以較小代價對設備相關部件進行改裝,實現某些特殊的功能,例如:在反應系統出口處預留CF法蘭,便于加載石英晶體微天平、質譜等原位表征裝置

可制備材料種類

可實現90%以上已報道的熱ALD反應

 


氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋅、氧化硅、氧化鐵、氧化鈷、氧化銅、氧化釩、氧化鈰等數十種氧化物,鉑、鈀、銥、釕等貴金屬單質,以及聚酰亞胺、聚脲等聚合物材料;

設備尺寸



長*寬*高≈1600*750*1400 mm(筆記本版)

其他

便攜式測溫儀

1臺

4路測溫通道


設備框架

1套

鋁合金型材搭建


易損耗件

若干

VCR接頭、卡套接頭、墊片等易損耗件



3. 業務范圍:

(1)銷售FH系列原子層沉積系統;

(2)可根據用戶需求,定制非標原子層沉積設備;

(3)承接各類ALD過程開發和ALD樣品制備等技術服務;




4. 聯系方式:

電話:029-88291570;029-88291389;

電子郵箱:fh2042011@163.com;




5. 部分設備案例介紹

陜西師范大學訂購的FH-2ALD設備(筆記本版)

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中科院西安光機所訂購的HT-FH-2ALD設備

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上海石油化工研究院訂購的FH-2ALD設備(加裝在線表征儀器,機柜版)

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FH-2ALD設備參加2019年軍民裝備技術成果展

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6. 部分應用實例介紹:(采用FH系列ALD設備的科研成果展示)

近幾年團隊采用FH系列ALD設備發表的部分科研論文:


1.Li J. G., An Z. W., Zhang W. L., Hui L. F., Qin Z., Feng H*. Thermochromatic vanadium dioxide (VO2) thin films synthesized by atomic layer deposition and post-treatments, Applied Surface Science, 2020, 529, 147108(1-8). 


2.Qin L. J., Gong T., Li J. G., Yan N., Hui L. F., Feng H*. Tuning ignition and energy release properties of Zirconium powder by atomic layer deposited metal oxide coatings, Journal of Hazardous Materials, 2019, 378, 120655(1-8).


3.Yang G. Q., Wang H., Gong T., Song Y. H., Feng H*., Ge H. Q., Ge H. B., Liu Z. T., Liu Z. W*. Understanding the active site nature of vanadia-based catalysts for oxidative dehydrogenation of ethylbenzene with CO2 via atomic layer deposited VOx on Y-Al2O3, Journal of Catalysis, 2019, 380, 195-203. 


4.Gong T., Huang Y., Zhang W. L., Li J. G., Hui L. F., Feng H*. Atomic layer deposited Palladium nanoparticle catalysts supported on Titanium dioxide modified MCM-41 for selective hydrogenation of acetylene, Applied Surface Science, 2019, 495, 143495(1-12).


5.Yan N., Qin L. J., Li J. G., Zhao F. Q., Feng H*. Atomic layer deposition of iron oxide on reduced graphene oxide and its catalytic activity in the thermal decomposition of ammonium perchlorate, Applied Surface Science, 2018, 451, 155-161. 


6.Qin L. J., Yan N., Hao H. X., An T., Zhao F. Q., Feng H*. Surface engineering of zirconium particles by molecular layer deposition: Significantly enhanced electrostatic safety at minimum loss of the energy density, Applied Surface Science, 2018, 436, 548-555.


7.Yan N., Qin L. J., Hao H. X., Hui L. F., Zhao F. Q., Feng H*. Iron oxide/aluminum/graphene energetic nanocomposites synthesized by atomic layer deposition: Enhanced energy release and reduced electrostatic ignition hazard, Applied Surface Science, 2017, 408, 51-59. 


8.Singh R., Bapat R., Qin L. J., Feng H*., Polshettiwar V*. Atomic Layer Deposited (ALD) TiO2 on Fibrous Nano-Silica (KCC-1) for Photocatalysis: Nanoparticle Formation and Size Quantization Effect, ACS Catalysis, 2016, 6, 2770-2784. 


9.Gong T., Qin L. J., Zhang W., Wan H., Lu J., Feng H*. Activated carbon supported palladium nanoparticle catalysts synthesized by atomic layer deposition: Genesis and evolution of nanoparticles and tuning the particle size, Journal of Physical Chemistry C, 2015, 119, 11544-11556. 



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