梯度薄膜制造技术

一种物品及生产所述物品的方法和系统，所述物品包含自物品表面起一定厚度的第一膜，所述第一膜相对于所述物品的表面在垂直和/或水平方向上在至少一部分所述厚度的第一膜内具有梯度化学组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一种物品及生产所述物品的方法和系统，所述物品包含自物品表面起一定厚度的第一膜，所述第一膜相对于所述物品表面在垂直和/或水平方向上在至少一部分所述厚度的第一膜内具有梯度化学组成。
技术介绍
薄膜沉积技术可用于在各种衬底上制造薄膜。先前，已采用诸如PECVD或磁控溅射等真空技术制造了高性能膜。然而，大型或波状部件难以使用真空室进行涂覆。此外，真空沉积工艺需要大量的资本投资以获取和装配真空室部件。
技术实现思路
在第一方面中，提供一种制造多层梯度组成薄膜的方法。所述方法包括将至少一种化学前体引入到等离子体中；沉积一定厚度的第一膜至衬底的表面，所述第一膜具有来源于至少一种化学前体的化学组成；修改在沉积一定厚度的第一膜期间与沉积至少一种化学前体相关的至少一个等离子体相关的工艺参数；相对于所述衬底在垂直方向上或在垂直和水平方向上独立或组合地改变至少一部分所述厚度的第一膜的化学组成。有利的是，所述引入步骤包括第一化学前体和与所述第一化学前体同时引入所述等离子体中的不同于所述第一化学前体的至少一种其它化学前体；并且所述方法还包括在所述第一膜中沉积一定厚度的至少部分来源于第二化学前体的第二膜，所述第二膜的化学组成不同于所述第一膜。有利的是，所述引入步骤包括第一化学前体和随后被引入所述等离子体中的不同于所述第一化学前体的至少一种其它化学前体；并且沉积一定厚度的至少部分来源于所述至少一种其它化学前体的第二膜，所述第二膜的化学组成不同于所述第一膜。优选地，其中，所述修改步骤包括改变选自由等离子体功率、载气流速、前体温度、鼓泡器流速、稀释流速或相对于所述衬底的等离子体头垂直位置组成的组中的一个或多个参数。有利地，所述衬底包括一种或多种半导体材料、金属或非金属。有利地，所述沉积步骤包括常压等离子体沉积技术。在另一方面，提供一种用于沉积具有化学梯度的膜的系统。所述系统包含配置用于产生等离子体的常压等离子体装置；可配置用于所述常压等离子体装置的一种或多种等离子体源气体；可配置用于所述常压等离子体装置的一种或多种前体源；及可选的可配置用于所述常压等离子体装置的一种或多种保护气体源。有利地，所述常压等离子体装置可相对于衬底表面水平地、垂直地或水平且垂直地放置。有利地，所述常压等离子体装置相对于所述衬底表面沿至少两个轴可放置和/或控制。有利地，所述常压等离子体装置是自动化的以便对物品以垂直或水平关系中的一种或多种进行转变。在另一方面，提供一种物品。所述物品包含自所述物品表面起的一定厚度的第一膜；所述第一膜相对于所述物品表面在垂直方向或水平和垂直方向上在至少一部分所述厚度的第一膜内独立或组合地包含梯度化学组成。有利地，所述物品还包含不同于所述第一膜的第二膜，所述第二膜存在于所述第一膜内，所述第二膜具有梯度化学组成，并且至少一部分所述第二膜相对于所述物品表面在水平、垂直或水平和垂直方向上与所述第一膜空间分离。优选地，所述第二膜相对于所述物品表面在垂直方向上与第一膜在化学上不同。作为另选，所述第二膜直接存在于所述第一膜上。有利地，至少一部分所述第二膜相对于所述物品表面在水平方向上、在垂直方向上或在水平和垂直方向上与第一膜空间分离。优选地，所述物品还包含所述第一膜和所述第二膜之间的界面，所述界面的特征在于所述第一膜的元素组成相对于所述第二膜的变化。有利地，相对于所述物品表面，所述界面在所述第一膜的垂直截面和所述第二膜的垂直截面之间。作为另选，相对于所述物品表面，所述界面在所述第一膜的水平截面和所述第二膜的水平截面之间。优选地，所述第一膜和所述第二膜之间的界面包括氧和/或碳的元素组成梯度。有利地，所述物品表面是空天飞行器的至少一部分。附图说明图1描述了本文公开的本方法的一个方面的示例性流程图。图2描述了本文公开的本方法的一个方面的示例性流程图。图3A描述了本文公开的本方法的一个示例性方面。图3B描述了本文公开的本方法的一个示例性方面。图4A描述了本文公开的本方法的一个示例性方面。图4B描述了本文公开的本方法的一个示例性方面。图5描述了本文公开的本方法的一个示例性方面。图6描述了本方法的一个方面的沉积膜样品的厚度(纳米)的图示。图7描述了在测试本方法一个方面的沉积膜样品之后的百分比雾度的图示。图8描述了本方法一个方面的沉积膜样品的工艺参数、物理参数以及光学和机械性质的总结。具体实施方式本专利技术尤其提供了一种优化沉积的薄膜涂层的机械性质的方法。所述方法提供具有逐渐变化(例如，梯度)的机械性质和/或化学组成的多层膜的设计和创建。本专利技术还提供具有独特的机械性质的多层梯度结构。在一个方面中，多层梯度结构采用常压等离子体沉积制备。在薄膜沉积期间控制一个或多个工艺条件可以提供新的或改善的性质，例如透明度、耐腐蚀性、耐磨性或弹性。定义将理解的是，尽管术语第一、第二等在本文中可能用来描述各种要素，但是这些元素不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于将一种要素与另一种要素区分开来。例如，第一要素可被称作第二要素，并且类似地，也可将第二要素称作第一要素，而不偏离本专利技术的范围。如本文使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任意和所有组合。将理解的是，当诸如层或膜、区域或衬底等要素被称为“沉积”在另一要素“上”或“沉积”至另一要素“上”时，其可能直接沉积在其它要素上或沉积至其它要素上，或者也可能存在插入要素。与此相反，当要素被称为“直接沉积”在另一要素“上”或“直接沉积”至另一要素“上”，不存在插入要素。本文中可使用诸如“之下”或“之上”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”或“顶部”或“底部”等相关术语来描述如附图所示的一个要素、层/膜或区域与另一要素、层/膜或区域的关系。将理解的是，这些术语意在涵盖除附图中描述的取向之外的装置的不同取向。本文所使用的术语仅出于描述具体方面的目的，而非意在限制本专利技术。本文所用的单数形式“a”、“an”和“the”也意在包括复数形式，除非上下文清楚地表明了并非如此。还应当理解，术语“包含”和/或“包括”在本文中使用时，其指明陈述的特征、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、要素、部件和/或其组合的存在或加入。除非另外定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本专利技术所属领域技术人员通常理解的相同含义。还应理解，本文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造多层梯度组成薄膜的方法，所述方法包括：将至少一种化学前体引入到等离子体中；沉积一定厚度的第一膜至衬底的表面，所述第一膜具有来源于所述至少一种化学前体的化学组成；修改在沉积一定厚度的第一膜期间与所述至少一种化学前体的沉积相关的至少一个等离子体相关的工艺参数；相对于所述衬底在垂直方向上或在垂直和水平方向上独立或组合地改变至少一部分所述厚度的第一膜的化学组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 US 14/104,7961.一种用于制造多层梯度组成薄膜的方法，所述方法包括：
将至少一种化学前体引入到等离子体中；
沉积一定厚度的第一膜至衬底的表面，所述第一膜具有来源于所述至少一种化学
前体的化学组成；
修改在沉积一定厚度的第一膜期间与所述至少一种化学前体的沉积相关的至少
一个等离子体相关的工艺参数；
相对于所述衬底在垂直方向上或在垂直和水平方向上独立或组合地改变至少一
部分所述厚度的第一膜的化学组成。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述引入包括第一化学前体和与所述第一
化学前体同时引入所述等离子体中的不同于所述第一化学前体的至少一种其它化学
前体；并且所述方法还包括在所述第一膜中沉积一定厚度的至少部分来源于第二化学
前体的第二膜，所述第二膜的化学组成不同于所述第一膜。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述引入包括第一化学前体和随后被引入
所述等离子体中的不同于所述第一化学前体的至少一种其它化学前体；并且沉积一定
厚度的至少部分来源于所述至少一种其它化学前体的第二膜，所述第二膜的化学组成
不同于所述第一膜。
4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，所述修改包括改变选自由等离
子体功率、载气流速、前体温度、鼓泡器流速、稀释流速或相对于所述衬底的等离子
体头垂直位置组成的组中的一个或多个参数。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括一种或多种半导体材料、金
属或非金属。
6.如权利要求1的方法，其中，所述沉积包括常压等离子体沉积技术。
7.一种物品，其包含自所述物品的表面起的一定厚度的第一膜；所述第一膜相
对于所述物品的表面在垂直方向上或在水平和垂直方向上在至少一部分所述厚度的
第一膜内具有梯度化学组成。
8.如权利要求7所述的物品，其包含不同于所述第一膜的第二膜，所述第二膜
存在于所述第一膜内，所述第二膜具有梯度化学组成，并且至...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·拉纳德，M·A·马托斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US