真空腔體是原子沉積系統(tǒng)ALD的核心部件，其設(shè)計直接影響薄膜生長的均勻性、前驅(qū)體利用率及設(shè)備穩(wěn)定性，需兼顧真空性能、溫度兼容性與工藝適配性。?
材質(zhì)選擇需平衡耐腐蝕性與真空特性。主體材質(zhì)優(yōu)先選用316L不銹鋼，其含鉬量達2-3%，可抵御多數(shù)金屬有機前驅(qū)體(如三甲基鋁)的腐蝕，且內(nèi)壁經(jīng)電解拋光(Ra≤0.02μm)后能減少氣體吸附與殘留。對于高溫ALD工藝(>600℃)，腔體頂部可采用石英材質(zhì)窗口，既滿足紅外加熱穿透需求，又具備優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。腔體法蘭需采用無氧銅材質(zhì)，通過冷加工硬化處理提升表面平整度(≤5μm)，確保密封可靠性。?
結(jié)構(gòu)布局決定工藝效率與均勻性。腔體容積需與前驅(qū)體脈沖量匹配，通常控制在5-20L范圍內(nèi)，過小易導(dǎo)致濃度波動，過大則增加抽真空時間。內(nèi)部流道設(shè)計采用“環(huán)形布氣+中心抽氣”結(jié)構(gòu)，氣體入口沿腔體圓周均勻分布(間距≤50mm)，配合楔形導(dǎo)流板使前驅(qū)體形成層流狀態(tài)，確保襯底表面氣流速度偏差<10%。腔體底部需設(shè)置傾斜式積液槽(坡度5°)，并配備可拆卸式收集盒，方便清理反應(yīng)副產(chǎn)物，避免雜質(zhì)污染。?
密封與真空系統(tǒng)設(shè)計需達到超高真空標準。采用金屬密封而非橡膠密封，主法蘭使用銅鍍鎳O型圈，在150℃烘烤條件下可實現(xiàn)10??Pa?m³/s的漏率。真空抽氣路徑需串聯(lián)分子泵與羅茨泵，前級管道直徑不小于32mm，確保腔體在30分鐘內(nèi)達到10??Pa的基礎(chǔ)真空。腔體壁面需預(yù)留加熱套安裝位，可實現(xiàn)80-200℃的壁溫控制，減少水汽凝結(jié)對真空度的影響。?
功能集成需滿足靈活操作需求。腔體側(cè)面需預(yù)留多組CF法蘭接口(規(guī)格1.33"-6")，用于安裝襯底臺、測溫探頭及觀察窗，接口位置需避開氣流主干道以防干擾流場。腔門設(shè)計采用快開式結(jié)構(gòu)，配備氣動助力裝置，開啟角度≥90°，便于襯底裝卸與腔體維護。此外，腔體內(nèi)需設(shè)置防濺射擋板，在鍍膜階段遮擋非沉積區(qū)域，降低后期清潔成本。?
通過上述設(shè)計要點的系統(tǒng)整合，可使ALD真空腔體在保證超高真空環(huán)境的同時，實現(xiàn)前驅(qū)體高效利用與薄膜均勻生長，為高精度涂層制備提供可靠的硬件基礎(chǔ)。
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