本發明涉及原子層沉積技術領域，尤其涉及一種變電場原子層沉積系統的控制方法。

背景技術：

原子層沉積技術(ALD)是通過反應前驅體交替進入反應腔室進行的以表面自限制化學反應為機制的沉積技術。具有沉積厚度原子級別的高精度可控、高保形性、低溫沉積等特點。原子層沉積技術(ALD)發生的表面反應是自限制的，每次循環生長的薄膜都只是一個單原子層。然而實驗過程中卻發現通常原子層沉積每層只能沉積單個原子層的15-60％左右，沉積速率遠小于原子層沉積單原子層膜的形式一層一層生長的理論預期。沉積所得薄膜的晶體取向存在隨機不可控性，薄膜結晶性能有待進一步提高。

在原子層沉積(ALD)技術中，利用電場優化薄膜結晶性能的研究則處于新興階段；原子層沉積(ALD)技術交替脈沖式地通入反應氣體，因此還可以根據不同前驅體的特性設置相應的控制條件，實現薄膜結晶性能和生長速率的調控。由于在薄膜沉積的過程中，不同前驅體氣源分子的極性不同、偶極矩不同，以及帶電離子的電荷正負與方向的不同，決定了在腔室中所施加電場的大小和方向需要隨著反應源進行調節。原子層沉積(ALD)技術中，氣源的進氣時間往往在毫秒和秒級別，這就要求設備進行電場的快速自動化調節，然而針對這方面控制方法的研究還較為匱乏。

技術實現要素：

本申請實施例通過提供一種變電場原子層沉積系統的控制方法，解決了現有技術中對原子層沉積進行電場的快速自動化調節研究匱乏的問題。

本申請實施例提供一種變電場原子層沉積系統的控制方法，包括：

上電極板和下電極板，所述上電極板和所述下電極板之間產生電場；

直流電源，所述直流電源在所述上電極板和所述下電極板之間施加電場；通過調節所述直流電源，實現所述上電極板和所述下電極板之間電場大小的切換；

控制箱，所述控制箱包含繼電器、電容、電感、電阻；通過控制所述繼電器端口的斷開與相連，實現所述上電極板和所述下電極板之間電場極性的切換；所述電容與所述電感用于濾波，所述電阻用于釋放所述上電極板和所述下電極板之間的靜電；

所述直流電源與所述控制箱連接，所述控制箱與所述上電極板、所述下電極板連接。

優選的，所述控制箱包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器、第四繼電器、第一電容、第二電容、第一電感、第二電感、第一電阻；

所述繼電器有三個端口，其中第一端口和第二端口為常閉端口；通過軟件控制，可以使所述第一端口和所述第二端口斷開，并使所述第一端口和第三端口相連；

所述直流電源的正極連接所述第一繼電器的所述第三端口，所述直流電源的負極連接所述第二繼電器的所述第三端口；

所述第一繼電器的所述第二端口和所述第二繼電器的所述第二端口之間串聯所述第一電阻；

所述第一繼電器的所述第一端口和所述第三繼電器的所述第一端口連接，所述第二繼電器的所述第一端口和所述第四繼電器的所示第一端口連接；

所述第三繼電器的所述第二端口串聯所述第一電感，所述第一電感與所述上電極板連接；所述第四繼電器的所述第二端口串聯所述第二電感，所述第二電感與所述下電極板連接；

所述第三繼電器的所述第二端口和所述第四繼電器的所述第二端口并聯所述第一電容和所述第二電容；

所述第三繼電器的所述第二端口與所述第四繼電器的所述第三端口連接，所述第三繼電器的所述第三端口與所述第四繼電器的所述第二端口連接。

優選的，所述第一繼電器、所述第二繼電器、所述第三繼電器、所述第四繼電器的所述第一端口均與所述第二端口相連，所述第一繼電器、所述第二繼電器、所述第三繼電器、所述第四繼電器的所述第一端口均與所述第三端口斷開，為釋放靜電狀態。

優選的，所述第一繼電器、所述第二繼電器、所述第三繼電器、所述第四繼電器的所述第一端口均與所述第二端口斷開，所述第一繼電器、所述第二繼電器、所述第三繼電器、所述第四繼電器的所述第一端口均與所述第三端口相連，為給所述下電極板施加正電，給所述上電極板施加負電的狀態。

優選的，所述第一繼電器、所述第二繼電器的所述第一端口均與所述第二端口斷開，所述第一繼電器、所述第二繼電器的所述第一端口均與所述第三端口相連；所述第三繼電器、所述第四繼電器的所述第一端口均與所述第二端口相連，所述第三繼電器、所述第四繼電器的所述第一端口均與所述第三端口斷開；為給所述下電極板施加負電，給所述上電極板施加正電的狀態。

優選的，所述繼電器為真空陶瓷繼電器，耐壓2000V。

優選的，所述直流電源的電壓在-2000V～+2000V可調，電流可耐1A；所述直流電源內部的地與正極、負極均不相連；所述直流電源帶有0～5V的控制端口。

優選的，所述電容的電容量為1μF～1mF。

優選的，所述電感的電感量為0.1～10000μH。

優選的，所述電阻的阻值為50～10000Ω，耐功率2W。

本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：

在本申請實施例中，通過直流電源提供電源，繼電器、電感、電容、電阻的電路控制，在原子層沉積設備中實現電場極性和大小的快速任意切換。

進一步的，在本申請實施例中，在原子層沉積系統腔室內，根據前驅體的極性和帶電特性通過軟件任意設置電場的方向、大小和加電的時間，增加了常規原子層沉積系統的控制參數，有利于提高原子層沉積吸附反應的飽和度、優化薄膜的結晶和摻雜特性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種變電場原子層沉積系統的控制方法中釋放靜電狀態的電路連接示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種變電場原子層沉積系統的控制方法中下極板帶正電上極板帶負電狀態的電路連接示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種變電場原子層沉積系統的控制方法中下極板帶負電上極板帶正電狀態的電路連接示意圖。

其中，1-控制箱、2-上電極板、3-下電極板、4-直流電源、5-繼電器、6-電容、7-電感、8-電阻。

具體實施方式

本申請實施例通過提供一種變電場原子層沉積系統的控制方法，解決了現有技術中對原子層沉積進行電場的快速自動化調節研究匱乏的問題。

本申請實施例的技術方案為解決上述技術問題，總體思路如下：

一種變電場原子層沉積系統的控制方法，所述控制方法包括上電極板、下電極板、直流電源和控制箱。所述上電極板和所述下電極板用于產生電場。所述直流電源用于在所述上電極板和所述下電極板之間施加電場。所述控制箱內有四個繼電器、兩個電容、兩個電感與一個電阻；所述電感與所述電容用于濾波，所述電阻用于釋放所述上電極板和所述下電極板之間的靜電，所述繼電器用于實現所述上電極板和所述下電極板之間的電極切換。

本發明是在原子層沉積系統腔室內產生極性可任意設置的電場，在原子層沉積前驅體進氣的過程中，可根據前驅體的極性和帶電特性通過軟件任意設置電場的方向、大小和加電的時間，增加常規原子層沉積系統的控制參數，調制沉積薄膜的物理化學特性。

為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。

如圖1所示，本實施例提供了一種變電場原子層沉積系統的控制方法，包括控制箱1、上電極板2、下電極板3和直流電源4。

所述上電極板2和所述下電極板3用于產生電場；所述直流電源4用于在所述上電極板2和所述下電極板3之間施加電場。

所述控制箱1內有四個繼電器5(第一繼電器K1、第二繼電器K2、第三繼電器K3和第四三繼電器K4)、兩個電容6(第一電容C1、第二電容C2)、兩個電感7(第一電感L1、第二電感L2)、一個電阻8(第一電阻R)。所述電容6與所述電感7用于濾波，所述電阻8用于釋放所述上電極板2和所述下電極板3之間的靜電。

所述繼電器5的a端口和b端口為常閉狀態，a端口和c端口為斷開狀態，通過軟件控制a端口與b端口或c端口相連，便可以實現所述上電極板2和所述下電極板3之間的電極切換。

各控制元器件的連接方式為：

所述第三繼電器K3和所述第四繼電器K4的b端口串聯所述電感7分別連接到所述上電極板2和所述下電極板3，同時所述第三繼電器K3和所述第四繼電器K4的b端口并聯所述電容6；所述第三繼電器K3和所述第四繼電器K4的a端口分別連接所述第一繼電器K1和所述第二繼電器K2的a端口，所述第一繼電器K1和所述第二繼電器K2的b端口通過所述電阻8連接，釋放所述上電極板2和所述下電極板3之間的靜電，所述第一繼電器K1和所述第二繼電器K2的c端口分別連接所述直流電源4的正負極。

當設備不需要施加電壓時，各控制元器件的連接方式為如圖1所示的釋放靜電狀態，即所述繼電器5中的四個繼電器(第一繼電器K1、第二繼電器K2、第三繼電器K3和第四三繼電器K4)全部為a端口和b端口相連。

當需要給下電極板施加正電、上電極板施加負電時，通過軟件控制所述繼電器5中四個繼電器(第一繼電器K1、第二繼電器K2、第三繼電器K3和第四三繼電器K4)全部為a端口和b端口斷開，a端口和c端口相連，各控制元器件的具體連接方式為如圖2所示。

當需要給下電極板施加負電、上電極板施加正電時，通過軟件控制繼電器5中第一繼電器K1和第二繼電器K2為a端口和b端口斷開，a端口和c端口相連；第三繼電器K3和第四三繼電器K4為a端口和b端口相連，a端口和c端口斷開，各控制元器件的具體連接方式為如圖3所示。

本實施例中所述直流電源4的電壓在-2000V～+2000V可調，電流可耐1A，所述直流電源4滿足其內部的地與正、負極均不相連；所述直流電源4可做正電源、也可以做負電源，保證絕緣耐壓；所述直流電源4帶有0～5V的控制端口，便于實時調節在襯底表面所施加的電壓的極性和大小。

所述繼電器5共三個端口a、b和c，其中兩個是常閉端口a和b，另一個端口c與a可以通過軟件控制開關。所述繼電器為真空陶瓷繼電器，耐壓2000V。

所述電阻8連接在所述第一繼電器K1和所述第二繼電器K2的常閉端a和b，用于釋放正負電極板之間的靜電。所述電阻8的阻值為50～10000Ω，耐功率2W。

所述電感7并聯在所述上電極板2、所述下電極板3之間并接地。所述電感7的電感量為0.1～10000μH。

所述電容6分別連接在所述上電極板2、所述下電極板3與所述第三繼電器K3、所述第四繼電器K4的常閉端之間。所述電容6的電容量為1μF～1mF。

本發明實施例提供的一種變電場原子層沉積系統的控制方法至少包括如下技術效果：

1、在本申請實施例中，通過直流電源提供電源，繼電器、電感、電容、電阻的電路控制，在原子層沉積設備中實現電場極性和大小的快速任意切換。

2、在本申請實施例中，在原子層沉積系統腔室內，根據前驅體的極性和帶電特性通過軟件任意設置電場的方向、大小和加電的時間，增加了常規原子層沉積系統的控制參數，有利于提高原子層沉積吸附反應的飽和度、優化薄膜的結晶和摻雜特性。

最后所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。