【原创】【报告】基于原子层沉积粉体包覆技术的高通量生产设备与工艺的产业化


来源:中国粉体网   平安

[导读]  基于原子层沉积粉体包覆技术的高通量生产设备与工艺的产业化

中国粉体网讯  原子层沉积(Atomic Layer deposition,ALD)技术最初称为原子层外延(Atomic Layer Epitaxy,ALE),也称为原子层化学气相沉积(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition,ALCVD),是化学气相沉积法(CVD)的一种。ALD最初是由芬兰科学家提出并用于多晶荧光材料ZnS、Mn以及非晶Al2O3绝缘膜的研制,这些材料用于平板显示器。

由于这一工艺涉及复杂的表面化学过程和低的沉积速度,直至上世纪80年代中后期都没有取得实质性的突破。到了20世纪90年代中期,主要由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的精细度不断增加,原子沉积的优势才得到体现。自2001年国际半导体工业协会(ITRS)将ALD与金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)并列作为与微电子工艺兼容的候选技术以来,其发展势头强劲,得到更多科研工作者的关注。

原子层沉积技术的原理大致是使用气相的反应物,通过控制气路系统,交替通入气相反应物(即前驱体)到反应室中,在基底表面发生化学反应,由反应进行的周期数控制沉积层数,一层一层的沉积。利用反应物表面反应的自饱和性和不可逆性,使得每次只在表面吸附上一层前驱体,从而实现原子层尺度可控的薄膜沉积。

ALD作为一种新型的化学气相包覆手段,能够实现对被包覆材料不规则表面的完全赋型包覆,且包覆层厚度的控制精度可以达到0.1nm,相比传统的固相和液相包覆工艺,ALD在包覆均匀性和包覆修饰层厚度精准调控方面具备数量级上的优势。它具有如下特点:

(1)通过控制循环次数精确控制包覆厚度,可以得到0.1 nm级超薄的包覆层。

(2)包覆层非常均匀致密,孔隙率非常低。

(3)生长温度较 CVD 低,部分包覆层材料可以室温下进行生长。

(4)具有丰富的包覆材料选择性。

而且,与其它沉积手段相比,ALD具有精确的膜厚、形状和成分控制;无需控制反应物通量;极佳的薄膜同质性,均匀性,致密性,完整性;极佳的大面积沉积;高的可重复性及简单的扩产工艺;低的薄膜生长温度。

由于具备以上优势特点,ALD粉体包覆技术可被广泛应用于:锂电池正负极材料包覆、催化剂寿命延长、金属粉体表面包覆改性、医药精准缓释等领域。2021年9月4号上午十点,中国粉体网旗下粉体公开课平台特邀柔电(武汉)科技有限公司CEO解明教授,在线做题为《基于原子层沉积粉体包覆技术的高通量生产设备与工艺的产业化》报告。届时,他将为我们详细介绍原子层沉积粉体包覆技术的原理、特点及应用领域,并重点讲解产业化的生产设备与工艺。



专家简介:

解明:柔电(武汉)科技有限公司CEO、国务院重点华侨华人创业团队带头人。毕业于美国密歇根理工大学,先后在美国能源部阿贡国家实验室,科罗拉多大学以及新能源国家实验室从事锂电池方面的研究。主要从事精准纳米包覆与掺杂技术(PNCD)和柔性锂电池的开发与产业化。先后在国际知名杂志上发表论文30篇,并应邀为《科学》杂志、《应用物理快报》等多种国际性权威刊物和英国皇家化学学会审稿。有12项成果获国家、省市或行业创新创业大赛奖项,有9项成果获政府科技立项和资助,拥有中国和美国授权专利24项,超过70项专利被国家知识产权局受理。解明教授在粉体ALD表面包覆改性的产业化研究中具有丰富的经验,其开发的基于流化床技术的10公斤级粉体ALD表面包覆改性设备,该设备的单次可加工粉体量在目前国内ALD设备中最高,处于国内领先水平。

参考来源:

苗虎等.原子层沉积技术发展概况[J].真空,2018

(中国粉体网编辑整理/平安)

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作者:平安

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