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MCRI FH系列原子层沉积系统


技术简介

系统介绍

业务范围

联系方式

设备案例

实例介绍

1、原子层沉积技术简介


原子层沉积(ALD)是一种前沿的纳米结构制造与表面工程技术。该技术通过交替发生的表面饱和化学反应实现原子级精度的可控薄膜生长,具有沉积温度低、保形性好、原子级厚度控制能力、工艺可靠性和重复性好等特点。目前已被开发的ALD过程可用于合成超过150种单质和化合物,包括金属氧化物、氮化物、硫化物、磷化物、碳化物,部分金属及非金属单质,以及部分无机-有机混合高分子和有机高分子薄膜。ALD适用于对各种材料表面进行精确修饰改性以及多种纳米结构的可控合成,可广泛用于半导体与集成电路、平板显示、太阳能电池、纳米材料、催化剂、防腐蚀保护层、薄膜分离、清洁与可再生能源、生物与医疗、特种材料表面改性、空间器件表面防辐射等领域。





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2. MCRI FH系列原子沉积系统介绍


主要特色:

MCRI FH系列原子层沉积系统由西安近代化学研究所海外引进人才冯昊研究员团队研制。冯昊研究员长期从事原子层沉积技术基础、设备开发及应用研究,在针对粉体材料的原子层沉积技术领域颇有建树。FH系列原子层沉积设备定位为多功能科研型ALD设备,主要用于各类粉体材料样品的制备,也可兼容常规的平面基底表面ALD薄膜沉积功能,并特别适用于高长径比管件的内壁或外壁表面ALD薄膜沉积。FH系列原子层沉积设备采用模块化设计,性能先进,技术成熟,使用、维护简便,功能可扩展性强(支持升级改造,兼容QCM、MS等在线表征仪器),可以根据用户需求进行非标设备开发。该设备可制备的材料包括氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锌、氧化硅、氧化铁、氧化钴、氧化铜、氧化钒、氧化铈等数十种氧化物,铂、钯、铱、钌等贵金属单质,以及聚酰亚胺、聚脲等聚合物材料。



技术优势:

西安近代化学研究所冯昊研究员团队长期(10年以上)专业从事各类微纳粉体材料(如含能材料、催化剂、电极材料等)以及多种功能器件的ALD表面修饰改性技术研究。近年来,在相关技术领域发表高水平SCI科研论文20余篇,申请专利十数项。团队目前已开发出数套拥有自主知识产权的多功能科研型和应用型ALD装置,其中科研型ALD设备已实现商业化应用,目前已经向国内部分高校和科研院所提供了相关的ALD技术和设备产品;团队的“多功能模块化原子层沉积系统”项目获得2019年中国创新创业大赛技术融合专业赛二等奖。团队具备ALD设备研发、ALD机理剖析、ALD过程开发、ALD样品制备、ALD设备操作、维护,ALD技术培训等科研业务能力,并在ALD纳米材料制备与ALD表面工程领域积累了丰富的经验,是国内为数不多的具备“产—学—研”全创新链条的ALD创新科研团队,团队于2018年入选首批国防科工局科技基础创新团队。


标准技术参数:(以FH-2基础科研型ALD设备为例)

分类

项目

数量

主要参数及说明

前驱体供给系统

挥发性液态前驱体通道

3路

最高可加热温度70℃

难挥发性液态及固态前驱体通道

2路

最高可加热温度270℃

气态前驱体通道

1路

适用于非腐蚀性气体(如氢气、氧气)

加装臭氧发生器

ALD反应器系统

ALD反应器

1套

采用标准真空法兰接口的管式反应器,反应管直径50mm,长度800mm,最高可加热温度400℃;

通常情况下粉体样品处理能力介于每批次0.2~1克量级(主要取决于粉体样品的密度和比表面积);同时可适用于宽度(直径)不大于45毫米,长度不大于700毫米的工件表面薄膜沉积

样品台

4套

用于盛放粉体样品

真空系统

管道、阀门接口


系统可拆装接口采用VCR接头或CF法兰连接;反应器入口采用ISO法兰盖板密封

真空泵

2台

旋片式机械真空泵,抽速6m3/h,极限压力1Pa

控制系统

高精度真空压力表

1台

指示范围0.1Pa-1000Pa或1Pa-10000Pa

低精度真空压力表

1台

 /

流量控制仪及质量流量计

1套

4路流量精确控制,

质量流量计:

0-200 sccm 两台

0-500 sccm 两台

温度控制仪

8路

8路温度控制,控制精度1℃

阀门控制仪

1台

最多可实现18组阀门开关时序控制

计算机及ALD反应程序

1套

预装自主研发的界面友好ALD反应程序,可实现多种薄膜生长模式(常规生长模式、夹层生长模式、合金生长模式、准静态模式,以及用户定义的其它生长模式)

废气处理罐

1套

 /

电加热带(套)及热电偶

20套

玻璃纤维加热带(加热套)及K型热电偶

设备扩展性能



设备整体采用模块化设计,通用接口连接,后期可根据用户需求以较小代价对设备相关部件进行改装,实现某些特殊的功能,例如:在反应系统出口处预留CF法兰,便于加载石英晶体微天平、质谱等原位表征装置

可制备材料种类

可实现90%以上已报道的热ALD反应

 


氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锌、氧化硅、氧化铁、氧化钴、氧化铜、氧化钒、氧化铈等数十种氧化物,铂、钯、铱、钌等贵金属单质,以及聚酰亚胺、聚脲等聚合物材料;

设备尺寸



长*宽*高≈1600*750*1400 mm(笔记本版)

其他

便携式测温仪

1台

4路测温通道


设备框架

1套

铝合金型材搭建


易损耗件

若干

VCR接头、卡套接头、垫片等易损耗件



3. 业务范围:

(1)销售FH系列原子层沉积系统;

(2)可根据用户需求,定制非标原子层沉积设备;

(3)承接各类ALD过程开发和ALD样品制备等技术服务;




4. 联系方式:

电话:029-88291570;029-88291389;

电子邮箱:fh2042011@163.com;




5. 部分设备案例介绍

陕西师范大学订购的FH-2ALD设备(笔记本版)

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中科院西安光机所订购的HT-FH-2ALD设备

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上海石油化工研究院订购的FH-2ALD设备(加装在线表征仪器,机柜版)

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FH-2ALD设备参加2019年军民装备技术成果展

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6. 部分应用实例介绍:(采用FH系列ALD设备的科研成果展示)

近几年团队采用FH系列ALD设备发表的部分科研论文:


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.