一种氟化镁薄膜的制备方法及相关设备与流程

1.本技术涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种氟化镁薄膜的制备方法及相关设备。


背景技术：

2.mgf2(氟化镁)是一种无色四方晶体或粉末，金红石型晶格。氟化镁是一种重要的光学材料，尤其是晶体高纯氟化镁，具有众多的优良性能，其应用领域越来越广泛。目前氟化镁薄膜的制备方式有氢氧化镁氟化法、热蒸发法、pld(激光脉冲沉积法)、反应磁控溅射法、化学沉积法等。
3.然而，目前的制备方法只能进行小面积镀膜，在大面积氟化镁薄膜的制备过程中，难以控制膜厚的均匀性。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种氟化镁薄膜的制备方法及相关设备，能够提高在制备大面积氟化镁薄膜过程中的膜厚均匀性。
5.本技术实施例的第一方面，提供一种氟化镁薄膜的制备方法，包括：
6.将衬底传送至原子层沉积反应腔室；
7.在所述原子层沉积反应腔室达到制备条件的情况下，向所述原子层沉积反应腔室通入镁源后对所述原子层沉积反应腔室进行气体吹扫；
8.向所述原子层反应腔室通入氟源后对所述原子层沉积反应腔室进行气体吹扫。
9.在一些实施方式中，所述氟化镁薄膜的制备方法，还包括：
10.在完成设定次数的向所述原子层沉积反应腔室通入所述氟源并完成所述气体吹扫后，控制所述原子层沉积反应腔室冷却至室温，以得到氟化镁薄膜。
11.在一些实施方式中，所述镁源的单次通入时间范围为0.001-5s，所述氟源的单次通入时间范围为0.001-10s，单次所述气体吹扫的时间范围为1-180s。
12.在一些实施方式中，所述原子层沉积反应腔室的所述制备条件包括所述衬底在所述原子层沉积反应腔室内被加热至25-500℃、所述原子层沉积反应腔室所连接的管路被加热至25-200℃、所述原子层沉积反应腔室的温度范围为25-200℃、所述镁源和所述氟源的温度范围为25-200℃。
13.在一些实施方式中，所述衬底包括硅、蓝宝石或玻璃；
14.所述镁源包括新癸酸镁、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸镁、三氟乙酰丙酮化镁、六氟乙酰丙酮镁、乙酰丙酮镁、二茂镁和双乙基环戊二烯基镁中的至少一种；
15.所述氟源包括氟单质和氟化氢中的至少一种。
16.在一些实施方式中，在所述衬底为蓝宝石、所述镁源为双乙基环戊二烯基镁以及所述氟源为氟化氢的情况下，所述原子层沉积反应腔室的所述制备条件为：
17.所述衬底被加热至100℃，所述原子层沉积反应腔室的温度为100℃，所述原子层沉积反应腔室所连接的管路被加热至100℃，所述镁源的温度范围为60-100℃，所述氟源的
温度为25℃。
18.在一些实施方式中，在所述镁源为双乙基环戊二烯基镁以及所述氟源为氟化氢的情况下，所述镁源的通入时间范围为0.5-1.2s，所述氟源的通入时间范围为2-8s，所述气体吹扫的时间范围为20-60s。
19.在一些实施方式中，所述气体吹扫所使用的气体包括惰性气体和氮气中的至少一种。
20.本技术实施例的第二方面，提供一种电子设备，包括：
21.存储器，所述存储器中存储有计算机程序；
22.处理器，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的氟化镁薄膜的制备方法。
23.本技术实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的氟化镁薄膜的制备方法。
24.本技术实施例提供的氟化镁薄膜的制备方法及相关设备，采用原子层沉积的方式，制备氟化镁薄膜，是一种自我限制的表面生长方式，可以实现薄膜厚度在单原子层量级的精确可控和在三维纳米结构上均匀保形的薄膜覆盖。采用原子层沉积技术沉积氟化镁薄膜，既能够与现有的光学器件生产线兼容，又能够适合大规模生产并实现大曲率光学器件的生产，能够提高在制备大面积氟化镁薄膜过程中的膜厚均匀性。
附图说明
25.图1为本技术实施例提供的一种氟化镁薄膜的制备方法的示意性流程图；
26.图2为本技术实施例提供的一种氟化镁薄膜的制备方法制备得到的氟化镁薄膜的结构示意图；
27.图3为本技术实施例提供的一种电子设备的示意性结构框图；
28.图4为本技术实施例提供的一种计算机可读存储介质的示意性结构框图。
具体实施方式
29.为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
30.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“两个以上”包括两个或大于两个的情况。
31.氟化镁是一种无色四方晶体或粉末，金红石型晶格。氟化镁是一种重要的光学材料，尤其是晶体高纯氟化镁，具有众多的优良性能，其应用领域越来越广泛。目前氟化镁薄膜的制备方式有氢氧化镁氟化法、热蒸发法、pld(激光脉冲沉积法)、反应磁控溅射法、化学沉积法等。然而，目前的制备方法只能进行小面积镀膜，在大面积氟化镁薄膜的制备过程中，难以控制膜厚的均匀性。
32.有鉴于此，本技术实施例提供一种氟化镁薄膜的制备方法及相关设备，能够提高在制备大面积氟化镁薄膜过程中的膜厚均匀性。
33.本技术实施例的第一方面，提供一种氟化镁薄膜的制备方法，图1为本技术实施例提供的一种氟化镁薄膜的制备方法的示意性流程图。如图1所示，本技术实施例提供的氟化镁薄膜的制备方法，包括：
34.s100：将衬底传送至原子层沉积反应腔室。衬底可以作为氟化镁薄膜的沉积载体，示例性的，可以利用传送机械手臂将准备好的衬底传送至原子层沉积反应腔室，本技术实施例不作具体限定。
35.s200：在原子层沉积反应腔室达到制备条件的情况下，向原子层沉积反应腔室通入镁源后对原子层沉积反应腔室进行气体吹扫。原子层沉积技术在微电子领域可以制备薄膜以及薄膜器件等，镁源可以以气态的形式被通入原子层沉积反应腔室。示例性的，在手套箱中将镁源装入原子层沉积设备的固态源加热源瓶内，设定源瓶加热温度对镁源进行加热，直到每次脉冲的蒸汽压稳定为止，在镁源为双乙基环戊二烯基镁的情况下，双乙基环戊二烯基镁在室温下为固态，饱和蒸气压较低，所以需要将双乙基环戊二烯基镁用原子层沉积设备自带的固态源加热装置将其加热到60-100℃；以保证双乙基环戊二烯基镁有足够的蒸气压脉冲进入载气系统，最后由载气输运至反应腔室。气体吹扫可以加速镁源的均匀化，能够使得镁源均匀分布在原子层沉积反应腔室内，以使镁均匀的沉积在衬底表面，形成均匀的镁薄膜。
36.s300：向原子层反应腔室通入氟源后对原子层沉积反应腔室进行气体吹扫。示例性的，氟源可以以气体的形式通入原子层沉积反应腔室内，气体吹扫可以加速氟源的均匀化，能够使得氟源均匀分布在原子层沉积反应腔室内，以使氟均匀的沉积在衬底表面，形成均匀的氟薄膜。
37.本技术实施例提供的氟化镁薄膜的制备方法，采用原子层沉积的方式，制备氟化镁薄膜，是一种自我限制的表面生长方式，可以实现薄膜厚度在单原子层量级的精确可控和在三维纳米结构上100％均匀保形的薄膜覆盖。采用原子层沉积技术沉积氟化镁薄膜，既能够与现有的光学器件生产线兼容，又能够适合大规模生产并实现大曲率光学器件的生产，能够提高在制备大面积氟化镁薄膜过程中的膜厚均匀性。
38.在一些实施方式中，本技术实施例氟化镁薄膜的制备方法，还包括：
39.在完成设定次数的向原子层沉积反应腔室通入氟源并完成气体吹扫后，控制原子层沉积反应腔室冷却至室温，以得到氟化镁薄膜。在氟化镁薄膜的制备过程中，可以对通入镁源的次数进行计数，以及对通入氟源的次数进行计数，在每次通入氟源并完成气体吹扫后，判断氟源的通入次数是否达到设定次数，若达到设定次数，停止继续通入镁源，将原子层沉积反应腔室的温度降至室温，以得到氟化镁薄膜。若氟源的通入次数未达到设定次数，继续通入镁源，镁源和氟源是交替通入的。在一些实施方式中，还可以对镁源的通入进行计
数，示例性的，图2为本技术实施例提供的一种氟化镁薄膜的制备方法制备得到的氟化镁薄膜的结构示意图。如图2所示，氟化镁薄膜包括4层镁原子层和3层氟原子层，镁原子层分别为第一镁原子层mg1、第二镁原子层mg2、第三镁原子层mg3和第四镁原子层mg4，氟原子层分别为第一氟原子层f1、第二氟原子层f2和第三氟原子层f3，则镁源的通入次数为4。
40.本技术实施例提供的氟化镁薄膜的制备方法，通过镁源和氟源的交替通入，直至达到设定次数的氟源通入，可以停止薄膜的制备，得到膜厚均匀的氟化镁薄膜。
41.在一些实施方式中，镁源的单次通入时间范围为0.001-5s，氟源的单次通入时间范围为0.001-10s，单次气体吹扫的时间范围为1-180s。示例性的，气体吹扫所使用的气体包括惰性气体和氮气中的至少一种。衬底包括硅、蓝宝石或玻璃；镁源包括新癸酸镁、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸镁(双镁)、三氟乙酰丙酮化镁、六氟乙酰丙酮镁(甲基膦镁)、乙酰丙酮镁、二茂镁和双乙基环戊二烯基镁中的至少一种；氟源包括氟单质和氟化氢中的至少一种。
42.在一些实施方式中，原子层沉积反应腔室的制备条件包括衬底在原子层沉积反应腔室内被加热至25-500℃、原子层沉积反应腔室所连接的管路被加热至25-200℃、原子层沉积反应腔室的温度范围为25-200℃、镁源和氟源的温度范围为25-200℃。原子层沉积反应腔室所连接的管路可以是用于通入镁源和通入氟源的管路，本技术实施例不作具体限定。
43.在一些实施方式中，在衬底为蓝宝石、镁源为双乙基环戊二烯基镁以及氟源为氟化氢的情况下，原子层沉积反应腔室的制备条件为：衬底被加热至100℃，原子层沉积反应腔室的温度为100℃，原子层沉积反应腔室所连接的管路被加热至100℃，镁源的温度范围为60-100℃，氟源的温度为25℃。
44.示例性的，本技术实施例提供的氟化镁薄膜的制备方法，包括如下步骤：
45.通过控制传送机械手臂向原子层沉积反应腔室中放置硅、蓝宝石或玻璃等衬底，将原子层沉积反应腔室抽真空并开始对衬底、腔室、管路、反应源等进行加热。
46.待腔室、衬底、管路及反应源等加热并稳定在特定温度时，向原子层沉积反应腔室内通入镁源0.001-5s，气体吹扫1-180s，通入氟源0.001-10s，气体吹扫1-180s，以在腔体中进行原子层沉积，循环设定次数后获得氟化镁薄膜。
47.沉积完氟化镁薄膜后，让衬底在真空中自然冷却到室温后取出，需要说明的是室温通常是25℃。
48.得到均匀的氟化镁薄膜置于真空干燥箱中备用。
49.在一些实施方式中，在镁源为双乙基环戊二烯基镁以及氟源为氟化氢的情况下，镁源的通入时间范围为0.5-1.2s，氟源的通入时间范围为2-8s，气体吹扫的时间范围为20-60s。
50.示例性的，通过控制传送机械手臂在原子层沉积反应腔室中放置蓝宝石衬底，将原子层沉积反应腔室抽真空并开始加热。
51.在手套箱中将双乙基环戊二烯基镁装入原子层沉积设备的固态源加热源瓶内，设定源瓶加热温度对镁源进行加热，直到每次脉冲的蒸汽压稳定为止，由于双乙基环戊二烯基镁室温下为固态，饱和蒸气压较低，所以需要将其用原子层沉积设备自带的固态源加热装置将其加热到60-100℃；以保证双乙基环戊二烯基镁有足够的蒸气压脉冲进入载气系
统，最后由载气输运至原子层沉积反应腔室。由于氟化氢室温下是气态，直接由载气输运至原子层沉积反应腔室。
52.待衬底温度达到预设值100-200℃，温度稳定后，执行设定好的原子层沉积程序，具体程序如下：
53.第一脉冲为双乙基环戊二烯基镁脉冲，脉冲时间为0.001-5s；氮气吹扫清洗脉冲时间为20-60s；氟化氢脉冲时间为2-8s；氮气清洗脉冲时间为20-60s。双乙基环戊二烯基镁和氟化氢载气流量为45sccm，其他源管线的氮气的流量均设为30sccm。生长厚度为执行200-800个上述步骤循环，即设定次数为200-800。
54.本技术实施例提供的氟化镁薄膜的制备方法，以原子层沉积技术沉积氟化镁薄膜，方法操作简单，有利于量产和与现有光学器件兼容；原子层沉积方法制备的氟化镁薄膜具有很好的三维保形性，薄膜厚度在单原子层量级的精确可控。对于氟化镁薄膜在光学镜头、光电器件、光学器件以及大曲率器件等领域应用具有重要意义。
55.本技术实施例的第二方面，提供一种电子设备，图3为本技术实施例提供的一种电子设备的示意性结构框图。如图3所示，本技术实施例提供的电子设备，包括：
56.存储器400，存储器400中存储有计算机程序；
57.处理器500，处理器500用于执行计算机程序时实现如第一方面所述的氟化镁薄膜的制备方法。
58.氟化镁薄膜的制备方法，包括：
59.将衬底传送至原子层沉积反应腔室。
60.在原子层沉积反应腔室达到制备条件的情况下，向原子层沉积反应腔室通入镁源后对原子层沉积反应腔室进行气体吹扫。
61.向原子层反应腔室通入氟源后对原子层沉积反应腔室进行气体吹扫。
62.需要说明的是，电子设备可以是一种控制器，控制器可以设置在原子层沉积设备内，可以控制原子层沉积设备的相关部件的运行，能够实现氟化镁薄膜制备的自动化生产，本技术不作具体限定。
63.本技术实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，图4为本技术实施例提供的一种计算机可读存储介质的示意性结构框图。如图4所示，所述计算机可读存储介质600上存储有计算机程序610，所述计算机程序610被处理器执行时实现如第一方面所述的氟化镁薄膜的制备方法。
64.氟化镁薄膜的制备方法，包括：
65.将衬底传送至原子层沉积反应腔室。
66.在原子层沉积反应腔室达到制备条件的情况下，向原子层沉积反应腔室通入镁源后对原子层沉积反应腔室进行气体吹扫。
67.向原子层反应腔室通入氟源后对原子层沉积反应腔室进行气体吹扫。
68.本技术实施例提供的计算机可读存储介质上的计算机程序可以对氟化镁薄膜的制备方法进行编程，编程的内容可以包括每个步骤的执行时间、顺序、执行参数等等，可以实现氟化镁薄膜的制备方法的自动化，本技术实施例不作具体限定。
69.需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
70.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
71.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
72.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
73.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
74.本技术实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机软件指令，当计算机软件指令在处理设备上运行时，使得处理设备执行氟化镁薄膜的制备方法的流程。
75.计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
76.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
77.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或
通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
78.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
79.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
80.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
81.以上，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。
82.尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。
83.显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。