RU2841864C1

RU2841864C1 - Device for forming thin-film coatings of nano-sized thickness by ion deposition

Info

Publication number: RU2841864C1
Application number: RU2024124955A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Савченко; Олег Викторович Евдулов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр инновационного развития"
Filing date: 2024-08-27
Publication date: 2025-06-17

Abstract

FIELD: nanotechnologies.

SUBSTANCE: invention relates to the field of nanotechnologies and is intended for formation of thin-film coatings of nanosize thickness by method of ion layering. Device consists of holder with substrates fixed on it for application of thin-film coating, which moves in circle by means of electric motor and provides their submersion into containers with solutions of chemical reagents and cleaning solution. Immersion of substrates in container with chemical reagents and cleaning solution is alternated. During synthesis of thin-film coating with thickness of more than one nanolayer multiple repetition of this operation is used. To move the holder with substrates in the vertical plane from one container for chemical reagents or a cleaning solution to another, a guide is used, which has a rise in the container separation zone, as a result, the substrate holder, moving by the electric motor along the guide, is displaced in the vertical plane, is removed from one container and then, after passing through the separation zone, enters the guide descent zone, and then, moving along it, enters the next container with the chemical reagent or cleaning agent solution. Processing time in every container with chemical agent and cleaning solution is set by motor rotation speed. Wherein motor is equipped with control unit to displace holder with substrates in containers with solutions of chemical reagents and cleaning solution in elliptical trajectory. Duration of the substrate being on the holder in each container with the chemical reagent and cleaning solution corresponds to the duration of the process of ion deposition of said chemical component in the corresponding reagent and complete cleaning of the surface of the substrate when it is in the container with the cleaning solution in accordance with the process of producing a specific thin-film coating. Ultrasonic mechanical transducer is placed in each container with the chemical reagent. Mechanical mixer is arranged in every container with cleaning solution.

EFFECT: reduced overall dimensions of device due to reduced volumes of containers with chemical reagents and cleaning solution, reduced time for application of thin-film coating due to increased intensity of mass exchange of substrate with chemical reagents and cleaning solution.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нанотехнологий и предназначено для формирования тонкопленочных покрытий наноразмерной толщины методом ионного наслаивания.The invention relates to the field of nanotechnology and is intended for the formation of thin-film coatings of nanoscale thickness using the ion layering method.

Прототипом изобретения является прибор, описанный в [1, стр. 36-37].The prototype of the invention is the device described in [1, pp. 36-37].

Устройство состоит из держателя с закрепленными на нем подложками для нанесения тонкопленочного покрытия, перемещающегося по кругу с помощью электродвигателя и обеспечивающего их погружение в емкости с растворами из химических реагентов и очищающего раствора. Погружение подложек в емкости с химическими реагентами и очищающий раствор чередуется. При синтезе тонкопленочного покрытия толщиной более одного нанослоя используется многократное повторение данной операции. Для перемещения держателя с подложками в вертикальной плоскости из одной емкости для химических реагентов или очищающего раствора в другую, используется направляющая, имеющая в зоне разделения емкостей подъем, за счет чего держатель подложек, перемещаясь электродвигателем по направляющей, смещается в вертикальной плоскости, извлекается из одной емкости и далее, после прохождения зоны разделения, попадает в зону спуска направляющей и, далее, двигаясь по ней, попадают в следующую емкость с химическим реагентом или очищающим раствором. Время обработки в каждой из емкостей с химическим реагентом и очищающим раствором задается скоростью вращения электродвигателя.The device consists of a holder with substrates fixed thereon for applying a thin-film coating, moving in a circle with the help of an electric motor and ensuring their immersion in containers with solutions of chemical reagents and a cleaning solution. The immersion of the substrates in containers with chemical reagents and a cleaning solution alternates. When synthesizing a thin-film coating with a thickness of more than one nanolayer, this operation is repeated multiple times. To move the holder with substrates in a vertical plane from one container for chemical reagents or a cleaning solution to another, a guide is used, which has a rise in the zone of separation of containers, due to which the substrate holder, moving with an electric motor along the guide, shifts in a vertical plane, is removed from one container and then, after passing the separation zone, gets into the zone of descent of the guide and, then, moving along it, gets into the next container with a chemical reagent or cleaning solution. The processing time in each of the containers with a chemical reagent and a cleaning solution is set by the rotation speed of the electric motor.

Недостатком устройства являются относительно большие габаритные размеры емкостей с растворами химических реагентов и очищающим раствором, необходимые для нанесения нанослоя при заданной скорости вращения электродвигателя, а также низкая интенсивность массообмена подложек с растворами химических реагентов и очищающим раствором, что увеличивает время синтеза тонкопленочного покрытия.The disadvantage of the device is the relatively large dimensions of the containers with solutions of chemical reagents and a cleaning solution, necessary for applying a nanolayer at a given rotation speed of the electric motor, as well as the low intensity of mass exchange of substrates with solutions of chemical reagents and a cleaning solution, which increases the time of synthesis of a thin-film coating.

Техническим результатом изобретения является снижение габаритных размеров устройства за счет уменьшения объемов емкостей с химическими реагентами и очищающим раствором, уменьшение времени нанесения тонкопленочного покрытия за счет повышения интенсивности массобмена подложек с химическими реагентами и очищающим раствором.The technical result of the invention is a reduction in the overall dimensions of the device due to a reduction in the volume of containers with chemical reagents and a cleaning solution, a reduction in the time for applying a thin-film coating due to an increase in the intensity of mass exchange of substrates with chemical reagents and a cleaning solution.

Технический результат достигается тем, что электродвигатель снабжен блоком управления, обеспечивающим перемещение держателя с подложками в емкостях с растворами из химических реагентов и очищающим раствором по элиптической траектории. Продолжительность нахождения подложки в каждой емкости с химическим реагентом и очищающим раствором соответствует продолжительности процесса ионного наслаивания данного химического компонента в соответствующем реагенте и полного очищения поверхности подложки при ее нахождении в емкости с очищающим раствором в соответствие с технологическим процессом получения конкретного тонкопленочного покрытия. При этом в каждой емкости с химическим реагентом размещен ультразвуковой механический преобразователь, в каждой емкости с очищающим раствором - механический перемешиватель.The technical result is achieved by the fact that the electric motor is equipped with a control unit that ensures the movement of the holder with substrates in containers with solutions of chemical reagents and a cleaning solution along an elliptical trajectory. The duration of the substrate's stay in each container with a chemical reagent and a cleaning solution corresponds to the duration of the process of ionic layering of a given chemical component in the corresponding reagent and complete cleaning of the substrate surface when it is in a container with a cleaning solution in accordance with the technological process of obtaining a specific thin-film coating. In this case, an ultrasonic mechanical transducer is placed in each container with a chemical reagent, and a mechanical stirrer is placed in each container with a cleaning solution.

Конструкция устройства изображена на фиг. 1. Устройство состоит из держателя 1 с закрепленными на нем подложками 2 для нанесения тонкопленочного покрытия, перемещающегося по кругу с помощью электродвигателя 3 и обеспечивающего их погружение в емкости с растворами из химических реагентов 4 и очищающим раствором 5. Погружение подложек 2 в емкости с химическими реагентами 4 и очищающим раствором 5 чередуется. При синтезе тонкопленочного покрытия толщиной более одного нанослоя используется многократное повторение данной операции. Для перемещения держателя 1 с подложками 2 в вертикальной плоскости из одной емкости для химических реагентов 4 или очищающим раствором 5 в другую, используется направляющая 6, имеющая в зоне разделения емкостей подъем, за счет чего держатель подложек 2, перемещаясь электродвигателем 3 по направляющей 6, смещается в вертикальной плоскости, извлекается из одной емкости и далее, после прохождения зоны разделения, попадает в зону спуска направляющей и, далее, двигаясь по ней, попадают в следующую емкость с химическим реагентом 4 или очищающим раствором 5. Время обработки в каждой из емкостей с химическим реагентом 4 и очищающим раствором 5 задается скоростью вращения электродвигателя 3. При этом электродвигатель 3 снабжен блоком управления 7, обеспечивающим перемещение держателя с подложками в емкостях с растворами из химических реагентов 4 и очищающим раствором 5 по элиптической траектории. При этом продолжительность нахождения подложки 2 на держателе 1 в каждой емкости с химическим реагентом 4 и очищающим раствором 5 соответствует продолжительности процесса ионного наслаивания данного химического компонента в соответствующем реагенте и полного очищения поверхности подложки 1 при ее нахождении в емкости с очищающим раствором 5 в соответствие с технологическим процессом получения конкретного тонкопленочного покрытия. В каждой емкости с химическим реагентом 4 размещен ультразвуковой механический преобразователь 8. В каждой емкости с очищающим раствором 5 размещен механический перемешиватель 9.The design of the device is shown in Fig. 1. The device consists of a holder 1 with substrates 2 fixed to it for applying a thin-film coating, moving in a circle with the help of an electric motor 3 and ensuring their immersion in containers with solutions of chemical reagents 4 and a cleaning solution 5. The immersion of substrates 2 in containers with chemical reagents 4 and a cleaning solution 5 alternates. When synthesizing a thin-film coating with a thickness of more than one nanolayer, multiple repetitions of this operation are used. In order to move the holder 1 with the substrates 2 in the vertical plane from one container for chemical reagents 4 or cleaning solution 5 to another, a guide 6 is used, which has a rise in the zone of separation of the containers, due to which the holder of substrates 2, moving by the electric motor 3 along the guide 6, shifts in the vertical plane, is removed from one container and then, after passing the separation zone, enters the zone of descent of the guide and, then, moving along it, enters the next container with the chemical reagent 4 or cleaning solution 5. The processing time in each of the containers with the chemical reagent 4 and cleaning solution 5 is set by the rotation speed of the electric motor 3. In this case, the electric motor 3 is equipped with a control unit 7, ensuring the movement of the holder with the substrates in the containers with solutions of chemical reagents 4 and cleaning solution 5 along an elliptical trajectory. In this case, the duration of the substrate 2 being on the holder 1 in each container with the chemical reagent 4 and the cleaning solution 5 corresponds to the duration of the process of ionic layering of the given chemical component in the corresponding reagent and the complete cleaning of the surface of the substrate 1 when it is in the container with the cleaning solution 5 in accordance with the technological process of obtaining a specific thin-film coating. In each container with the chemical reagent 4, an ultrasonic mechanical transducer 8 is placed. In each container with the cleaning solution 5, a mechanical stirrer 9 is placed.

Устройство работает следующим образом. При синтезе тонкопленочного покрытия закрепленные в держателе 1 подложки 2 в ходе движения, осуществляемого с помощью электродвигателя 3, последовательно погружаются в емкости с химическими реагентами 4 и очищающий раствор 5. При синтезе тонкопленочного покрытия толщиной более одного нанослоя используется многократное повторение данной операции. Для перемещения держателя 1 с подложками 2 в вертикальной плоскости из одной емкости для химических реагентов 4 или очищающего раствора 5 в другую, используется направляющая 6, обеспечивающая перемещение их между емкостями с химическими реагентами 4 и очищающим раствором 5. При этом электродвигатель 3, снабженный блоком управления 7, обеспечивает перемещение держателя с подложками в емкостях с растворами из химических реагентов 4 и очищающим раствором 5 по элиптической траектории. Продолжительность нахождения подложки 2 на держателе 1 в каждой емкости с химическим реагентом 4 и очищающим раствором 5 соответствует продолжительности процесса ионного наслаивания данного химического компонента в соответствующем реагенте и полного очищения поверхности подложки 1 при ее нахождении в емкости с очищающим раствором 5 в соответствие с технологическим процессом получения конкретного тонкопленочного покрытия. Ультразвуковой механический преобразователь 8 и механический перемешиватель 9 интенсифицируют массообмен между подложками 2 и химическим реагентом 4, очищающим раствором 5.The device operates as follows. During the synthesis of a thin-film coating, the substrates 2 fixed in the holder 1 are successively immersed in the containers with chemical reagents 4 and the cleaning solution 5 during the movement performed by the electric motor 3. During the synthesis of a thin-film coating with a thickness of more than one nanolayer, multiple repetitions of this operation are used. To move the holder 1 with the substrates 2 in the vertical plane from one container for chemical reagents 4 or the cleaning solution 5 to another, a guide 6 is used, ensuring their movement between the containers with chemical reagents 4 and the cleaning solution 5. In this case, the electric motor 3, equipped with a control unit 7, ensures the movement of the holder with the substrates in the containers with solutions of chemical reagents 4 and the cleaning solution 5 along an elliptical trajectory. The duration of the substrate 2 being on the holder 1 in each container with the chemical reagent 4 and the cleaning solution 5 corresponds to the duration of the process of ionic layering of the given chemical component in the corresponding reagent and the complete cleaning of the surface of the substrate 1 when it is in the container with the cleaning solution 5 in accordance with the technological process of obtaining a specific thin-film coating. The ultrasonic mechanical transducer 8 and the mechanical mixer 9 intensify the mass exchange between the substrates 2 and the chemical reagent 4, the cleaning solution 5.

ЛитератураLiterature

1. Толстой В.П. Основы нанотехнологии ионного наслаивания. СПб.: СПбГУ. - 2020. - с. 142.1. Tolstoy V.P. Fundamentals of ion layering nanotechnology. SPb.: SPbSU. - 2020. - p. 142.

Claims

A device for forming thin-film coatings of nano-sized thickness by the ion layer deposition method, consisting of a holder with substrates fixed thereto for applying a thin-film coating, moving in a circle with the help of an electric motor and ensuring their immersion in containers with solutions of chemical reagents and a cleaning solution, wherein the immersion of the substrates in containers with chemical reagents and a cleaning solution alternates, and when synthesizing a thin-film coating with a thickness of more than one nanolayer, multiple repetitions of this operation are used, wherein a guide is used to move the holder with the substrates in a vertical plane from one container for chemical reagents or a cleaning solution to another, having a rise in the zone of separation of the containers, due to which the substrate holder, moving with the electric motor along the guide, shifts in a vertical plane, is removed from one container and then, after passing the separation zone, enters the zone of descent of the guide, and then, moving along it, enters the next container with a chemical reagent or cleaning solution, wherein the processing time in each of containers with a chemical reagent and a cleaning solution are set by the rotation speed of an electric motor, characterized in that the electric motor is equipped with a control unit that ensures the movement of the holder with substrates in containers with solutions of chemical reagents and a cleaning solution along an elliptical trajectory, wherein the duration of the substrate's stay in each container with a chemical reagent and a cleaning solution corresponds to the duration of the process of ionic layering of a given chemical component in the corresponding reagent and complete cleaning of the surface of the substrate when it is in a container with a cleaning solution in accordance with the technological process for obtaining a specific thin-film coating, and in each container with a chemical reagent there is an ultrasonic mechanical transducer, in each container with a cleaning solution - a mechanical stirrer.