高温原子层沉积系统设计与工艺研究及汽车尾气催化剂的制备方法文献综述
2020-04-14 20:08:06
原子层沉积（ＡＬＤ）是一种纳米薄膜制备工艺技术，通过自限制性的前驱体交替饱和反应来获得厚度可控、均匀一致的巧膜，其可作为电子器件中的隔水隔氧层、晶体管电介质层和太阳能电池的表面钟化层等，故而ＡＬＤ技术广泛应用于微电子、太阳能电池、柔性电子等领域。温度是影响薄膜沉积质量和效率最重要的因素之一，而现有的常规控制方法在面对外界干扰条件下，温度稳定性较差，稳定调整时间较长．温度波动过大，最终直接影响沉积薄膜的微观表面形貌。在 ALD 反应过程中，如果反应温度过低，可能不能为反应提供足够的能量，同时低温下前驱体容易因凝结作用而堆积在基底和管路表面。但是，如果温度过高，超过前驱体的分解温度，前驱体的分解物会引发的寄生的 CVD 反应，高温也会使得沉积的薄膜脱离基底的吸附。因此，温度窗口对基底上薄膜沉积的影响至关重要。为稳定 ALD 系统的温度，ALD 反应过程中需对设备进行加热并对系统温度进行控制。
由于 ALD 沉积薄膜具有巨大的实用和商业价值，国内也有较多关于 ALD 工艺的研究，但目前国内的 ALD 设备主要来源于购买国外的产品，而国内在设备自主开发方面有所欠缺。本次毕业设计所进行的研究是基于自主开发的高温原子层沉积系统，针对腔体的温度分布进行了相关的研究。
汽车尾气是汽车使用时产生的废气，含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。所以针对于汽车尾气处理，就拥有了汽车三元催化器，三元催化器里的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属和稀土涂层。
通过此次毕业设计，我们提出了一种保护三元催化剂贵金属的方法，通过原子层沉积技术来提高贵金属的寿命和催化效能等其他性能，从而达到一种低成本，高效率的效果。
{title}2. 研究的基本内容与方案
{title}设计并搭建高温原子层沉积装备，包括真空腔体、气路通道、测量模块、相关电路等内容；采用单片机或PLC控制方式，实现整套装备的自动控制；通过LABVIEW编写上位机程序，实现上位机到下位机的通讯，实现上位机对下位机的程序化控制，以及下位机到上位机的实时数据传送。通过实验验证该设备能正常工作，优化实验工艺，并实现汽车尾气催化剂的制备与性能分析，拟运用烘箱变成加热腔体，将整个真空气路通道及ald源瓶放置在烘箱内进行均匀加热，以管式炉为真空腔体来进行原子层沉积实验，利用真空流量计等测量设备来进行测量。
3. 参考文献| [1]Au/LaCo1-xCexO3催化剂的制备及其对CO催化氧化性能的研究[J]. 孟根图雅,杨金牌,贾美林.工业催化 . 2015(03) [2]原子层沉积系统设计及其温度的模型预测控制研究[D]. 何文杰.华中科技大学 . 2016 [3]原子层沉积系统温度特性的研究[D]. 褚波.华中科技大学 . 2015 [4]基于原子层沉积的微纳米颗粒表面改性方法研究及其应用[D]. 段晨龙.华中科技大学 . 2017 [5]氧化铝薄膜原子层沉积制备及其介电性能研究[D]. 李艳影.哈尔滨工业大学 . 2017 [6]基于流体动力学的原子层沉积工艺优化与实验验证[D]. 邓章.华中科技大学 . 2016 [7]原子层沉积技术的发展现状及应用前景[J]. 魏呵呵,何刚,邓彬,李文东,李太申. 真空科学与技术学报. 2014(04) [8]原子层沉积技术发展概况[J]. 苗虎,李刘合,旷小聪.真空 . 2018(04) [9]原子层沉积技术发展概况[J]. 赵曼曼,陈强.北京印刷学院学报 . 2016(06) [10]柔性基体表面原子层沉积Al2O3薄膜研究进展[J]. 魏海英,郭红革,周美丽,陈强.真空 . 2017(06) [11]原子层沉积技术制备金属纳米材料的生长特性研究[D]. 朱琳.南京大学 . 2016 [12] Rong Chen*, Kai Qu, Jiawei Li, Penghui Zhu,Chenglong Duan, Jing Zhang, Xiwen Li, Xiao Liu*, Zhijian Yang “UltrathinZirconia Passivation and Stabilization of Aluminum Nanoparticles forEnergetic Nanomaterials via Atomic Layer Deposition” ACS Appl. Nano Mater.2018, 1, 5500. [13] Non-Pt Nanostructured Catalysts for Oxygen Reduction Reaction:Synthesis, Catalytic Activity and its Key Factors： Zhonghong Xia、 Li An、 Peikai Chen、 Dingguo Xia、Advanced EnergyMaterials 6(17):1600458 · July 2016 [14] MikeMattson，CNC Programming principles and applications．Mechanical industry press [15] Chen-LongDuan, Xiao Liu, Bin Shan, Rong Chen* “Fluidized bed coupled rotary reactorfor nanoparticles coating via atomic layer deposition” Rev. Sci. Instrum.,2015, 86, 075101. |
原子层沉积（ＡＬＤ）是一种纳米薄膜制备工艺技术，通过自限制性的前驱体交替饱和反应来获得厚度可控、均匀一致的巧膜，其可作为电子器件中的隔水隔氧层、晶体管电介质层和太阳能电池的表面钟化层等，故而ＡＬＤ技术广泛应用于微电子、太阳能电池、柔性电子等领域。温度是影响薄膜沉积质量和效率最重要的因素之一，而现有的常规控制方法在面对外界干扰条件下，温度稳定性较差，稳定调整时间较长．温度波动过大，最终直接影响沉积薄膜的微观表面形貌。在 ALD 反应过程中，如果反应温度过低，可能不能为反应提供足够的能量，同时低温下前驱体容易因凝结作用而堆积在基底和管路表面。但是，如果温度过高，超过前驱体的分解温度，前驱体的分解物会引发的寄生的 CVD 反应，高温也会使得沉积的薄膜脱离基底的吸附。因此，温度窗口对基底上薄膜沉积的影响至关重要。为稳定 ALD 系统的温度，ALD 反应过程中需对设备进行加热并对系统温度进行控制。
由于 ALD 沉积薄膜具有巨大的实用和商业价值，国内也有较多关于 ALD 工艺的研究，但目前国内的 ALD 设备主要来源于购买国外的产品，而国内在设备自主开发方面有所欠缺。本次毕业设计所进行的研究是基于自主开发的高温原子层沉积系统，针对腔体的温度分布进行了相关的研究。
汽车尾气是汽车使用时产生的废气，含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。所以针对于汽车尾气处理，就拥有了汽车三元催化器，三元催化器里的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属和稀土涂层。
通过此次毕业设计，我们提出了一种保护三元催化剂贵金属的方法，通过原子层沉积技术来提高贵金属的寿命和催化效能等其他性能，从而达到一种低成本，高效率的效果。
{title}2. 研究的基本内容与方案
{title}设计并搭建高温原子层沉积装备，包括真空腔体、气路通道、测量模块、相关电路等内容；采用单片机或PLC控制方式，实现整套装备的自动控制；通过LABVIEW编写上位机程序，实现上位机到下位机的通讯，实现上位机对下位机的程序化控制，以及下位机到上位机的实时数据传送。通过实验验证该设备能正常工作，优化实验工艺，并实现汽车尾气催化剂的制备与性能分析，拟运用烘箱变成加热腔体，将整个真空气路通道及ald源瓶放置在烘箱内进行均匀加热，以管式炉为真空腔体来进行原子层沉积实验，利用真空流量计等测量设备来进行测量。
