华兆科技丨手套箱集成型原子层沉积ALD系统（MNT-G 系列）解决方案

技术参数

一、反应腔体：横流模式的单腔反应腔/喷淋模式的双腔反应腔

二、衬底规格：

• 4-8寸单片

• 三维复杂衬底/粉末与颗粒/多孔及高纵深比材料

• RT-400°C，控制精度±0.5°C@单腔

• RT-500°C，控制精度±0.5°C@双腔

三、阀门：Swagelok专用ALD阀门，耐热温度200°C

四、前驱体源：液态、固态、气态以及臭氧源，容器标准50 mL挥发式容器和100 mL载气辅助式容器，其他规格可定制最高可配备8路前驱体源

五、载气：Ar，质量流量控制器

六、管路源容器加热温度：配可拆卸加热套，RT-250°C，控制精度+0.5°C

七、真空系统：油泵、防腐油系、干泵可选

八、压力传感器：检测范围1000-2.3*10-4Torr

九、真空管路：烘烤至200℃，且真空系前级配置热阱，加热温度300℃

十、控制：触摸屏+PLC

十一、手套箱耦合方式：

• 单腔@内置于手套箱内

• 双腔@与手套箱侧面耦合

十二、机柜：

• 可移动铝型材框架，不锈钢面板

• 尺寸:根据设备及手套箱规格确定

十三、选配：

• 等离子体辅助功能/等离子体气源

• 臭氧发生器/粉末沉积盘/手套箱耦合/QCM

• 尾气处理装置

痛点

在锂金属负极、硫化物固态电解质等高活性材料的研究中，即使短暂的空气暴露也会导致材料变质，严重影响实验结果的准确性。传统解决方案是将整个ALD系统放置于手套箱内，但这种方法导致设备维护极其困难——当反应腔相关配件损坏时，需要将整个系统拆卸，使手套箱进入空气，导致整个手套箱系统无法正常使用。

技术解决方案

模块化中转腔设计MNT-G系列采用创新的多功能中转腔设计，通过外接方式实现与手套箱的连接，而非将整个反应腔体置于手套箱内部。该中转腔配备多组在同一直线上的驱动装置，包括用于传动试样的磁力杆和用于密封的插板阀。当处理敏感样品时，插板阀与手套箱连接，样品通过磁力杆在手套箱与反应腔之间传递，全程隔绝空气接触；当处理对空气不敏感的传统样品时，可直接从大气环境进样，兼顾灵活性与便利性。

这种设计的关键优势在于：即使中转腔需要维修，只需关闭与手套箱连接的插板阀，即可将故障腔体与手套箱隔离，不影响手套箱的正常运行，大大降低了设备维护成本和风险。

二、温度波动对敏感材料与工艺的影响

痛点

ALD工艺对温度变化极为敏感，传统设备的温度波动会导致薄膜生长速率不稳定和成分均匀性下降。对于手套箱集成系统，反应腔加热时的预热会对手套箱内温度稳定产生干扰，影响箱内其他实验的进行；同时，低温沉积（如生物高分子材料）和高温沉积（如金属氧化物）的不同工艺需求对温控系统提出了严苛要求。

技术解决方案

精密温控与热管理技术MNT-G系列采用基于Smith预估补偿幅限模糊PID算法的超精密温控系统，通过幅限函数约束温度误差及变化率，结合模糊规则动态整定PID参数，并利用Smith预估器补偿传热延时，最终实现±0.5°C级的温度稳定性，比传统PID精度提升50%以上。

系统提供宽范围工艺温度（RT-500℃），可满足不同材料的沉积需求。针对敏感材料，可在低温条件下（<150°C）实现高质量薄膜沉积，避免材料变性；针对需要高温退火处理的样品，可提供最高500℃的稳定加热环境。所有前驱体管路和源容器均配备可拆卸加热套，温度控制精度达±0.5°C，有效防止前驱体凝结，确保工艺重复性。

三、复杂结构样品覆盖均匀性差

痛点

传统沉积技术在处理三维复杂结构、高深宽比特征和粉末样品时，难以实现均匀一致的薄膜覆盖。特别是在新能源领域（如电池电极材料包覆）和催化领域（如多孔催化剂载体），基底的复杂微观结构对薄膜保形性提出了严苛要求。

技术解决方案

多模式沉积与流场优化设计MNT-G系列提供横流和喷淋双模式反应腔，可根据样品几何特性选择最佳流动路径。针对不同应用场景，系统提供三种专用沉积模式：快速模式适用于纳米级薄膜批量沉积，通过短吹扫周期提升吞吐率；高纵深比模式优化前驱体脉冲时序，可实现>10:1深宽比结构的保形覆盖；专业掺杂模式支持多路前驱体协同注入，实现元素梯度掺杂。

针对粉末样品，系统提供专用粉末沉积盘，通过特殊流场设计确保每个粉末颗粒获得均匀包覆。对于半导体应用，系统可处理4-12寸晶圆，薄膜均匀性可达±2%以内，满足微电子器件制造的苛刻要求。

四、工艺监控与重复性保障不足

痛点

科研领域经常需要探索未知工艺窗口，而工业生产则要求严格的工艺重复性。传统ALD系统缺乏实时监控能力，工艺开发周期长，难以快速实现从实验室到产业的转化。

技术解决方案

全面监测与智能控制系统MNT-G系列配备*进的监控系统，可选配QCM（石英晶体微天平）进行实时膜厚监测，配合真空压力传感器（检测范围1000-2.3×10⁻⁴ Torr）确保每个工艺步骤的精确控制。系统采用触摸屏+PLC智能控制系统，实现工艺配方的一键式操作和全流程自动化，大幅降低人为操作误差。

系统支持历史数据记录、工艺配方管理和用户权限分级，确保实验过程的可追溯性和可重复性。针对特殊工艺需求，系统开放手动操作界面，满足科研探索的灵活性需求。

复旦大学材料科学系运用MNT系列原子层沉积系统完成的“原子层沉积关键技术与材料工艺产业化应用"项目曾在2023年获得中国材料研究学会科学技术奖一等奖。

二、华东师范大学

华东师范大学购买了S-100原子层沉积系统主要用于制备厚度精确可控的氧化物薄膜，例如Al2O3，HfO2和ZrO2。

三、合肥工业大学

（一）前期需求对接

组建专项技术团队，深入了解用户应用场景（如行业领域、基材类型、薄膜材料、性能指标）、产能需求与场地条件，输出定制化需求分析报告，明确手套箱规格（单 / 双手套、工位数量）、等离子体模式配置、前驱体管路数量等核心参数。

（二）定制化方案设计

基于需求分析，完成系统整体布局设计（含手套箱与 ALD 腔体对接方式、气体管路走向、电控系统集成），优化工艺参数库（如沉积温度、前驱体脉冲时间、吹扫周期），同步制定设备运输、安装的专项方案，避免运输过程中密封部件受损。

（三）安装调试与工艺验证

设备到场后，由专业工程师完成安装、气密性测试与系统校准，确保手套箱氧含量、水含量达标，ALD 腔体温控精度、真空度符合设计要求。针对用户目标薄膜开展工艺验证，通过调整参数实现膜层性能优化，输出验证报告与标准操作流程（SOP）。

（四）人员培训与投产支持

提供理论 + 实操培训，内容涵盖系统原理、操作规范、参数调整、日常维护等，确保用户技术人员能独立完成生产操作。投产初期安排技术人员驻场指导，解决量产过程中的工艺优化问题，保障设备稼动率稳定在 85% 以上。

（五）售后保障服务

建立 7×24 小时响应机制，提供远程故障诊断与技术支持；核心部件（真空泵、阀门、传感器）提供 1 年质保，定期上门进行设备巡检与维护，延长设备使用寿命，降低运行风险。

手套箱集成型原子层沉积系统（MNT-G系列）通过其多维度技术解决方案，正在为量子技术、优良半导体及生物传感等前沿领域提供至关重要的研发与生产平台。随着技术的持续进步与应用的不断拓展，这一系统有望成为推动纳米科技从实验室走向产业化的重要引擎，为未来科技发展奠定坚实基础。