專利名稱：一種薄膜沉積裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍍膜領(lǐng)域，具體為一種薄膜沉積裝置及方法。
背景技術(shù)：
在鍍膜領(lǐng)域，VTD是一種廣泛應(yīng)用的薄膜沉積系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)可使薄膜沉積速度快，成膜質(zhì)量高。噴涂源是該系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部件之一，專利號為US6037241的美國專利文獻公開了一種半導(dǎo)體材料沉積方法和裝置，該裝置的噴涂源包括一可滲透的加熱元件，氣體攜帶半導(dǎo)體材料通過該可滲透的加熱部件時，生成一種氣體，該氣體在玻璃板上沉積為半導(dǎo)體層。該可滲透元件是管狀的，沿其長度方向被加有電壓以提供熱量，氣體和粉末狀的半導(dǎo)體被引進管狀的可滲透元件并以氣體形態(tài)從可滲透元件向外流出。環(huán)繞管狀可滲透元件設(shè)有一罩體，罩體設(shè)有一開口，氣體通過該開口流出以進行半導(dǎo)體層沉積。公開號為 US20090246940A1的美國專利文獻公開了一種在底板上沉積材料的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)的噴涂源包括一套管，例如一陶瓷材料的套管，一加熱器及一進料管。一陶瓷套管套在加熱器夕卜，加熱器可為可滲透的加熱器，加熱器內(nèi)設(shè)有進料管。套管可包括一個或多個分散孔，以在底板上提供半導(dǎo)體層。以上兩種薄膜沉積系統(tǒng)的噴涂源，氣體進入加熱部件被加熱后從加熱部件擴散出來，即加熱部件和滲透擴散部件為同一部件，一般采用碳化硅陶瓷管，碳化娃陶瓷管一方面作為加熱部件可將氣體和需要沉積的材料加熱形成氣體，另一方面具有微孔可使氣體擴散出來。這種噴涂源的結(jié)構(gòu)比較簡單，但具有如下缺陷經(jīng)過一段時間的使用，碳化硅陶瓷管的電阻變大，加熱效率不可避免下降，為了保證足夠大的加熱效率，需要更換。而碳化硅陶瓷管的微孔的分布均勻程度會受到制備工藝的影響，而微孔的分布會影響氣體分布的均勻程度從而影響薄膜厚度的均勻程度。因此，更換了碳化硅陶瓷管后，即使經(jīng)過精心地調(diào)整工藝，也會對薄膜厚度的一致性產(chǎn)生一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的薄膜沉積裝置成膜厚度不一致的缺點，提供一種成膜厚度一致的薄膜沉積裝置。本發(fā)明提供的薄膜沉積裝置，用于在襯底上形成薄膜層，包括加熱并由載氣攜帶的沉積材料的加熱模塊和向所述加熱模塊供料的供料總管，所述加熱模塊包括將所述載氣及所述載氣攜帶的沉積材料加熱形成混合氣體的加熱部件及套設(shè)在所述加熱部件外部的外殼體，所述外殼體與所述加熱部件之間形成密封的腔體，所述外殼體開設(shè)有使所述混合氣體噴出以在所述襯底上形成薄膜層的噴涂口，所述加熱部件與所述外殼體之間還設(shè)有套在所述加熱部件外的擴散管，所述擴散管與所述加熱部件之間形成加熱腔，所述擴散管具有允許所述混合氣體通過的擴散孔。作為優(yōu)選，所述加熱部件為兩端接有電極的圓柱狀加熱棒，所述電極與外部電源相連接，所述外殼體和所述擴散管均為與所述加熱棒同軸的圓管狀。作為進一步的優(yōu)選，所述擴散管外壁纏繞有用于加熱的電阻絲。
作為進一步的優(yōu)選，所述擴散管與所述加熱部件之間的所述加熱腔內(nèi)還設(shè)有多個進料管，多個所述進料管環(huán)繞所述加熱部件均勻設(shè)置，每個所述進料管的軸線均與所述加熱棒的軸線平行，所述進料管與所述進料總管相連通，所述進料管位于加熱部件和擴散管之間的部分具有多個使所述載氣和沉積材料從所述進料管進入所述擴散管與所述加熱部件之間的小孔，多個所述小孔在所述進料管的管壁上呈陣列排列。作為進一步的優(yōu)選，所述小孔的直徑為O. 5mm-10mm。作為進一步的優(yōu)選，相鄰的兩個所述小孔之間的距離為5mm-30mm。作為優(yōu)選，所述薄膜沉積裝置還包括相對設(shè)置以形成電場的兩個偏置電壓極板，其中一個緊靠所述加熱模塊的所述偏置電壓極板開設(shè)有使所述混合氣體通過的開口，所述開口與所述加熱模塊的外殼體的噴涂口相對接，所述電場內(nèi)設(shè)有熱電子燈絲，熱電子燈絲成兩列對稱排列在所述開口的兩側(cè)，形成熱電子區(qū)。作為進一步的優(yōu)選，兩列所述熱電子燈絲之間的距離為2mm-20mm。 本發(fā)明還提供一種利用上述的薄膜沉積裝置進行薄膜沉積方法，包括以下步驟(I)由載氣攜帶的沉積材料通過進料總管進入加熱模塊的加熱部件與擴散管之間；(2)利用所述加熱部件將所述載氣及所述載氣攜帶的沉積材料加熱成為混合氣體；(3)被加熱后的所述混合氣體從所述擴散管與所述加熱部件之間擴散到所述擴散管與外殼體之間并進行進一步的混合；(4)所述擴散管與所述外殼體之間的所述混合氣體從所述外殼體的噴涂口噴涂并沉積在要鍍膜的襯底的表面形成薄膜。作為優(yōu)選，在步驟(2)中對所述載氣及所述載氣攜帶的沉積材料加熱的溫度為600 0C -1000。。。作為優(yōu)選，在步驟(3)中，所述混合氣體被纏在所述擴散管外壁上的電阻絲再次加熱。作為優(yōu)選，在步驟(4)中，所述混合氣體被所述熱電子絲產(chǎn)生的熱電子撞擊而帶電，并經(jīng)電場加速后在所述襯底上沉積生成薄膜。本發(fā)明所述的薄膜沉積裝置及方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果I、本發(fā)明提供的薄膜沉積裝置的加熱部件與擴散管是分體的，當(dāng)加熱部件達到使用壽命時，僅需要更換加熱部件，不需要更換擴散管，因此，可防止更換擴散管導(dǎo)致的薄膜厚度不一致的情況發(fā)生，從而提高了薄膜的質(zhì)量。2、采用多根均勻排列的進料管可對加熱部件與擴散管之間的空間進行均勻供料，不僅提高了熱量的利用率，還使形成的混合氣體更加均勻。3、混合氣體經(jīng)過熱電子燈絲形成的熱電子區(qū)時，混合氣體粒子被熱電子撞擊而帶弱電，經(jīng)過電場的加速，能量增大，形成的薄膜膜層致密、附著力強且結(jié)晶性強。另外，經(jīng)過熱電子處理后，混合氣體的團簇粒子所帶電荷極性相同，由于庫倫力的作用，團簇不會進一步發(fā)生，減少了噴涂法經(jīng)常出現(xiàn)的團聚現(xiàn)象，進一步提高了薄膜的質(zhì)量。


圖I為本發(fā)明一個實施例的薄膜沉積裝置的橫向剖視圖；圖2為本發(fā)明一個實施例的薄膜沉積裝置的縱向剖視圖。

I-加熱模塊，3-加熱部件，4-外殼體，5-擴散管，6-噴涂口，7_外部電源，8_進料管，9-偏置電壓極板，10-開口，11-熱電子燈絲，12-襯底，13-燈絲電源，14-偏置電源，15-進料總管，16-供氣管，17-供料管。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明一個實施例的薄膜沉積裝置的橫向剖視圖，圖2為本發(fā)明一個實施例的薄膜沉積裝置的縱向剖視圖。如圖I和圖2所示，本發(fā)明提供的薄膜沉積裝置，用于在襯底12上形成薄膜層，包括加熱載氣及載氣攜帶的沉積材料的加熱模塊I和向所述加熱?！KI供料的進料總管15，所述進料總管15與供氣管16和供料管17相連接，載氣為惰性氣體，如He、Ar或N2，需要沉積的材料為粉末狀，被所述載氣攜帶進入加熱模塊I。所述加熱模塊I包括加熱部件3及罩設(shè)在所述加熱部件3外部的外殼體4,所述外殼體4與所述加熱部件3之間形成密封的腔體，所述加熱部件3與所述外殼體4之間還設(shè)有擴散管5，所述擴散管5與所述加熱部件3之間形成加熱空間，擴散管5的長度小于所述外殼體4的長度，被罩在所述外殼體4內(nèi)。擴散管5為耐高溫多孔金屬材料或者耐高溫多孔非金屬材料，所述擴散管5的管壁上具有允許混合氣體通過的擴散孔，所述擴散孔為微米級貫穿孔。在加熱空間內(nèi)，所述加熱部件3將所述載氣和沉積材料加熱形成混合氣體，混合氣體可通過擴散孔進入擴散管5與外殼體4之間，在擴散管5與外殼體4之間進行進一步的均勻混合。所述外殼體4的兩端是密封的，采用莫來石或其它耐高溫材料制成，所述外殼體4的壁上開設(shè)有使所述混合氣體噴出以在所述襯底12上形成薄膜層的噴涂口 6，所述噴涂口 6為一寬度為Imm-IOmm的狹縫，混合氣體自所述外殼的噴涂口 6均勻噴出并在襯底12上沉積形成薄膜。本發(fā)明提供的薄膜沉積裝置的加熱部件3與擴散管5是分體的，當(dāng)加熱部件3的使用達到使用壽命時，僅需要更換加熱部件3，不需要更換擴散管5，因此，可防止更換擴散管5導(dǎo)致的薄膜厚度不一致的情況發(fā)生，從而提高了薄膜的質(zhì)量。作為上述實施例的優(yōu)選，所述加熱部件3為兩端接有電極的圓柱形加熱棒，在本實施例中，所述加熱棒為碳娃棒，在通電后可對載氣和沉積材料進行加熱。所述外殼體4和所述擴散管5均為與所述加熱棒同軸的圓管狀,加熱棒的長度大于擴散管5和外殼體4的長度，露在外殼體4外的兩端接有電極(圖中未示出)，電極與外部電源7相連接，為加熱棒提供加熱的電能。加熱棒的長度亦可小于擴散管5和外殼體4的長度，此時，電極需穿過擴散管5和外殼體4與外部電源7連接。外殼體4和擴散管5的形狀可使加熱棒對擴散管5與加熱棒之間的載氣和沉積材料均勻加熱。作為上述實施例的優(yōu)選，所述擴散管5外壁纏繞有用于加熱的電阻絲(圖中未示出)，電阻絲通電后發(fā)熱，可對從擴散管5流出的混合氣體進行再加熱，使混合氣體保持較高的溫度，從而提高薄膜的質(zhì)量。作為上述實施例的優(yōu)選，所述擴散管5與所述加熱部件3之間還設(shè)有多個進料管8，在本實施例中，擴散管5與所述加熱部件3之間設(shè)有四根進料管8，四根所述進料管8環(huán)繞所述加熱部件3均勻設(shè)置，每個所述進料管8的軸線均與所述加熱部件3的軸線平行，所述進料管8與所述進料總管15相連通，載氣和沉積材料從進料總管15進入各個進料管8。多根均勻排列的進料管8可對加熱部件3與擴散管5之間的空間進行均勻供料，不僅提高了熱量的利用率，還使形成的混合氣體更加均勻。進料管8采用石英管或陶瓷管，進料管8的管壁具有使載氣和沉積材料從進料管8流至所述擴散管5與所述加熱部件3之間的小孔(圖中未示出)，所述小孔成陣列排列。作為優(yōu)選，所述小孔的直徑為5mm，相鄰的兩個所述小孔之間的距離為10mm。作為上述實施例的優(yōu)選，薄膜沉積裝置還包括由偏置電壓極板9形成的電場，兩塊偏置電壓極板9上下平行相對設(shè)置，接有偏置電源14形成電場，偏置電壓極板9可采用石墨或金屬材料制成。其中一個緊靠所述加熱模塊I的所述偏置電壓極板9開設(shè)有使所述混合氣體通過的開口 10，所述開口 10與所述加熱模塊I的外殼體4的噴涂口 6相對設(shè)置，并且所述開口 10與所述噴涂口 6靠緊并相接通，所述電場內(nèi)設(shè)有由燈絲電源13供電的熱電子燈絲11，熱電子燈絲11成兩列對稱排列在所述開口 10的兩側(cè)，形成熱電子區(qū)。相對的兩列熱電子燈絲11之間的距離為2mm-20mm，使燈絲的距離足夠近，可以改善熱電子自由 程在高氣壓下較短的問題，所以偏置電壓極板9之間不需要形成高真空度的環(huán)境。在本實施例中，相對的兩列熱電子燈絲11之間的距離為10mm。混合氣體經(jīng)過熱電子區(qū)時，受到高速運行的熱電子撞擊，混合氣體中的粒子帶電，經(jīng)過偏置電壓極板9形成的電場加速，與設(shè)在偏置電壓極板9之間的襯底12碰撞，在襯底12上實現(xiàn)薄膜的沉積。本實施例中，襯底12為玻璃。由于混合氣體經(jīng)過熱電子燈絲11形成的熱電子區(qū)時，混合氣體粒子被熱電子撞擊而帶弱電，經(jīng)過電場的加速，能量增大，形成的薄膜膜層致密、附著力強且結(jié)晶性強。另外，經(jīng)過熱電子處理后，混合氣體的團簇粒子所帶電荷極性相同，由于庫倫力的作用，團簇不會進一步發(fā)生，減少了噴涂法經(jīng)常出現(xiàn)的團聚現(xiàn)象，進一步提高了薄膜的質(zhì)量。作為上述實施例的優(yōu)選，本發(fā)明的薄膜沉積裝置還包括控制加熱部件3與擴散管5之間的加熱腔的溫度、進入所述進料總管15內(nèi)的載氣及沉積材料的進料量和偏置電壓極板9的電壓的控制裝置。通過調(diào)整控制裝置調(diào)整一個或多個以上參數(shù)，可調(diào)整薄膜沉積的厚度。本發(fā)明還提供一種薄膜沉積方法，包括以下步驟(I)由載氣攜帶的沉積材料通過所述進料總管進入加熱模塊的加熱部件與擴散管之間；(2)利用加熱部件將載氣及載氣攜帶的沉積材料加熱成為混合氣體；(3)混合氣體從擴散管與加熱部件之間擴散到擴散管與外殼體之間并進行進一步的混合；(4)擴散管與外殼體之間的混合氣體從外殼體的開口噴涂并沉積在要鍍膜的襯底的表面形成薄膜。作為上述實施例的優(yōu)選，在步驟(2)中對所述載氣及所述載氣攜帶的沉積材料加熱的溫度為600°C -1000°C。作為上述實施例的優(yōu)選，在步驟(3)中，混合氣體被纏在擴散管外壁上的電阻絲再次加熱。以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜沉積裝置，用于在襯底上形成薄膜層，包括加熱由載氣攜帶的沉積材料的加熱模塊和向所述加熱模塊供料的進料總管，所述加熱模塊包括將所述載氣及所述載氣攜帶的沉積材料加熱形成混合氣體的加熱部件及套設(shè)在所述加熱部件外部的外殼體，所述外殼體與所述加熱部件之間形成密封的腔體，所述外殼體開設(shè)有使所述混合氣體噴出以在所述襯底上形成薄膜層的噴涂口，其特征在于所述加熱部件與所述外殼體之間還設(shè)有套在所述加熱部件外的擴散管，所述擴散管與所述加熱部件之間形成加熱腔，所述擴散管具有允許所述混合氣體通過的擴散孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄膜沉積裝置，其特征在于所述加熱部件為兩端接有電極的圓柱狀加熱棒，所述電極與外部電源相連接，所述外殼體和所述擴散管均為與所述加熱棒同軸的圓管狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜沉積裝置，其特征在于所述擴散管外壁纏繞有用于加熱的電阻絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的薄膜沉積裝置，其特征在于所述擴散管與所述加熱部件之間的所述加熱腔內(nèi)還設(shè)有多個進料管，多個所述進料管環(huán)繞所述加熱部件均勻設(shè)置，每個所述進料管的軸線均與所述加熱棒的軸線平行，所述進料管與所述進料總管相連通，所述進料管位于加熱部件和擴散管之間的部分具有多個使所述載氣和沉積材料從所述進料管進入所述擴散管與所述加熱部件之間的小孔，多個所述小孔在所述進料管的管壁上呈陣列排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜沉積裝置，其特征在于所述小孔的直徑為O.5_-10_。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜沉積裝置，其特征在于相鄰的兩個所述小孔之間的距離為 5mm-30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄膜沉積裝置，其特征在于所述薄膜沉積裝置還包括相對設(shè)置以形成電場的兩個偏置電壓極板，其中一個緊靠所述加熱模塊的所述偏置電壓極板開設(shè)有使所述混合氣體通過的開口，所述開口與所述加熱模塊的外殼體的噴涂口相對接，所述電場內(nèi)設(shè)有熱電子燈絲，熱電子燈絲成兩列對稱排列在所述開口的兩側(cè)，形成熱電子區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜沉積裝置，其特征在于兩列所述熱電子燈絲之間的距離為 2mm-20mm。
9.一種利用權(quán)利要求1-8中任一項所述的薄膜沉積裝置進行薄膜沉積的方法，包括以下步驟 (1)由載氣攜帶的沉積材料通過進料總管進入加熱模塊的加熱部件與擴散管之間； (2)利用所述加熱部件將所述載氣及所述載氣攜帶的沉積材料加熱成為混合氣體； (3)被加熱后的所述混合氣體從所述擴散管與所述加熱部件之間擴散到所述擴散管與外殼體之間并進行進一步的混合； (4)所述擴散管與所述外殼體之間的所述混合氣體從所述外殼體的噴涂口噴涂并沉積在要鍍膜的襯底的表面形成薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜沉積方法，其特征在于在步驟(2)中對所述載氣及所述載氣攜帶的沉積材料加熱的溫度為600°C -1000°C。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜沉積方法，其特征在于在步驟(3)中，所述混合氣體被纏在所述擴散管外壁上的電阻絲再次加熱。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項所述的薄膜沉積方法，其特征在于在步驟(4)中，所述混合氣體被所述熱電子絲產(chǎn)生的熱電子撞擊而帶電，并經(jīng)電場加速后在所述襯底上沉積生成薄膜。·
全文摘要
本發(fā)明公開一種薄膜沉積裝置及方法，薄膜沉積裝置用于在襯底上形成薄膜層，包括加熱由載氣攜帶的沉積材料的加熱模塊和向所述加熱模塊供料的進料總管，所述加熱模塊包括將所述載氣及所述載氣攜帶的沉積材料加熱形成混合氣體的加熱部件及套設(shè)在所述加熱部件外部的外殼體，所述外殼體與所述加熱部件之間形成密封的腔體，所述外殼體開設(shè)有使所述混合氣體噴出以在所述襯底上形成薄膜層的噴涂口，所述加熱部件與所述外殼體之間還設(shè)有套在所述加熱部件外的擴散管，所述擴散管與所述加熱部件之間形成加熱腔，所述擴散管具有允許所述混合氣體通過的擴散孔。本發(fā)明克服了現(xiàn)有的薄膜沉積裝置的成膜厚度不一致的缺點，提供一種成膜厚度一致的薄膜沉積裝置。
文檔編號C23C14/24GK102839352SQ201110167589
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者蔣猛, 劉志強, 何吉剛 申請人:無錫尚德太陽能電力有限公司, 四川尚德太陽能電力有限公司