一種采用圖形噴嘴的有機氣相成膜裝置及其成膜方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于有機氣相沉積成膜領域，更具體的，涉及一種采用圖形噴嘴的有機氣相成膜裝置及其成膜方法。
【背景技術】
[0002]目前，有機材料的真空氣相沉積成膜方法主要是真空熱蒸發(VacuumThermalEvaporat1n, VTE),其原理示意圖如附圖1所示，圖1中:在真空腔中加熱有機材料使之蒸發，將基板放在距蒸發源幾百毫米的上方，向上蒸發的有機氣相材料通過具有一定圖形的蔭罩掩模后形成圖形化薄膜。該方法必須注意蔭罩掩模的尺寸和位置精確度，否則沉積出的圖案誤差大且不均勻，同時由于大部分有機材料粘附于腔壁，其材料利用率僅5 %，沉積在腔壁的有機材料會帶來顆粒污染，因此需要定期清洗蔭罩掩模。
[0003]基于VTE 技術，發展出有機氣相沉積(Organic Vapor Phase Deposit1n, 0VPD)技術，該技術的原理示意圖如附圖2所示，圖2中:將有機材料加熱蒸發后，利用惰性氣體將氣相有機分子經由噴淋頭噴向基板，在噴淋頭與基板之間安放具有一定圖形開口的蔭罩掩模，以得到圖形化薄膜，由于采用了惰性氣體作為載氣，其材料利用率達50%，是傳統真空熱蒸發技術的10倍。但通過蔭罩掩模來定義圖形特征，需要蔭罩掩模具有較高尺寸精度，例如，當要求圖形具有40 μ m的特征時，需要使用10 μ m?15 μ m特征的金屬蔭罩掩模，同時蔭罩掩模與基板之間距離約為10?15μπι。0VPD技術中，其載氣溫度約200?350°C，致使蔭罩掩模長期處于較高的工作溫度下，同時厚度較薄的大面積蔭罩掩模顎自身重量較大，在高溫熱膨脹和重力的共同作用下，厚度較薄的蔭罩掩模極易發生變形，導致影響尺寸精度和形狀，同時也影響蔭罩掩模與基板之間的間隙。此外，氣體通過金屬遮擋板后會產生明顯的側向分散，使得成膜圖形加寬且中心位置變厚。第三，其材料浪費仍然較大，達50%，而且蔭罩掩模上也易沉積有機物，成膜時易產生顆粒污染并需定期清洗蔭罩掩模。
[0004]VTE和0VPD技術制備圖形化有機薄膜時，都需要用到蔭罩掩模，在蔭罩掩模上開設有供有機材料氣體穿過的開口，這些開口具有預定的形狀。這兩種技術中，來自于有機材料蒸發源的有機氣相材料分為兩部分，其中一部分穿過蔭罩掩模上的開口，并在基板上沉積，形成具有一定形狀的有機薄膜，形成的有機薄膜的形狀和蔭罩掩模上開口的形狀相同，這就實現了圖形化成膜；另外一部分不穿過蔭罩掩模上的開口，直接在蔭罩掩模表面沉積，正是沉積在蔭罩掩模的有機材料造成了顆粒污染，從而影響成膜質量，因此，需要定期清洗蔭罩掩模。同時，沉積在蔭罩掩模表面的有機材料正是采用蔭罩掩模技術所造成的浪費，在蔭罩掩模上，圖形開口的總面積遠遠小于蔭罩掩模表面總面積，這導致在采用蔭罩掩模的真空熱蒸發和有機氣相沉積技術的材料利用率非常低。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種采用圖形噴嘴的有機氣相成膜裝置及其成膜方法，其目的在于使氣相有機材料通過圖形噴嘴噴出而制備出圖形與圖形噴嘴的開口形狀相同的圖形化薄膜，由此解決采用蔭罩掩模帶來的材料利用率低、顆粒污染等技術問題。
[0006]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種采用圖形噴嘴的有機氣相成膜裝置，用于制備具有一定圖形的有機薄膜，其包括蒸發腔、位于所述蒸發腔一端且與之連通的噴印頭以及與噴印頭相距一定間隙的基板載臺，其特征在于:
[0007]所述噴印頭包括噴印頭基體、包覆所述噴印頭基體的加熱套、位于所示噴印頭基體一端的圖形噴嘴、與圖形噴嘴連通的且位于所述噴印頭基體中間位置的混合腔，其為一中空的腔體，以及位于所述噴印頭基體另一端且容置于噴印頭基體中的氣體入口，其一端與所述混合腔連通，另一端與所述蒸發腔連通，以用于蒸發腔的氣體通過該氣體入口進入所述混合腔；
[0008]所述圖形噴嘴具有開口形狀，其形狀與所制備的有機薄膜的圖形相同；
[0009]所述蒸發腔用于蒸發固體有機材料以得到氣相有機材料，并通過所述氣體入口進入所述混合腔，接著通過所述圖形噴嘴噴出到位于所述基板載臺的基板上，以用于制備圖形與圖形噴嘴的開口形狀相同的薄膜。
[0010]進一步的，所述圖形噴嘴的開口形狀為任何平面圖形可能的形狀。
[0011]進一步的，所述圖形噴嘴可拆卸連接于所述噴印頭基體上，其開口數量為一個或多個，其所有開口均位于同一平面內，且其開口所在的平面與所述基板載臺的基板所在的平面平行。
[0012]進一步的，所述蒸發腔包括:
[0013]金屬套筒；
[0014]加熱套，包覆住所述金屬套筒，以用于加熱升溫；
[0015]石英玻璃筒，容置于所述金屬套筒內且位于所述金屬套筒的一側，用于容置固體有機材料；
[0016]氣體通道，容置于所述金屬套筒內且位于所述金屬套筒的另一側，所述氣體通道與所述石英玻璃筒相鄰且與之以通孔連通，且該氣體通道與石英玻璃筒的軸線相平行，所述氣體通道一端與石英玻璃筒連通，另一端與所述噴印頭的氣體入口連通；
[0017]氣動開關，其容置于所述氣體通道內，用于控制所述蒸發腔與所述噴印頭混合腔連通與否。
[0018]進一步的，所述氣體通道包括橫截面面積較小的小孔段和橫截面面積較大的大孔段，所述小孔段與所述石英玻璃筒以通孔連通，所述大孔段與所述噴印頭的氣體入口連通，所述大孔段和小孔段連接處具有臺階面，且所述大孔段和小孔段的中心線重合。
[0019]進一步的，所述氣動開關包括活塞和一端與活塞固定連接的圓柱螺旋彈簧，其兩者均容置于氣體通道的大孔段內，該圓柱螺旋彈簧另一端固定在所述噴印頭的氣體入口處；所述活塞為平板狀，其面積大于所述小孔段橫截面面積，受圓柱螺旋彈簧彈力作用以頂住所述大孔段與小孔段連接處的臺階面。
[0020]進一步的,所述蒸發腔數量為一個或者多個。
[0021]進一步的，所述蒸發腔的石英玻璃筒內溫度在室溫至500°C內可調。
[0022]進一步的，所述基板載臺受控制相對噴印頭分別沿噴印頭主軸方向、與噴印頭主軸垂直平面內的水平方向以及平面內與水平方向垂直的第三方向直線移動。
[0023]進一步的，所述基板載臺包括:
[0024]基板支撐板，以用于支撐其上面的基板；
[0025]冷卻箱，所述冷卻箱位于基板支撐板下方，并與之相固定；
[0026]移動機構，所述移動機構位于冷卻箱下方，用于支撐所述冷卻箱并與之相固定，用于依照外界指令實現自身分別沿噴印頭主軸方向、與噴印頭主軸垂直的面內的水平方向以及面內與水平方向垂直的第三方向直線移動。
[0027]進一步的，所述冷卻箱，其特征在于，所述冷卻箱與外界容置冷卻介質的容器以管道連通。
[0028]進一步的，所述移動機構實現所述圖形噴嘴與所述基板載臺上的基板間距為0至2000微米范圍可調。
[0029]進一步的，其還包括真空箱，所述真空箱容置所述蒸發腔、所述噴印頭以及所述基板載臺。
[0030]進一步的，還包括:
[0031]載氣輸送管道，其連通載氣氣源和所述蒸發腔，該載氣輸送管道具有多根，一根所述載氣輸送管道對應一個蒸發腔，所述輸送管道數量與所述蒸發腔數量相同；
[0032]載氣加熱器，所述載氣加熱器安裝在所述載氣輸送管道上；
[0033]調壓閥，所述調壓閥安裝在所述載氣輸送管道上，位于載氣加熱器和載氣氣源之間；
[0034]電磁閥，所述電磁閥安裝在載氣輸送管道上，位于載氣加熱器與調壓閥之間。
[0035]按照本發明的另一方面，提供了一種應用以上所述的裝置進行有機氣相成膜的方法。
[0036]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，由于采用圖形噴嘴和蒸發腔的設計，能夠取得下列有益效果:
[0037]1、采用圖形噴嘴，無需使用蔭罩掩模，有機材料只會粘附于基板表面，沒有前述使用蔭罩掩模帶來的顆粒污染和材料浪費，從而極大地提高了材料利用率和成膜質量，且無清洗蔭罩掩模的問題。
[0038]2、采用多個蒸發腔的設計，可以同時將多種有機材料加熱氣化，通過控制載氣氣壓大小和有機材料的蒸發速率，以控制在同一時段內進入噴印頭混合腔的有機材料的比例，得到具有復合成分的有機薄膜，極大地提高了真空氣相沉積成膜的效率、成膜質量以及成膜種類。
[0039]3、通過設定不同蒸發腔對應不同的載氣輸送管道，并在各個載氣輸送管道上安裝可控制其開閉的電磁閥，從而靈活控制不同有機材料是否進入蒸發腔，并可控制不同有機材料進入蒸發腔的時間，最終可靈活控制成膜的厚度和種類。
【附圖說明】
[0040]圖1是現有真空熱蒸發技術的原理示