專利名稱：一種利用強(qiáng)電場(chǎng)的真空熱蒸鍍成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬真空熱蒸鍍技術(shù)領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及一種利用強(qiáng)電場(chǎng)的真空熱蒸鍍成膜方法。
背景技術(shù)：
社會(huì)的飛速發(fā)展同微電子及微加工技術(shù)的巨大進(jìn)步密不可分。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)在進(jìn)二十年內(nèi)的不斷進(jìn)步，我們?cè)谌粘Ｉ钪幸呀?jīng)越來(lái)越多地享受到現(xiàn)代光電子技術(shù)所帶來(lái)的便利和快捷。雖然目前電子元件的尺寸已進(jìn)入亞微米量級(jí)，然而提高集成度，進(jìn)一步縮小元件尺寸的要求仍然十分迫切，材料智能化和薄膜化的問(wèn)題就是在這樣的歷史條件下提上研究日程的。
真空鍍膜技術(shù)作為薄膜制備的一種重要手段，在現(xiàn)代微電子技術(shù)和微器件制備中占有特殊重要的地位，這種技術(shù)指的是在真空環(huán)境下利用物理或化學(xué)手段將物質(zhì)沉積在載體表面的一種工藝。一般將真空鍍膜技術(shù)分為兩大類一類是物理氣相沉積，稱為PVD；另一類是化學(xué)氣相沉積，稱為CVD。其中“物理氣相沉積”，是利用物理過(guò)程將物質(zhì)沉積在某種載體的表面，方法有很多，其中最簡(jiǎn)單最常用的就是熱蒸發(fā)，即利用物質(zhì)受熱后的蒸發(fā)或升華將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)再沉積在基片表面；另一種普遍使用的方法是濺射法，它是利用帶電粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后轟擊到靶的物質(zhì)上，將靶的物質(zhì)表面的原子濺射出來(lái)并沿著一定的方向射向襯底，最終在襯底上沉積一層薄膜。現(xiàn)在IBM已經(jīng)利用熱蒸發(fā)技術(shù)，制作出20英寸的有機(jī)平板全彩色顯示器件。但總的來(lái)說(shuō)，物理氣相沉積還存在很大的問(wèn)題蒸發(fā)出的材料不易控制飛行的方向和速度，這至少導(dǎo)致兩點(diǎn)不足，首先，不能控制飛行方向，就會(huì)存在大量的材料浪費(fèi)，只有很少量部分的材料飛向需要的位置；其次，要制作微小器件，就要用其它的各種手段，比如掩模板光刻等技術(shù)，所以制作的器件大小(如像素點(diǎn))就很受限制，而且工藝復(fù)雜。分子飛向基板的速度對(duì)成膜的結(jié)構(gòu)也起著至關(guān)重要的作用，對(duì)所制作的光電子器件的性能也有決定性的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種能夠控制蒸發(fā)材料飛行方向和速度的真空熱蒸發(fā)成膜方法。
本發(fā)明提出的真空熱蒸鍍成膜方法，是對(duì)傳統(tǒng)真空熱蒸鍍膜技術(shù)的改進(jìn)。它以傳統(tǒng)真空熱蒸鍍成膜技術(shù)為基礎(chǔ)，引入強(qiáng)電場(chǎng)，使蒸發(fā)源里的材料分子或粒子帶上電荷，再通過(guò)加熱蒸發(fā)，使這些帶電分子或粒子飛出，并在電磁場(chǎng)控制下精確飛向基板，最終成膜。
本發(fā)明中，首先將傳統(tǒng)的蒸發(fā)源改成金屬微尖式蒸發(fā)源。所謂金屬微尖式蒸發(fā)源，由里面的一金屬微尖和外面的絕緣微尖套及待蒸發(fā)材料構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。絕緣微尖套的頂部開有一個(gè)直徑為0.1-3.0mm的微孔，作為材料蒸發(fā)口，待蒸發(fā)材料放置于金屬微尖與微尖套之間。具體方式可采用兩種一是將待蒸發(fā)材料配制成溶液(溶液濃度較大)，涂在金屬微尖的表面，烘干，再套上絕緣微尖套。二是先固定住金屬微尖和微尖套，再用機(jī)械方法向內(nèi)填充待蒸發(fā)材料。
在針尖上方0.1-10cm的位置處設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電柵極，金屬微尖和柵極之間施加一個(gè)10伏-100000伏之間的高電壓，系統(tǒng)的真空度保持在10-2到10-6帕；在柵極后面加上電磁場(chǎng)控制電路，對(duì)飛出的粒子束進(jìn)行篩選、聚焦、加速、減速，以及定向飛行的控制。
本發(fā)明中，金屬微尖的材料要求具有比較高的熔點(diǎn)和良好的導(dǎo)電性能，如果是通過(guò)自身電阻的熱效應(yīng)來(lái)加熱，還要求有比較好的熱電阻效應(yīng)，可以是鎢、鉭、鉬、鈦、鋯、鎳、石墨、鎢鉬合金等；如果是通過(guò)別的途徑給它加熱，則是需要有好的導(dǎo)電性和耐熱性就可以了，如鎢、鉭、鉬、鈦、鋯、鎳、銅、鋁、錳、鉛、鋇、鈷、銻、鉍、鉻、鎂、錫、石墨、鎢鉬合金、鑄鐵、碳素鋼、青銅等。加熱的途徑可以是將附著材料的金屬尖放在一個(gè)加熱坩堝中，或加熱的舟中，或用激光束照射。其金屬微尖的角度可以是0-70度之間，在其它條件不變的情況下，一般來(lái)說(shuō)金屬尖的角度越小，微尖處的電場(chǎng)越強(qiáng)。
本發(fā)明中，蒸鍍的材料可以是無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料，也可以是有機(jī)半導(dǎo)體材料，但其加熱蒸發(fā)的溫度應(yīng)在金屬微尖的熔點(diǎn)或者升華溫度以下。
本發(fā)明中，金屬微尖和柵極之間的距離一般控制在0.1cm-10cm之間；其微尖和柵極之間的電壓，一般控制在10伏到100000伏之間，而系統(tǒng)的真空度應(yīng)該保持在10-2到10-6帕。其中柵極的材料要求是導(dǎo)電的、能經(jīng)受一定高溫的材料，比如鎢、鉭、鉬、鈦、鋯、鎳、銅、鋁、錳、鉛、鋇、鈷、銻、鉍、鉻、鎂、錫、石墨、鎢鉬合金、鑄鐵、碳素鋼、青銅、不銹鋼等；其形狀可以做成網(wǎng)格狀，網(wǎng)格絲的直徑在0.5-2.5mm，網(wǎng)眼的直徑大小為0.1-3.0mm；也可以做成圓環(huán)狀或者其他任何鏤空的形狀，其目的都是使它和金屬尖之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，而且要盡可能的不阻擋蒸發(fā)出來(lái)的分子和粒子。例如可以制作一個(gè)鎢絲金屬環(huán)，鎢絲直徑為2mm，環(huán)的直徑為6mm，環(huán)心正對(duì)金屬微尖。
本發(fā)明中，柵極后面加上的電磁場(chǎng)控制電路可以有各種形式，如果分子量在1000上下，所帶電荷在一個(gè)單位電子電量左右，則調(diào)控電壓應(yīng)處于5伏到1000伏的范圍。這些控制電路可以參考采用陰極射線管的控制電路形式。
本發(fā)明中，成膜基板可以和常規(guī)的一樣。如果根據(jù)需要在上面加一層導(dǎo)電物質(zhì)，則可以使其與控制電路結(jié)合起來(lái)。比如在做有機(jī)小分子顯示器件時(shí)，基板是ITO玻璃，就可以使其加上和柵極同樣性質(zhì)的的電荷，從而通過(guò)靜電場(chǎng)平衡所成薄膜的內(nèi)電場(chǎng)。
其它的步驟都和通常的一樣。
本發(fā)明中，使材料帶電熱蒸發(fā)出來(lái)，其主要作用如下1.分子的飛行可精確調(diào)控，包括分子飛向基板的速度，以及飛向的精確位置，從而可實(shí)現(xiàn)很小的像素點(diǎn)。而需要的其它技術(shù)已經(jīng)很成熟方便，只要借用現(xiàn)有的陰極射線管的電子飛行調(diào)控電路；2.若電極不均勻，電場(chǎng)較強(qiáng)處將吸引更多的帶電粒子，最終該處將沉積更厚，以平衡電場(chǎng)，從而減少器件的微通道形成；3.蒸發(fā)出的材料在電場(chǎng)調(diào)控下可定向飛向基板或像素點(diǎn)，大大節(jié)約材料；4.對(duì)于陰陽(yáng)離子型的物質(zhì)，通過(guò)電路調(diào)控，可以使陰離子和陽(yáng)離子一層一層地沉積上去，成為一種新的獲得有序的膜的方法；5.通過(guò)調(diào)控電路，可以對(duì)分子進(jìn)行分子量上的篩選，可以準(zhǔn)確地把帶電的和不帶電的、帶電離子中不同分子量的，以及帶不同電荷的離子給分開，從而制成更純的膜，也可以應(yīng)用在材料的純化上；6.帶電粒子剛開始飛到基板上被吸附時(shí)，它要找到適當(dāng)?shù)奈恢冕尫诺羲碾姾桑簿褪且业椒烹娮拥淖詈玫耐ǖ?，因此它在基板上就?huì)有個(gè)選擇最佳落點(diǎn)以及弛豫的過(guò)程，這將有利于形成更有序、導(dǎo)電性能更好的薄膜；7.對(duì)于帶電的或者不帶電的極性分子，都可以通過(guò)電磁場(chǎng)來(lái)控制它的飛行以及在基板上成膜時(shí)的分子的取向，得到各種有序的薄膜；


圖1為整個(gè)系統(tǒng)的模塊圖。
圖2為實(shí)例1中的系統(tǒng)裝置圖。
圖中標(biāo)號(hào)1.加熱電源，2.柵極高壓，3.調(diào)控電壓，4.金屬微尖，5.絕緣微尖套，6.鏤空柵極，7.接收基板，8.材料出口，9.真空腔體，10.接線柱，11.小電流信號(hào)測(cè)量?jī)x，12.加熱用鉭皮，13.鉭金屬尖，14.Alq3材料滴，15.銅絲金屬網(wǎng)具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)施例1按如下的步驟如附圖2，用鉭制作成頂角接近0度角的椎體(針尖)，針桿的直徑約為1mm，針長(zhǎng)2cm，其中1cm夾在加熱用的鉭皮折痕中，剩下1cm露在上方。為了簡(jiǎn)單明了，只制作單層的Alq3器件。
首先將Alq3制成極濃的溶液(溶劑用氯仿)，將清洗干燥好的鉭微尖浸入此濃溶液，然后將微尖提取上來(lái)，下瀝一會(huì)兒再干燥，再浸入、取出、下瀝和干燥，如此反復(fù)，直到微尖上最終得到所需大小的材料滴(直徑約2mm)，然后把沾染在針桿上的材料擦去，在真空干燥箱中干燥1小時(shí)，取出針桿后將其夾在用于加熱的鉭皮折痕中，在它上面垂直距離2cm處固定ITO的基板，裝一片ITO玻璃基板，ITO的尺寸是3cm*2cm，針尖和ITO導(dǎo)電玻璃都用銅絲金屬網(wǎng)靜電屏蔽起來(lái)，然后整個(gè)系統(tǒng)都放置在真空系統(tǒng)中，工作時(shí)真空度保持在2.0*10-4帕左右。
加熱時(shí)鉭皮的電源調(diào)在20伏、6安培的位置，在ITO和鉭皮間加5000伏的直流電壓，ITO上接正極，微尖上的接負(fù)極。帶電粒子出來(lái)所形成的電流大小用Keithly的小電流信號(hào)測(cè)量?jī)x檢測(cè)和控制。真空腔體上的電極接線柱要用陶瓷進(jìn)行保護(hù)，避免高壓下腔體上暴露在大氣中的電極之間發(fā)生空氣擊穿。
權(quán)利要求
1.一種真空熱蒸鍍成膜方法，以傳統(tǒng)的真空熱蒸鍍成膜技術(shù)為基礎(chǔ)，其特征在于引入強(qiáng)電場(chǎng)，使蒸發(fā)源里的材料分子或粒子帶上電荷，再通過(guò)加熱蒸發(fā)，使這些帶電分子或者粒子飛出，并在電磁場(chǎng)控制下精確飛向基板，最終成膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于采用金屬微尖式蒸發(fā)源，該蒸發(fā)源由里面的金屬微尖和外面的絕緣微尖套及待蒸發(fā)材料構(gòu)成，絕緣微尖套的頂部開有一個(gè)直徑為0.1-3.0mm的微孔作為材料蒸發(fā)口，待蒸發(fā)材料設(shè)置于金屬微尖與絕緣微尖套之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于在金屬微尖上方0.1-10cm的位置處設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電柵極，金屬微尖和柵極之間施加10伏-100000伏之間的高電壓，系統(tǒng)的真空度保持10-2到10-6帕；在柵極后面加上電磁場(chǎng)控制電路，對(duì)飛出的粒子束進(jìn)行篩選、聚焦、加速、減速，以及定向飛行的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于如果是用金屬微尖自身通電加熱，所述金屬微尖的材料采用鎢、鉭、鉬、鈦、鋯、鎳、石墨、鎢鉬合金之中一種；如果金屬微尖是通過(guò)外部加熱的，所述金屬微尖材料采用鎢、鉭、鉬、鈦、鋯、鎳、銅、鋁、錳、鉛、鋇、鈷、銻、鉍、鉻、鎂、錫、石墨、鎢鉬合金、鑄鐵、碳素鋼、青銅之中一種；金屬微尖的角度為0-70度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于金屬微尖系統(tǒng)的外部加熱方式是陶瓷坩堝加熱，或者是鎢、鉭、鉬、鈦、鋯、鎳、石墨、鎢鉬合金之一做成的坩堝或者舟加熱，或者是激光輻射加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于加熱蒸發(fā)溫度控制在所用金屬微尖的材料的熔點(diǎn)或者升華溫度以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于所述導(dǎo)電柵極材料采用鎢、鉭、鉬、鈦、鋯、鎳、銅、鋁、錳、鉛、鋇、鈷、銻、鉍、鉻、鎂、錫、石墨、鎢鉬合金、鑄鐵、碳素鋼、青銅、不銹鋼，柵極形狀為網(wǎng)格形狀，或圓形鏤空形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真空熱蒸鍍成膜方法，起特征在于所述電磁場(chǎng)控制電路采用類似陰極射線管的控制電路形式。
全文摘要
本發(fā)明為一種利用強(qiáng)電場(chǎng)的真空熱蒸鍍成膜方法。它以傳統(tǒng)的真空熱蒸鍍成膜方法為基礎(chǔ)，引入強(qiáng)電場(chǎng)，使蒸發(fā)源里的材料粒子帶上電荷，再通過(guò)加熱蒸發(fā)，使這些帶電的分子或粒子飛出，飛出的分子或粒子在電磁場(chǎng)的調(diào)控下精確飛向基板，最終成膜。與傳統(tǒng)的熱蒸發(fā)相比，本發(fā)明能夠?qū)φ舭l(fā)出來(lái)的粒子的飛行方向和速度進(jìn)行精確控制，從而提高所得到的光電子與磁器件的光電磁性能，并帶來(lái)一系列其他領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C23C14/24GK1605652SQ20041006624
公開日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者黃維, 邢貴川, 李笑然, 鐘高余, 許軍 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)