專利名稱：冷凝效應(yīng)最小化的蒸汽沉積源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸汽沉積材料到基體上的一種改進方式，所述方式具有改進的均勻性。
背景技術(shù)：
有機發(fā)光器件，也稱有機電致發(fā)光器件，可通過在第一和第二電極之間夾入兩個或多個有機層來構(gòu)建。
在具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的無源矩陣有機發(fā)光器件(OLED)中，多個橫向分隔的透光陽極(例如氧化銦錫(ITO)陽極)在諸如玻璃基體等透光基體上形成，作為第一電極。然后在壓力通常低于10-3Torr(1.33×10-1Pa)的減壓室中通過蒸汽沉積來自相應(yīng)源的相應(yīng)有機材料，依次形成兩個或多個有機層。除了摻雜或未摻雜的有機發(fā)光材料外，在各種OLED的制造中使用的典型的有機層為摻雜或未摻雜的有機空穴注入材料、摻雜或未摻雜的有機空穴傳輸材料和摻雜或未摻雜的有機電子傳輸材料，其中摻雜指加入微量組分以提高給定材料或由其構(gòu)造的器件的電學(xué)性能、光學(xué)性能、穩(wěn)定性能或壽命。多個橫向分隔的陰極被作為第二電極沉積在有機層的最上面一層上。所述陰極相對所述陽極的角度通常為直角。
施加電位(也稱為驅(qū)動電壓)將使在適當(dāng)?shù)牧?陽極)和連續(xù)地各行(陰極)之間的這類傳統(tǒng)的無源矩陣有機發(fā)光器件工作。當(dāng)陰極相對于陽極被加上負的偏壓時，光從陰極和陽極的重疊部分所限定的像素發(fā)射出來，發(fā)出的光通過陽極和基體到達觀察者。
在有源矩陣有機發(fā)光器件(OLED)中，薄膜晶體管(TFT)提供陽極陣列作為第一電極，該電極與相應(yīng)的透光部分連接。兩個或多個有機層按照與構(gòu)建前述無源矩陣器件基本相同的方式通過蒸汽沉積依次形成。一個公用陰極被作為第二電極沉積在有機層的最上面一層上。有源矩陣有機發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)和功能見述于美國專利5,550,066，該專利的公開通過引用結(jié)合到本文中。
在有機發(fā)光器件的構(gòu)建中有用的有機材料、蒸汽沉積有機層的厚度和層的構(gòu)造形式見述于例如美國專利4,356,429、4,539,507、4,720,432和4,769,292，這些專利的公開通過引用結(jié)合到本文中。
其他種類的成像器件(如用于計算機X光照片的成像磷光體和用于數(shù)字X光照片的x-射線光導(dǎo)器件)取決于在大面積上均勻涂覆活性材料的能力。
對于足夠小的基體，可采用點源法(point source approach)涂覆，其中待沉積的材料從局部受熱的坩堝散發(fā)出來，基體被安放在距離局部蒸發(fā)區(qū)域足夠遠的地方以便涂層沿著基體足夠均勻。隨著基體尺寸增大或工作距離減小，常常需要使基體相對局部源轉(zhuǎn)動或做行星運動，以產(chǎn)生期望的均勻性。
通過加長蒸發(fā)源并提供源與基體的相對平移，可在相當(dāng)小的工作距離上獲得期望的均勻性，并在需要時還可獲得相當(dāng)高的速率和更好的材料利用。將這樣的工藝放大應(yīng)用于大面積(即至少一維大于15cm的基體)上較點源法容易得多。
Robert G.Spahn已在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6,237,529中公開了用于向制造有機發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)上熱物理蒸汽沉積有機層的加長源。Spahn公開的源包括一個外殼，其限定了用于接納可汽化的固體有機材料的封閉空間。所述外殼還由一個頂板限定，頂板上有蒸汽射流縫隙開口，使汽化的有機材料通過該縫隙達到結(jié)構(gòu)表面上。限定封閉空間的外殼與頂板相連。Spahn公開的源還包括一個連在所述頂板上的傳導(dǎo)性擋板件。該擋板件通過阻止視線(line of sight)進入封閉空間中固體有機材料的表面而阻止有機材料顆粒穿過頂板中的縫隙。當(dāng)向外殼施加電位使封閉空間中的固體有機材料受熱從而使固體有機材料蒸發(fā)時，顆粒可從所述固體材料表面噴射出。借助擋板的適當(dāng)尺寸和間距，汽化的材料和任何噴射出的顆粒在通過縫隙離開之前必須先碰到源內(nèi)至少一個內(nèi)表面。
對共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6,237,529中公開的沉積源的改進已通過以開口陣列代替所述縫隙實現(xiàn)，如Dennis R.Freeman等在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請公開2003/0168013A1中所述。除了克服與縫隙幾何形狀相關(guān)的不均勻性外，F(xiàn)reeman等還證實了通過改變開口間的間距(使它們在末端附近的間距更近)補償末端效應(yīng)(即源的有限長度和由此引起的源末端處相對沉積速率下降)的能力。
此外，加熱器熱生成中的任何不均勻性或待沉積材料的吸熱或所述材料在源內(nèi)的分布都可能引起沿源長度方向沉積的不均勻性。然而，除了用來輸送材料蒸汽的開口外，不均勻性的另一個可能來源是源封閉空間內(nèi)非預(yù)期的泄漏。如果源端處存在這樣的泄漏，從源中心到源末端的蒸汽流可引起源內(nèi)產(chǎn)生壓力梯度，從而導(dǎo)致所得沉積不均勻。
Forrest等(美國專利6,337,102B1)公開了蒸發(fā)有機材料和有機前體以及輸送它們到基體所在的反應(yīng)容器的方法，自固體或液體生成的蒸汽的輸送通過使用載氣實現(xiàn)。在其發(fā)明的一個實施方案中，F(xiàn)orrest等將基體安置在一個適當(dāng)大的反應(yīng)容器中，被帶到此處的蒸汽在基體上混合并反應(yīng)或冷凝。其發(fā)明的另一個實施方案集中在涉及大面積基體的涂覆和使若干這樣的沉積過程彼此連續(xù)發(fā)生的應(yīng)用上。對于該實施方案，F(xiàn)orrest等公開了通過氣體歧管(在所述說明書中被定義為“帶一行孔洞的中空管”)供給的氣簾的使用，以形成與基體行進方向垂直的沉積材料的連續(xù)線。
Forrest等公開的蒸汽輸送方法可以“遠程蒸發(fā)”來描繪，其中，材料在沉積區(qū)外部、更可能是沉積室外部的器件中被轉(zhuǎn)化為蒸汽。有機蒸汽或單獨或同載氣一起被傳送到沉積室內(nèi)并最終到達基體表面。使用這種方法時必須十分小心地采用適當(dāng)?shù)募訜岱椒ㄒ员苊廨斔凸芫€中不希望的冷凝。當(dāng)打算使用在高得多的溫度下蒸發(fā)達到期望程度的無機材料時，這個問題變得更為關(guān)鍵。而且，用于均勻涂覆大面積的汽化材料的輸送需要使用氣體歧管。Forrest等未提及對這類氣體歧管的要求。
正如從Forrest等的公開中可理解的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可預(yù)期將難以從其中材料沿沉積區(qū)內(nèi)沉積源的長度方向蒸發(fā)的加長源得到均勻的膜。
發(fā)明概述本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用線性熱蒸發(fā)源時沉積材料層中存在不均勻性的原因之一是源內(nèi)蒸發(fā)物材料的冷凝，特別是在任一端內(nèi)壁上的冷凝，這樣引起沉積過程中產(chǎn)生從源中心到源任一端的長度方向上的蒸汽流。
本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供改進的物理蒸汽沉積系統(tǒng)，其中材料沿沉積區(qū)內(nèi)沉積源的長度方向蒸發(fā)，所述沉積區(qū)使內(nèi)部冷凝效應(yīng)最小化并避免前述問題。
上述目標(biāo)通過用于沉積材料到基體上的熱物理蒸汽沉積源實現(xiàn)，所述沉積源包含a)用于接納材料的加長容器，所述容器在加長方向的流導(dǎo)(conductance)為CB；b)用于加熱容器內(nèi)的材料以使材料蒸發(fā)至分壓為Pm的加熱器；c)所述容器有至少一個沿其長度方向布置有多個開口的構(gòu)件，所述開口的總流導(dǎo)為CA，其中CA/CB≤0.5；和d)用于加熱容器各側(cè)以減少材料在容器上冷凝的末端加熱裝置。
按照本發(fā)明，從帶開口的加長容器進行的材料蒸汽沉積可通過減少這類材料在蒸汽沉積過程中的內(nèi)部冷凝得到顯著改善。這在加熱容器末端以減少材料冷凝的若干不同方案中實現(xiàn)。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明的一個加長蒸汽沉積源的示意圖，其末端處的底面向上傾斜以更好地加熱源末端區(qū)域中的材料；圖2是本發(fā)明的一個加長蒸汽沉積源的示意圖，其末端處有受熱的延長件向下伸出以更好地加熱源末端區(qū)域中的材料；圖3是本發(fā)明的一個加長蒸汽沉積源的示意圖，其配備有源加熱末端，其中熱單獨從熱輸入設(shè)備施加到源的其余部分；圖4是一個先有技術(shù)源的不均勻性與沉積速率的函數(shù)圖，其中的源經(jīng)過最初加熱并已經(jīng)過數(shù)小時的工作；圖5是一個先有技術(shù)的源其不均勻性與沉積速率的函數(shù)圖，其中的源已工作數(shù)小時以獲得圖4中的數(shù)據(jù)并然后已冷卻過夜；圖6是一個按本發(fā)明制造的如圖1所示的源其不均勻性與沉積速率的函數(shù)圖，其中的源經(jīng)過最初加熱并已經(jīng)過數(shù)小時的工作；圖7是一個按本發(fā)明制造的如圖2所示的源的不均勻性與沉積速率的函數(shù)圖，其中的源經(jīng)過最初加熱并已經(jīng)過數(shù)小時的工作。
發(fā)明詳述盡管下面的討論圍繞有機發(fā)光器件展開，但很明顯相同的發(fā)明也可適用于堿金屬鹵化物磷光體、非晶半導(dǎo)體和其他熒光、磷光或光敏層的沉積，包括通過電離輻射作用(如x-射線、γ射線、電子或其他其能量足以使原子或分子電離的能量物種)發(fā)熒光的那些以及用于基于這類熒光或光敏層的器件中的多種其他材料。
本發(fā)明通過提供加熱容器末端以減少材料在容器上的冷凝的方案提供了使內(nèi)部冷凝效應(yīng)最小化的方法。
不易受材料分布和加熱的不均勻性以及沿源長度方向產(chǎn)生蒸汽流的泄漏的影響的線性熱蒸發(fā)源的設(shè)計見述于Jeremy M.Grace等于2003年1月28日提交的名為“設(shè)計熱物理蒸汽沉積系統(tǒng)的方法(Method of Designing a Thermal Physical Vapor Deposition System)”的共同轉(zhuǎn)讓美國專利申請第10/352,558號，該專利的公開通過引用結(jié)合到本文中。獲得這種改進性能的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)是流導(dǎo)比，即開口的總流導(dǎo)CA與源體或“蒸發(fā)舟皿(boat)”沿其長度的流導(dǎo)CB之比。
所述源體或蒸發(fā)舟皿應(yīng)理解為可以是直接接納待蒸發(fā)材料的容器，或是容器與容器中提供以接納這類材料的坩堝的組合，或是源內(nèi)部用于接納所述材料并將汽化的材料向開口散布的任何結(jié)構(gòu)。CB代表對所述蒸發(fā)舟皿長度方向上蒸汽流的凈流導(dǎo)。流導(dǎo)CA指對開口處的蒸汽流的流導(dǎo)。
蒸汽流可從待沉積的汽化材料的壓力Pm或汽化材料的分壓Pm外加另外的氣體下生成。所述另外的氣體優(yōu)選惰性氣體如氬、所有其他稀有氣體、氮氣或其他熱和化學(xué)穩(wěn)定的分子氣體。如Jeremy M.Grace等于2003年1月28日提交的名為“設(shè)計熱物理蒸汽沉積系統(tǒng)的方法(Method of Designing a Thermal Physical Vapor DepositionSystem)”的共同轉(zhuǎn)讓美國專利申請第10/352,558號中所公開的(該專利的公開通過引用結(jié)合到本文中)，較低的流導(dǎo)比值---低于0.5、優(yōu)選低于0.1---是使沿蒸發(fā)舟皿長度方向上的壓力不均勻性最小化所必需的。
所述流導(dǎo)比可通過減小開口尺寸或通過增大源體的橫截面尺寸(所述橫截面尺寸為高和寬，這里，長定義為沿開口板的長軸方向)而降低。在前一種情況下，產(chǎn)生給定的沉積速率所需的壓力將隨開口尺寸減小而增大，從而使有機材料需要被加熱到更高的工作溫度下，這對易于熱解的有機材料來說是不希望的。在后一種情況下，增大的橫截面代表著任一末端較大的壁面積。
流導(dǎo)比CA/CB的降低也可通過增大源體內(nèi)的壓力(或者是或者包括Pm和惰性氣體的分壓)以便達成過渡或粘滯流態(tài)從而使流導(dǎo)CB隨壓力增大來實現(xiàn)。如果在升高的源體壓力下開口保持分子流或早期過渡流(即開口的Knudsen數(shù)保持在1以上或附近)，流導(dǎo)比將減小，因為CB將較CA以更大比例增大。這里，Knudsen數(shù)K是氣體分子的平均自由程與求算Knudsen數(shù)的對象中的最小尺寸之比。
當(dāng)0.01＜K＜1時，過渡流態(tài)適用。當(dāng)K＞1時，蒸汽流為分子流，靠分子與壁碰撞并從壁上重新逸出而發(fā)生。當(dāng)K＜0.01時，發(fā)生粘滯流。在粘滯流中，流導(dǎo)取決于壓力與粘度之比以及幾何因素。對于三(8-喹啉酚根)合鋁(Alq)尺寸的分子，在Pm＜13Pa時，有一個小尺寸為約0.5mm的開口將呈現(xiàn)分子流態(tài)。高于此壓力及對于更大的開口尺寸，隨Pm或開口尺寸繼續(xù)增大，流體將從過渡流轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿鳌?br> 當(dāng)容器或坩堝的端壁較源中心區(qū)域中的壁和其他表面明顯較冷時，材料有冷凝到所述端壁上的趨勢。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該冷凝可推動源體內(nèi)蒸汽的顯著流動，從而產(chǎn)生源中心到各端的壓力降，所述壓力降再沿源的長度方向產(chǎn)生沉積速率的不均勻性。蒸發(fā)物材料繼續(xù)冷凝到源端上，直至冷凝材料的表面可被加熱(或者通過材料較差的導(dǎo)熱性或者是材料表面與熱源(即擋板和開口板或獨立加電的加熱器)的緊密接近或者二者加熱)并汽化到對抗冷凝蒸汽流。過了此點之后，壓力不均勻性大大減輕，均勻性能得到改善。
源的均勻性受源體內(nèi)冷凝效應(yīng)負面影響的過渡期取決于期望的來自源的蒸汽的質(zhì)量流量、源內(nèi)的幾何因素、源的供熱詳情和流導(dǎo)比。對于實用的源幾何形狀和速率，過渡期可為許多小時并可能導(dǎo)致制造時間和材料的浪費。
回到圖1，其中給出了有長方形截面的加長容器1的加長蒸汽沉積源的示意圖。加長容器1中充滿可汽化的材料2(蒸發(fā)物)。源體由蓋或罩3密封。在圖1中，開口4沿蓋3的中心軸成一排排列。盡管所示開口位于用來密封容器的頂面中，但開口4并非必須位于頂面，且密封面(即蓋或罩)不必為容器的頂面。術(shù)語構(gòu)件(包括開口)將用來包括任何上述配置。
開口4可呈任何延伸圖案，包括多排、交錯或成一直線，并可呈任何形狀，包括圓形、長方形、橢圓形、卵形或正方形。容器1的橫截面還可為長方形以外的形狀(例如圓形、橢圓形、多邊形)。此外，蓋或罩3可直接密封到容器1上或可蓋住容器1中的開口。多種夾鉗或金屬絲(如張力帶、螺絲虎鉗夾、帶螺栓和螺紋孔的內(nèi)法蘭或帶通孔及螺母的外法蘭等)可用來固定與容器接觸的蓋或罩。
開口4的布置可采取不同的尺寸、形狀或間距，以補償沉積源末端附近沉積速率的損失，從而改善所獲涂層厚度的均勻性。開口4尺寸的選擇應(yīng)使總的開口流導(dǎo)CA(如可按John F.O’Hanlon在AUser’sGuide to Vacuum Technology(真空技術(shù)用戶指南)(John Wiley & Sons，New York，1989，Chapter 3)中提供的公式計算得到)小于0.5CB，優(yōu)選小于0.1CB，其中CB為對蒸發(fā)舟皿(容器)中蒸汽流沿其長度方向上的流導(dǎo)。CB可按John F.O’Hanlon在A User’s Guide to Vacuum Technology(真空技術(shù)用戶指南)(John Wiley & Sons，New York，1989，Chapter 3)中提供的公式計算得到。如Jeremy M.Grace等于2003年1月28日提交的名為“設(shè)計熱物理蒸汽沉積系統(tǒng)的方法(Method of Designing aThermal Physical Vapor Deposition System)”的共同轉(zhuǎn)讓美國專利申請第10/352,558號所述(該專利的公開通過引用結(jié)合到本文中)，源的工作壓力由期望的質(zhì)量流量(從期望的涂覆速率確定)和總的開口流導(dǎo)CA決定。在計算流導(dǎo)CA和CB時，必須考慮該工作壓力。
擋板6阻止顆粒物質(zhì)向開口噴射并確保離開開口的蒸汽已與容器內(nèi)表面碰撞以建立良好的材料流。蓋或罩或構(gòu)件3可以是電導(dǎo)性的，源體或容器是電絕緣的，或反過來，或二者同時是電絕緣或電導(dǎo)性的。端連接5可用于力學(xué)固定和用于與頂面建立電接觸(當(dāng)頂面被用作電阻加熱器時)?；蛘?，電饋通件(未示出)可穿過容器的一個表面或多個表面安置，以與擋板6或容器1內(nèi)部另外的加熱器(未示出)建立電接觸。帶開口4的構(gòu)件3的表面可與擋板6分別加熱或與擋板6(或內(nèi)部加熱器)以串聯(lián)或并聯(lián)方式加熱?；蛘?，所述源可由外接電源(未示出)輻射加熱。
容器的傾斜端壁7(或末端處向上傾斜的底面)通過增加向熱源的視角因數(shù)(view factor)從而保持源端附近較高的溫度(較垂直端壁而言)來減少其上的內(nèi)部冷凝。傾斜的端壁7(或者端壁7附近向上傾斜的底面)也阻止材料聚集在如果沒有采用傾斜壁設(shè)計時比加長源的中心部分明顯較冷的區(qū)域中。傾斜壁7也可在容納材料的坩堝(未示出)內(nèi)壁上而不在容器1的壁上實施。此外，坩堝(未示出)的內(nèi)壁和外壁可成形為適應(yīng)容器1的傾斜壁7。
減輕內(nèi)部冷凝效應(yīng)的另一種方法在圖2中描繪，其中給出了有長方形截面的加長蒸汽沉積源的示意圖。同圖1，容器11中充滿蒸發(fā)物12。帶開口14的蓋13和端連接15用來加熱蒸發(fā)物材料。擋板16阻止顆粒物質(zhì)向開口噴射并確保離開開口的蒸汽已與容器內(nèi)表面碰撞以建立良好的材料流。上述部件的各種配置以及加熱的各種配置和技術(shù)同對圖1的描述。開口14和容器11的尺寸根據(jù)上面提到的流導(dǎo)標(biāo)準進行選擇。此外，兩個延長件18被固定在受熱件13上并沿垂直端壁向下伸出以便對容器11的末端輻射加熱，從而減輕源端處的內(nèi)部冷凝效應(yīng)。作為選擇或同時，延長件19被固定在擋板16上以便對容器11的末端輻射加熱，從而減輕源端處的內(nèi)部冷凝效應(yīng)。
圖1和2中所示的減輕內(nèi)部末端冷凝效應(yīng)的方法為被動法(passivetechniques)。消除末端冷凝效應(yīng)的主動法(active technique)見圖3中所示，其中給出了加長蒸汽沉積源的縱剖面略圖。同前面圖中的描述，該源有一個容器21、蒸發(fā)物22、受熱蓋23、開口24、端連接25和擋板26。開口24和容器21的尺寸根據(jù)上面提到的流導(dǎo)標(biāo)準進行選擇。
此外，加熱件29位于容器21的末端附近以對垂直端壁供熱。末端加熱件29提供了在蓋或罩23各側(cè)靠近各端開口24的位置上加熱容器21末端的一種方式以減少材料在容器21上的冷凝，從而阻止容器21端壁上的內(nèi)部冷凝。這些構(gòu)件29可成形為優(yōu)先加熱容器21的末端和其中的坩堝34。電導(dǎo)線30用來與受熱蓋23獨立地驅(qū)動末端加熱構(gòu)件29?；蛘撸赏ㄟ^外接電源實現(xiàn)源端的輻射加熱。
此外，圖3中示意了下輻射防護屏31、上輻射防護屏32和隔離板33。輻射防護屏31或32和隔離板33也可用于圖1-2中所示的源，但沒在這些附圖中示出。它們可配置為可對圖3中所示的末端進行外部輻射加熱(未示出)或內(nèi)部加熱。上輻射防護屏32在其頂面中有開口區(qū)以便蒸發(fā)物能穿過源達到基體處。出于相同的目的，隔離板33也有開口區(qū)并用來將受熱蓋23與容器21隔離開來(熱隔離和電隔離)。
此外還提供了一個基體平移組件35(該組件支持并平移基體36)和一個源平移組件37(該組件平移容器21)。平移組件35和37提供容器21和基體36間的相對運動。坩堝34、基體平移組件35和源平移組件36可在圖1和2所示的源中實施?；w36和容器21的平移可為電機驅(qū)動蝸輪、電機驅(qū)動導(dǎo)螺桿和導(dǎo)螺桿隨動機構(gòu)、磁力耦合滑動機構(gòu)或其他方案，以提供基體36和容器21間的相對運動，使基體運動垂直于容器21的加長軸。平移容器21或基體36的方式也可包括波紋管組件或窩形或伸縮式防護屏，以保護平移機構(gòu)免于積聚沉積材料。
單一電源38或多電源38用來通過電導(dǎo)線向末端加熱構(gòu)件29施加電流。使用電源38，施加的電流可通過可調(diào)變壓器、可變電阻器的使用、通過改變交流波形(電壓或電流)的占空比等加以調(diào)節(jié)。
實施例本發(fā)明及其優(yōu)點由下面的具體實施例進一步說明。在每個這些實施例中均提供了用于接納材料的加長容器，所述容器在加長方向上的流導(dǎo)為CB。加熱器加熱容器中的材料使材料蒸發(fā)至分壓為Pm。容器有至少一個沿其長度方向布置有多個開口的構(gòu)件，所述開口的總流導(dǎo)為CA；其中CA/CB≤0.5。
實施例1無末端加熱器50cm長、由不銹鋼板材制成的容器用開口板/加熱器組件蓋住。用GrafoilTM墊片將蓋和容器間密封起來，并用由CogemicaTM制成的墊片防止蓋與容器間的電路短路。墊片、蓋和夾持器件周邊均圍繞有孔，通過其給容器固定上螺栓并上緊，以將蓋固定到容器上。
開口板有49個開口，在板中央32cm上，開口的中心間距1cm。末端處的間距變化如下。開口1-9各自的中心位置為0、6、12、19、26、34、42、51和60mm。開口40-49各自的中心位置為380、389、398、406、414、421、428、434和440mm。選擇這樣的開口間距式樣是為了補償有限源的尺寸效應(yīng)，該尺寸效應(yīng)引起源端附近沉積速率的損失。所述開口為長方形槽，寬0.0125cm，長0.5cm。
50cm長容器的橫截面為長方形，寬為3.3cm，深為4.6cm。固定了開口組件的容器的內(nèi)部尺寸為約3.2cm寬、4.6cm深。容器安放在真空室內(nèi)的不銹鋼輻射防護屏封閉空間中，高電流導(dǎo)線接到開口板(蓋)的各端(端部接頭)上。
開口-基體距離為12.5cm。在基體平面中，沿源的長度方向并直接在源中心長軸的上方安放了一排八個石英晶體監(jiān)視器。傳感器的位置如下。傳感器1直接安放在開口1的上方(如前所述高度為12.5cm的地方)。傳感器2-8沿源軸方向安放，其各自距離傳感器1的位置為6.3、12.6、18.9、25.1、31.4、37.7和44cm。傳感器1和8用來監(jiān)視有限源尺寸效應(yīng)引起的源端處輸出的下降。傳感器2-7用來計算不均勻性[均勻性＝(最大速率-最小速率)/(最大速率+最小速率)]和平均速率(傳感器2-7讀數(shù)的平均值)。由于來自加長蒸汽源的沉積曲線通常相對于中心對稱，所以傳感器的讀數(shù)被成對地平均(2和7、3和6及4和5)，以減小與傳感器工作相關(guān)的噪音。不均勻性在三對傳感器的平均值基礎(chǔ)上計算。
對于三(8-喹啉酚根)合鋁(Alq)，在源-基體距離為12.5cm時，該源在壓力Pm為約6.5Pa下工作以產(chǎn)生50A/s的沉積速率(在中心區(qū)域)。在所給開口尺寸下，當(dāng)材料的裝載深度為2.6cm且上面所述的沉積速率為1A/s時，流導(dǎo)比CA/CB的計算值小于0.4，在50A/s的速率下，流導(dǎo)比降至0.05以下。當(dāng)材料的裝載深度為1.3cm且上面所述的沉積速率為1A/s時，流導(dǎo)比的計算值小于0.2，在50A/s的速率下，流導(dǎo)比降至0.02以下。沉積速率為1A/s(Pm～0.13Pa)時的極限流導(dǎo)比(對于可忽略量的裝載材料)小于0.1，50A/s(Pm～6.5Pa)時小于0.01。
在源中裝上1.3cm深的200g三(8-喹啉酚根)合鋁(Alq)，沿源長度方向安放一鋁擋板，從源端懸掛下來，使之位于開口板下方2.7mm處。源組件安放在石英晶體監(jiān)視器陣列下方并在各端接上電流導(dǎo)線(通過連接到開口板上)，對系統(tǒng)抽真空至基礎(chǔ)壓力≤2×10-6mbar。
沿開口板施加加熱電流，源的輸出勻變上升至在傳感器陣列上產(chǎn)生可探測到的沉積速率。用加熱電流控制速率，8小時內(nèi)平均速率從零增大到約50A/s，此后減至4-8A/s之間，并保持14小時。然后在3小時內(nèi)再次將速率增大到約50A/s，然后在2小時內(nèi)降至10A/s，然后在4小時內(nèi)降至2A/s。然后讓源冷卻到零速率。
圖4中給出了最初8小時速率勻變上升(空心圓○)和接下來24小時內(nèi)后續(xù)操作(實心菱形◆)的結(jié)果。以不均勻性隨平均速率的變化作圖。如圖4可見，在早期操作中，不均勻性隨速率(和操作時間)增大而下降。
不均勻性隨速率的最初下降起因于增大的源工作壓力和源內(nèi)部流導(dǎo)的相應(yīng)增大(如Jeremy M.Grace等于2003年1月28日提交的名為“設(shè)計熱物理蒸汽沉積系統(tǒng)的方法(Method of Designing a ThermalPhysical Vapor Deposition System)”的共同轉(zhuǎn)讓美國專利申請第10/352,558號中所述，該專利的公開通過引用結(jié)合到本文中)，二者提高了其對沿源長度方向的蒸汽流的耐受度(該蒸汽流由源端處的內(nèi)部冷凝推動)。隨后在較高的速率(40-50A/s)下不均勻性的急劇下降與隨著末端冷凝效應(yīng)減輕所導(dǎo)致的沿源長度方向蒸汽流的減小相關(guān)。超過這一操作點，沿源長度方向的蒸汽流減小至其效應(yīng)可以忽略不計的程度，在較寬的沉積速率范圍內(nèi)，不均勻性為約5％。
在源經(jīng)冷卻并留置若干小時后，將源從室中取出并檢查而不改變Alq蒸發(fā)物材料的位置，蒸發(fā)物材料此時已明顯遷移到源容器內(nèi)邊緣。然后重新裝配源并放回室中。施加加熱電流，3小時內(nèi)源輸出勻變至10A/s，之后，使源在該速率下保持10小時。然后使源在14小時內(nèi)勻變至50A/s并回降至4A/s。接著再進行一次勻變12小時內(nèi)變至50A/s并回降至10A/s，然后速率在2小時內(nèi)降至2A/s。斷開源，讓其冷卻。
圖5所示為從材料已經(jīng)遷移(因內(nèi)部冷凝效應(yīng)所致)開始的實驗過程，最初速率勻變上升(空心圓○)和其余時間內(nèi)后續(xù)操作(實心菱形◆)的結(jié)果。如圖5可見，均勻性總體上在較寬的速率范圍內(nèi)與操作速率無關(guān)，且不均勻性對速率不呈現(xiàn)滯后，如圖5所見。該實驗過程進一步證明不均勻性滯后行為是與前述內(nèi)部冷凝效應(yīng)相關(guān)的過渡現(xiàn)象。
實施例2使用上面實施例1中同樣的實驗器件，外加加熱容器末端，以減少材料在容器上的冷凝。用帶傾斜端壁的容器(如圖1中所示意的容器)代替實施例1中的長方形容器。端壁對水平面的傾斜角度為大約35度。源中裝入200g Alq并將源安裝在實施例1中所述傳感器陣列下方的真空室中。給定速率下的流導(dǎo)比和工作壓力如實施例1中所述。
沿開口板施加加熱電流，源的輸出勻變上升至在傳感器陣列上產(chǎn)生可探測到的沉積速率。用加熱電流控制速率，8小時內(nèi)平均速率從零增大到約50A/s，此后減至4-8A/s之間，并保持14小時。然后在2小時內(nèi)再次將速率增大到約50A/s，然后減至30A/s并在該速率下保持12小時。接著在4小時內(nèi)將速率減至10A/s，然后再進一步減至2A/s并在該速率下保持10小時。斷開源，讓其冷卻。
圖6所示為最初8小時速率勻變上升(空心圓○)和接下來32小時內(nèi)后續(xù)操作(實心菱形◆)的結(jié)果。以不均勻性隨平均速率的變化作圖。如圖6可見，相對于先有技術(shù)實施例1的圖4中所示，不均勻性的滯后性顯著降低。
同實施例1中一樣，取出實施例2的源并檢查而不干擾容器中Alq蒸發(fā)物的分布。然后重新裝配并以與初始運行過程類似的方式運行(8小時內(nèi)勻變上升至50A/s，接著勻變并停留在較低的速率下，包括在接下來的22小時內(nèi)第二次勻變到50A/s，然后斷開并讓其冷卻數(shù)小時)。不均勻性隨該材料已預(yù)先遷移的第二次運行過程的速率的變化與圖5中所示相同，表明圖6中所示的顯著降低的滯后行為是一種過渡效應(yīng)。
實施例3使用上面實施例1中同樣的實驗器件，外加加熱容器各側(cè)的結(jié)構(gòu)，以減少材料在容器上的冷凝。向開口板(圖2中的蓋13)的各端點焊上金屬板片(圖2中的延長件18)。源中裝入200g Alq并將源安裝在實施例1中所述傳感器陣列下方的真空室中。給定速率下的流導(dǎo)比和工作壓力如實施例1中所述。
沿開口板施加加熱電流，源的輸出勻變上升至在傳感器陣列上產(chǎn)生可探測到的沉積速率。用加熱電流控制速率，8小時內(nèi)平均速率從零增大到約50A/s，此后減至4-8A/s之間，并保持14小時。然后在1/2小時內(nèi)再次將速率增大到約50A/s并在該速率下保持12小時。接著在2小時內(nèi)將速率減至20A/s，然后再在2小時內(nèi)減至10A/s。將源斷開，讓其冷卻到零速率。
圖7中給出了最初8小時速率勻變上升(空心圓○)和接下來32小時內(nèi)后續(xù)操作(實心菱形◆)的結(jié)果。以不均勻性隨平均速率的變化作圖。如圖7可見，相對于先有技術(shù)實施例1的圖4中所示，不均勻性的滯后性顯著降低。
同實施例1中一樣，取出實施例3的源并檢查而不干擾容器中Alq蒸發(fā)物的分布。然后重新裝配并以與初始運行過程類似的方式運行(8小時內(nèi)勻變上升至50A/s，接著勻變并停留在較低的速率下，包括在接下來的22小時內(nèi)第二次勻變到50A/s，然后斷開并讓其冷卻數(shù)小時)。不均勻性隨該材料已預(yù)先遷移的第二次運行過程的速率的變化與圖5中所示相同，表明圖7中所示的顯著降低的滯后行為是一種過渡效應(yīng)。
零部件清單1，11，21 容器2，12，22 材料3，13，23 蓋4，14，24 開口5，15，25 端連接6，16，26 擋板7 傾斜端壁(向上傾斜的底面)18，19 延長件29 末端加熱元件30 電導(dǎo)線31 下輻射防護屏32 上輻射防護屏33 隔離板34 坩堝35 基體平移組件36 基體37 源平移組件38 電源
權(quán)利要求
1.一種用于沉積材料到基體上的熱物理蒸汽沉積源，所述源包含a)用于接納材料的加長容器，所述容器在加長方向的流導(dǎo)為CB；b)用于加熱容器內(nèi)的材料以使材料蒸發(fā)至分壓為Pm的加熱器；c)所述容器有至少一個沿其長度方向布置有多個開口的構(gòu)件，所述開口的總流導(dǎo)為CA，其中CA/CB≤0.5；和d)用于加熱容器各側(cè)以減少材料在容器上的冷凝的末端加熱裝置。
2.權(quán)利要求1的源，其中所述末端加熱裝置具有傳導(dǎo)性和電阻，同時還包括施加電流的裝置。
3.權(quán)利要求2的源，其中所述施加電流的裝置是可調(diào)的。
4.權(quán)利要求1的源，其中所述末端加熱裝置包括布置在容器各端附近的獨立的加熱元件。
5.權(quán)利要求1的源，其中所述容器包含傾斜端壁或在其末端附近向上傾斜的底面。
6.權(quán)利要求1的源，其中所述末端加熱裝置包括連在加熱器上的延長件或內(nèi)部擋板，以便增強向容器末端的傳熱。
7.權(quán)利要求1的源，其中所述末端加熱裝置在容器末端外部施加熱。
8.權(quán)利要求1的源，其中通過開口的射流為分子流且Pm≤13Pa，其中Pm為汽化材料的分壓。
9.權(quán)利要求1的源，其中通過開口的射流為粘滯流或過渡流且Pm＞13Pa，其中Pm為汽化材料的分壓。
10.權(quán)利要求1的源，所述源進一步包括提供容器和基體間相對運動的裝置。
11.權(quán)利要求1的源，所述源進一步包括向容器中引入惰性氣體以減小CA/CB的裝置。
12.權(quán)利要求11的源，其中所述惰性氣體為氬氣或氮氣。
13.權(quán)利要求1的源，其中所述材料為光導(dǎo)性的或通過電離輻射作用發(fā)光的磷光材料、電致發(fā)光材料。
14.一種用于熱物理蒸汽沉積材料到基體上的源，所述源包含a)具有限定接納材料的區(qū)域的壁的加長容器，所述容器在加長方向的流導(dǎo)為CB，其中所述容器有帶開口的構(gòu)件，并在開口和材料間進一步包含擋板，以阻止汽化材料在未先與容器壁碰撞的情況下穿過構(gòu)件的開口；b)一個或多個相對于壁布置以加熱容器中的材料使材料蒸發(fā)到分壓Pm的加熱元件；c)沿所述構(gòu)件長度方向布置的開口，所述開口的總流導(dǎo)為CA，其中CA/CB≤0.5；和e)用于加熱容器末端以減少材料在容器上的冷凝的末端加熱裝置。
15.權(quán)利要求14的源，其中所述末端加熱裝置具有傳導(dǎo)性和電阻，同時還包括施加電流的裝置。
16.權(quán)利要求15的源，其中所述施加電流的裝置是可調(diào)的。
17.權(quán)利要求14的源，其中所述末端加熱裝置包括電阻加熱器、外部末端加熱器、或連在內(nèi)部加熱器或擋板或二者上的延長件。
18.權(quán)利要求14的源，其中所述末端加熱裝置為成形為優(yōu)先加熱容器端部以減少冷凝的加熱元件。
19.權(quán)利要求14的源，其中所述容器包含傾斜端壁或在其末端附近向上傾斜的底面。
20.權(quán)利要求14的源，其中通過開口的射流為分子流且Pm≤13Pa，其中Pm為汽化材料的分壓。
21.權(quán)利要求14的源，其中通過開口的射流為粘滯流或過渡流且Pm＞13Pa，其中Pm為汽化材料的分壓。
22.權(quán)利要求14的源，所述源進一步包括提供容器和基體間相對運動的裝置。
23.權(quán)利要求14的源，所述源進一步包括向容器中引入惰性氣體以減小CA/CB的裝置。
24.權(quán)利要求23的源，其中所述惰性氣體為氬氣或氮氣。
25.權(quán)利要求14的源，其中所述材料為光導(dǎo)性的或通過電離輻射作用發(fā)光的磷光材料、電致發(fā)光材料。
26.一種涂覆大面積基體的方法，所述方法包含a)將待在工件上沉積的材料裝入加長容器中，所述容器在加長方向的流導(dǎo)為CB；b)加熱容器中的材料以使材料蒸發(fā)到分壓Pm；c)所述容器在加長方向上有一個或多個以延伸圖案分布的開口，以使汽化材料通過所述開口逸出，所述一個或多個開口的流導(dǎo)為CA，其中CA/CB≤0.5；d)加熱容器各端以減少材料在容器上的冷凝；和e)提供基體和加長容器間的相對運動，運動方向與加長方向基本垂直。
27.權(quán)利要求26的方法，其中操作范圍內(nèi)的CA/CB≤0.1。
28.權(quán)利要求26的方法，其中所述開口具有不同的尺寸、形狀或在相鄰的開口間的間隔或其組合，選擇這些參數(shù)以沿容器的加長方向提供基本均勻的汽化材料射流。
29.權(quán)利要求26的方法，其中所述方法用來制造OLED。
30.權(quán)利要求26的方法，其中所述容器中接納的材料包括摻雜或未摻雜的有機空穴注入材料、摻雜或未摻雜的有機空穴傳輸材料、摻雜或未摻雜的有機發(fā)光材料、或摻雜或未摻雜的有機電子傳輸材料。
31.權(quán)利要求26的方法，所述方法進一步包含向容器中引入惰性氣體以減小CA/CB的步驟。
32.權(quán)利要求31的方法，其中所述惰性氣體為氬氣或氮氣。
33.權(quán)利要求26的方法，其中所述材料為光導(dǎo)性的或通過電離輻射作用發(fā)光的磷光材料、電致發(fā)光材料。
34.一種用于熱物理蒸汽沉積材料到基體上的源，所述源包含a)加長容器，所述加長容器限定了包含帶壁的坩堝的封閉空間，同時限定接納材料的區(qū)域，所述容器在加長方向的流導(dǎo)為CB，其中所述容器有帶開口的構(gòu)件，并進一步包含在開口和材料間的擋板，以阻止汽化材料在未先與容器壁碰撞的情況下穿過構(gòu)件的開口；b)一個或多個相對于坩堝壁布置以加熱材料，使材料蒸發(fā)到分壓Pm的加熱元件；c)沿所述構(gòu)件長度方向布置的開口，所述開口的總流導(dǎo)為CA，其中CA/CB≤0.5；和d)用于加熱容器末端和坩堝以減少材料在容器和坩堝上冷凝的末端加熱裝置。
35.權(quán)利要求34的源，其中所述末端加熱裝置具有傳導(dǎo)性和電阻，同時還包括施加電流的裝置。
36.權(quán)利要求35的源，其中所述施加電流的裝置是可調(diào)的。
37.權(quán)利要求34的源，其中所述末端加熱裝置包括電阻加熱器、外部末端加熱器、或連在內(nèi)部加熱器或擋板或二者上的延長件。
38.權(quán)利要求34的源，其中所述用來加熱容器末端的末端加熱裝置為成形為優(yōu)先加熱容器端部以減少冷凝的加熱元件。
39.權(quán)利要求34的源，其中所述容器包含傾斜端壁或在所述容器和坩堝末端附近向上傾斜的底面。
40.權(quán)利要求34的源，其中所述通過開口的射流為分子流且Pm≤13Pa，其中Pm為汽化材料的分壓。
41.權(quán)利要求34的源，其中通過開口的射流為粘滯流或過渡流且Pm＞13Pa，其中Pm為汽化材料的分壓。
42.權(quán)利要求34的源，所述源進一步包括提供容器和基體間相對運動的裝置。
43.權(quán)利要求34的源，所述源進一步包括向容器中引入惰性氣體以減小CA/CB的裝置。
44.權(quán)利要求43的源，其中所述惰性氣體為氬氣或氮氣。
45.權(quán)利要求34的源，其中所述材料為光導(dǎo)性的或通過電離輻射作用發(fā)光的磷光材料、電致發(fā)光材料。
全文摘要
一種用于沉積材料到基體上的熱物理蒸汽沉積源，所述源包含用于接納材料的加長容器(所述容器在加長方向的流導(dǎo)為C
文檔編號C23C14/12GK1922339SQ200580005611
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者J·M·格雷斯, D·R·弗里曼, J·H·克盧格, N·P·雷登 申請人:伊斯曼柯達公司