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)在近二十年內(nèi)的不斷進(jìn)步，人們?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?，F(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，物理氣相沉積還存在很大的問題蒸發(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鍍成膜方法。
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0.5-1.5mm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一個(gè)100伏-100000伏之間的高電壓，系統(tǒng)的真空度保持10-3到10-5帕；在柵極上面加上電磁場(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)，可以是鉭、鎢等；如果是通過別的途徑給它加熱，則只需要有好的導(dǎo)電性和耐熱性就可以了，如銅、鉭、鎢等。加熱的途徑可以是將附著材料的金屬尖放在一個(gè)大坩堝中等。其金屬微尖的角度可以是0-60度之間，在其它條件不變的情況下，一般來(lái)說金屬尖的角度越小，微尖端處的電場(chǎng)就越強(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。有機(jī)半導(dǎo)體材料比如Alq3、NPB、CBP等。
本發(fā)明中，金屬微尖和柵極之間的距離一般控制在0.1cm到10cm之間；其微尖和柵極之間的電壓，一般控制在100伏到100000伏之間，而系統(tǒng)的真空度應(yīng)該保持在10-3到10-5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、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0.5-2.5mm；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)金屬微光。
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極性的電荷，從而通過靜電場(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，成為一種新的得到有序的膜的方法；5、通過調(diào)控電路，可以對(duì)分子進(jìn)行分子量上的篩選，以便準(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?，也就是要找到放電子的最好的通道，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.加熱鉭皮，13.鉭金屬針，14.Alq3材料滴，15.銅絲金屬網(wǎng)具體實(shí)施方式
下面通過具體實(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Kaithly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。
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0.5-1.5mm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100伏-100000伏之間的高電壓，系統(tǒng)的真空度保持10-3到10-5帕；在柵極上面加上電磁場(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，其特征在于所述金屬微尖的材料采用銅、鉭、鎢之一種，金屬微尖的角度為0-60度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于加熱蒸發(fā)溫度控制在金屬微尖的熔點(diǎn)或升華溫度以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于所述導(dǎo)電柵極材料采用鎢、鉭、銅、不銹鋼，柵極形狀為網(wǎng)格形狀，或圓環(huán)鏤空形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真空熱蒸鍍成膜方法，其特征在于所述電磁場(chǎng)控制電路采用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器件的光電性能，并帶來(lái)一系列其他領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C23C14/24GK1598044SQ20041005402
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月26日
發(fā)明者邢貴川, 李笑然, 黃維 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)