專利名稱：連續(xù)的定量可控的干粉鋪涂裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制備固體薄膜及半導體薄膜靶材，或直接制備薄膜的鋪涂干粉的設 備。
背景技術：
陶瓷薄膜、半導體薄膜、以及相應的薄膜器件的產業(yè)化制造技術，需要在大面 積襯底上沉積高純的單質或化合物薄膜。而沉積這類薄膜所用的方法，如濺射、近空 間升華、熱蒸發(fā)等常常要用特定粉體材料經燒結、壓制、蒸發(fā)、升華制成大面積的靶或 源，或者直接用粉體作源。這類粉體源實際上是一層厚度均勻的粉體層，在大多數情況 下，還要求它們具有特定的厚度。眾所周知，漿料易于涂敷成薄層，但是，鑒于有些材 料不能用其粉體制成漿料，因此直接將干粉鋪涂成粉體層便是不二選擇。粉體層的鋪涂看似簡單，但在大面積上制作厚度均勻、且能精確控制的技術及 實施這種技術的裝置并不成熟，也未見報道。粉體的特點是流動性差，不能在重力或壓 力的作用下順暢地流動；粉體不能傳遞壓力，局部的壓力導致局部壓縮，會阻塞流道， 也會造成粉體層質量密度不均勻；粉體，特別是亞微米粉體易于成團，要使這樣的粉體 層厚度均勻必須采用特殊的手段。本發(fā)明針對上述要求和粉體自身的特點作了一系列特別的設計。本裝置可進行 連續(xù)鋪粉過程，可以按要求制作出不同尺寸、不同厚度的連續(xù)粉體層；制作過程能保持 粉體的純度，材料的浪費極小。

發(fā)明內容
本發(fā)明的設備結構如圖1所示。其具體要點如下1、鋪粉的襯底I放置在傳送裝置B上，B可以為履帶、或為滾輪、或為鏈條， 在步進電機的帶動下作水平移動；步進電機可按要求控制其移動速率。A是襯底的運送 小車。2、鋪粉襯底之上裝置一個梯形漏斗如C，如圖1和圖2所示。漏斗材料需確保 器壁不與粉體發(fā)生粘附，利于粉料流動。3、安裝漏斗升降D和粉料出口調節(jié)裝置H，漏斗升降可以確保本裝置適用不同 厚度的襯底。4、漏斗內部安裝了用于撥料的一對齒狀轉動軸E。如圖3的E1和E2，在齒狀 突出部分K刻有一定間隔和寬度的溝槽；這對轉軸彼此嚙合，等速地分別按順時針方向 和逆時針方向轉動，將粉料定量地從兩軸之間向下撥撒；撥撒的量由轉動速率、溝槽橫 截面積與深度、溝槽數目來調節(jié)。5、在選定了一對齒狀轉動軸后，撥撒厚度由齒狀轉動軸的轉速和襯底的移動速 率來調節(jié)。6、漏斗可以有第二種設計，其內部只有一根撥料轉軸L，如圖4所示。撥料轉軸的表面刻有與軸平行的具有一定間隔和寬度的溝槽；撥料轉軸與漏斗內壁密切接合， 在轉動時將溝槽中的粉料從與漏斗內壁的間隙向下撥撒。7、撥料轉軸的溝槽可以有多種設計，如圖5所示類正多邊形，圖5a所示；類 風車形，如圖5b所示；類齒輪形，如圖5c所示；類勛章形，如圖5d;內切弧形，如圖 5e所示。不同的溝槽加工難易不同，撥撒到襯底上的粉體堆積的形狀不同，這可以因粉 體的性質進行選擇。特別是，可以通過增加溝槽的數目來增加粉體層厚度的均勻性。合 理的溝槽數可以從1到256，這取決于撥料轉軸的直徑。8、在漏斗的第二種設計中，與撥料轉軸密切接觸的是一塊與漏斗上端用鉸鏈M 鏈接的自動下垂的板N。如圖4所示。9、設計了粉末回收裝置，可以有效避免源材料的浪費。與現有技術相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點1)能制備不同尺寸的粉末源，可以根據使用需要獲得理想的尺寸。2)能制備出厚度可調的粉末源，可以滿足不同沉積薄膜的工藝條件要求。3)能制備出不同形狀的粉末源，根據使用要求，可以制作成連續(xù)的源，也可制 作成非連續(xù)的源。4)通過升降與出口調節(jié)裝置，能滿足不同載體所需源的制作要求。5)本發(fā)明的漏斗連及襯底和襯底傳送機構，可成為一臺制備設備中的連續(xù)加料 裝置而使用，即，可以不斷地形成源或靶，它們隨即被在線使用；漏斗連及撥料轉軸成 為一臺制備設備中的連續(xù)加料裝置而使用，它撥撒下來的粉體立即被加熱，或蒸發(fā)、或 升華，淀積在樣品上形成薄膜。5)通過回收裝置，有效避免源材料浪費。6)本發(fā)明可以實現連續(xù)鋪粉，生產過程中所需能耗很小，符合節(jié)能的要求。 四

附圖為本發(fā)明的鋪涂粉末設備圖。圖1為整體結構圖其中，A為運輸車，用作轉移襯底；B為傳送裝置，可以 為履帶、或為滾輪、或為鏈條；C為梯形漏斗；D為可調裝置，可按照需要調節(jié)容器高 度；I為襯底，用于盛裝粉料；J為粉末回收裝置。圖2為漏斗結構圖E為齒狀轉動軸，可以控制粉料流動速度；F為限位裝置， 能防止齒狀輪帶動粉料轉入后部；G為定位裝置，感應襯底運動位置；H為粉料流出開 口，可以調節(jié)寬度及長度；P為預留噴口。圖3為對轉軸E結構圖K為轉軸齒狀突出部分，上面刻有一定間隔和寬度的溝槽。圖4為具有單撥料轉軸的漏斗結構圖L為轉動軸；M為板N與漏斗鉸鏈的位置。圖5為轉動軸L上具有一定間隔和寬度的溝槽結構圖圖5a為類正多邊形；圖 5b為類風車形；圖5c為類齒輪形；圖5d為類勛章形；圖5e為內切弧形。圖6為粉料回收裝置圖6a為能向一個方向轉動90°的回收托盤；圖6b為可 以拆卸的托盤。五具體實施例方式根據附圖所示的鋪粉設備結構圖，可以按如下方式實施本發(fā)明根據鋪粉襯底I的外形尺寸，調節(jié)漏斗升降位置D，確保粉料出口端與襯底邊緣 有一定間隙；調節(jié)粉料出口 H，確保粉料能完全鋪涂在襯底上而不超過襯底邊緣溢出； 調節(jié)齒狀傳動軸轉速和襯底移動速度以獲得所需的撥撒粉體厚度。實施例一本裝置的漏斗可由有機或無機材料構成，撥料為一對轉軸E，可由不銹鋼、石 英玻璃、剛玉陶瓷及其他硬材料構成，轉軸上有齒狀突出，橫截面呈類多邊形，這對轉 軸彼此嚙合，在齒狀突出部分K刻有一定間隔和寬度的溝槽。將一定量的金屬粉、陶瓷 粉、半導體粉及其它粉體裝入漏斗，當襯底通過傳動裝置B到達漏斗粉料出口定位裝置 G時，齒狀傳動軸分別按順時針和逆時針方向勻速轉動，轉軸上的溝槽帶動與其臨近的 粉料均勻移動并填充溝槽，當溝槽離開嚙合位置時，粉料通過出口均勻向下撥撒。同時 襯底I勻速運動，當其后端到達G時，轉軸停止轉動，結束粉末鋪涂。在本實施例中， 可通過改變轉動軸轉動速率、溝槽橫截面積與深度、溝槽數目控制粉體撥撒量及保證襯 底上粉層的厚度連續(xù)均勻分布。實施例二 本裝置的漏斗可由有機或無機材料構成。撥料為單轉軸L，可由不銹鋼、石英玻 璃、剛玉陶瓷及其他硬材料構成，撥料轉軸的表面刻有與軸平行的具有一定間隔和寬度 的溝槽，撥料轉軸與漏斗內壁密切接合。將一定量的金屬粉、陶瓷粉、半導體粉及其它 粉體裝入漏斗，當襯底通過傳動裝置B到達漏斗粉料出口感應裝置G時，傳軸按順時針 方向勻速轉動，轉軸上的溝槽帶動與其臨近的粉料均勻移動并填充溝槽，當溝槽離開與 漏斗內壁結合位置時，粉料通過出口均勻向下撥撒。同時襯底I勻速運動，當其后端到達 G時，轉軸停止轉動，結束粉末鋪涂。在本實施例中，可通過改變轉動軸轉動速率、溝 槽橫截面積與深度、溝槽數目控制粉體撥撒量及保證襯底上粉層的厚度連續(xù)均勻分布。實施例三本裝置的漏斗可由有機或無機材料構成，漏斗下部是一個通過鉸鏈與上部鏈接 的自由下垂的板N。撥料為單轉軸L，可由不銹鋼、石英玻璃、剛玉陶瓷及其他硬材料 構成，撥料轉軸的表面刻有與軸平行的具有一定間隔和寬度的溝槽，撥料轉軸與漏斗內 壁及板N密切接合。為了保證平板在整個長度上與撥料轉軸密切接觸，板面應拋光，并 可以通過鉸鏈M調整其位置和高度。這塊板的厚度在10mm以上，自身有足夠的重量。 在鋪撒高純無機材料粉體時，這塊板最好用石英玻璃、或剛玉陶瓷制成。將一定量的金 屬粉、陶瓷粉、半導體粉及其它粉體裝入漏斗，當襯底通過傳動裝置B到達漏斗粉料出 口感應裝置G時，傳軸按順時針方向勻速轉動，轉軸上的溝槽帶動與其臨近的粉料均勻 移動并填充溝槽，當溝槽離開與板N結合位置時，粉料通過出口均勻向下撥撒。同時襯 底I勻速運動，當其后端到達G時，轉軸停止轉動，結束粉末鋪涂。在本實施例中，可 通過改變轉動軸轉動速率、溝槽橫截面積與深度、溝槽數目控制粉體撥撒量及保證襯底 上粉層的厚度連續(xù)均勻分布。實施例四
對于粒度較大(大于5微米)的金屬粉、陶瓷粉、半導體粉及其它粉體，撥料轉 軸E或L刻槽數目最小可達1個。其橫截面類似于正多邊形，或類似于風車形，或類似 于齒輪形，或類似于勛章形，或呈內切弧形，如圖5所示。本實施例實施細則與實施例 一、二、三相同。實施例五對于粒度較小的金屬、陶瓷、半導體及其它超細粉體，撥料轉軸E或L刻槽數 目最大可達256個。其橫截面類似于正多邊形，或類似于風車形，或類似于齒輪形，或 類似于勛章形，或呈內切弧形，如圖5所示。本實施例實施細則與實施例一、二、三相 同。實施例六在實施例一、二、三中，在傳動裝置B下，漏斗的正下方，安裝了用于回收粉 末的接料裝置J。接料裝置為一托盤，呈長方形，如圖6所示。其寬度是撥料轉軸直徑 的4倍、或4倍以上；其長度是每邊長于漏斗長度的10%至30%。接料托盤具有與沿 其軸線平行的轉軸，能向一個方向轉動90°，如圖6a所示；對于較小接料托盤，可以拆 卸，取出設備之外，如圖6b所示。實施例七在一個連續(xù)沉積薄膜(蒸發(fā)、升華)的設備中，漏斗(包括撥料轉軸)連及襯底 和襯底傳送機構，作為該設備的連續(xù)加料裝置，安裝在設備的中段。粉體經這套裝置均 勻地鋪撒在襯底上后，襯底繼續(xù)平行移動到工作區(qū)，受到加熱，襯底上的粉體發(fā)生蒸發(fā) (或升華)在其上方的樣品上淀積為薄膜。實施例八在一個連續(xù)沉積薄膜(蒸發(fā)、升華)的設備中，漏斗連及撥料轉軸成為一個連續(xù) 加料裝置，安裝在設備的中段。粉體經漏斗連及撥料轉軸均勻地撥撒下來，散落在具有 足夠高溫度的襯底上，發(fā)生蒸發(fā)或升華，在其上方的樣品上淀積為薄膜。也可以在撥料 轉軸的下方，安置一個噴口 P，引入特殊的、具有特定溫度的氣體，從噴口噴出，將粉體 或粉體材料的蒸汽攜帶到前面的樣品上沉積為薄膜。
權利要求
1.一種鋪粉設備，其特征是利用步進電機使承接粉體的襯底水平移動，在襯底之上 有一個漏斗，漏斗的高度可調，漏斗下部有一對撥料轉軸，撥料轉軸在步進電機的帶動 下轉動而將粉體按要求撥撒在襯底上，襯底下安裝接收散落粉體的回收盤。
2.如權利要求1所述的設備，其特征是一對撥料轉軸有一定間隔的齒狀突出，這對轉 軸彼此嚙合，在齒狀突出部分K刻有一定間隔和寬度的溝槽。
3.如權利要求1所述的設備，其特征是在漏斗的下部只有一根撥料轉軸，單根撥料 轉軸的表面刻有與軸平行的具有一定間隔和寬度的溝槽，撥料轉動軸與漏斗內壁密切接 合，在轉動時將溝槽中的粉料從與漏斗內壁的間隙向下撥撒。
4.如權利要求1所述的設備，其特征是襯底及驅動其作水平移動的步進電機，連及漏 斗、撥料轉軸及驅動其轉動的步進電機，作為一臺制備設備的連續(xù)加料裝置而使用。
5.如權利要求1所述的設備，其特征是漏斗、撥料轉軸及驅動其轉動的步進電機，作 為一臺制備設備的連續(xù)加料裝置而使用。
6.如權利要求1所述的設備，其特征是設計了粉料回收裝置，可以有效的利用粉料。
7.如權利要求3所述撥料轉軸，其特征是撥料轉軸的溝槽數目可以是1至256條，其 橫截面類似于正多邊形，或類似于風車形，或類似于齒輪形，或類似于勛章形，或呈內 切弧形。
8.如權利要求3所述的漏斗，其特征是下部是一個通過鉸鏈與上部鏈接的自由下垂的 板，可通過調節(jié)使之與撥料轉軸密切接觸。
全文摘要
本發(fā)明“連續(xù)的定量可控的干粉鋪涂裝置”屬于制備固體薄膜及半導體薄膜靶材，或直接制備薄膜的鋪涂干粉的設備。沉積大面積薄膜需采用燒結、壓制、蒸發(fā)、升華等手段制成大面積的靶或源，或直接用粉體作源。漿料易于涂敷成薄層，但難以滿足高純度要求，因此直接將干粉鋪涂成粉體層便是不二選擇。在大面積上制作厚度均勻且可控的粉體層技術及實施這種技術的裝置并不成熟，也未見報道。粉體具有流動性差、不能傳遞壓力，易于阻塞，密度不均、易于成團的特點，要獲得厚度均勻的粉體層必須采用特殊的手段。本發(fā)明針對上述要求和粉體自身的特點作了一系列特別的設計。本裝置可進行連續(xù)鋪粉過程，可按要求制作出不同尺寸、不同厚度且均勻的連續(xù)粉體層。
文檔編號B05C13/02GK102009031SQ201010292140
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權日2010年9月27日
發(fā)明者馮良桓, 曾廣根, 黎兵 申請人:四川大學