[发明专利]连续的定量可控的干粉铺涂装置

说明书

一、技术领域

本发明属于制备固体薄膜及半导体薄膜靶材，或直接制备薄膜的铺涂干粉的设备。

二、背景技术

陶瓷薄膜、半导体薄膜、以及相应的薄膜器件的产业化制造技术，需要在大面积衬底上沉积高纯的单质或化合物薄膜。而沉积这类薄膜所用的方法，如溅射、近空间升华、热蒸发等常常要用特定粉体材料经烧结、压制、蒸发、升华制成大面积的靶或源，或者直接用粉体作源。这类粉体源实际上是一层厚度均匀的粉体层，在大多数情况下，还要求它们具有特定的厚度。众所周知，浆料易于涂敷成薄层，但是，鉴于有些材料不能用其粉体制成浆料，因此直接将干粉铺涂成粉体层便是不二选择。

粉体层的铺涂看似简单，但在大面积上制作厚度均匀、且能精确控制的技术及实施这种技术的装置并不成熟，也未见报道。粉体的特点是流动性差，不能在重力或压力的作用下顺畅地流动；粉体不能传递压力，局部的压力导致局部压缩，会阻塞流道，也会造成粉体层质量密度不均匀；粉体，特别是亚微米粉体易于成团，要使这样的粉体层厚度均匀必须采用特殊的手段。

本发明针对上述要求和粉体自身的特点作了一系列特别的设计。本装置可进行连续铺粉过程，可以按要求制作出不同尺寸、不同厚度的连续粉体层；制作过程能保持粉体的纯度，材料的浪费极小。

三、发明内容

本发明的设备结构如图1所示。其具体要点如下：

1、铺粉的衬底I放置在传送装置B上，B可以为履带、或为滚轮、或为链条，在步进电机的带动下作水平移动；步进电机可按要求控制其移动速率。A是衬底的运送小车。

2、铺粉衬底之上装置一个梯形漏斗如C，如图1和图2所示。漏斗材料需确保器壁不与粉体发生粘附，利于粉料流动。

3、安装漏斗升降D和粉料出口调节装置H，漏斗升降可以确保本装置适用不同厚度的衬底。

4、漏斗内部安装了用于拨料的一对齿状转动轴E。如图3的E1和E2，在齿状突出部分K刻有一定间隔和宽度的沟槽；这对转轴彼此啮合，等速地分别按顺时针方向和逆时针方向转动，将粉料定量地从两轴之间向下拨撒；拨撒的量由转动速率、沟槽横截面积与深度、沟槽数目来调节。

5、在选定了一对齿状转动轴后，拨撒厚度由齿状转动轴的转速和衬底的移动速率来调节。

6、漏斗可以有第二种设计，其内部只有一根拨料转轴L，如图4所示。拨料转轴的表面刻有与轴平行的具有一定间隔和宽度的沟槽；拨料转轴与漏斗内壁密切接合，在转动时将沟槽中的粉料从与漏斗内壁的间隙向下拨撒。

7、拨料转轴的沟槽可以有多种设计，如图5所示：类正多边形，图5a所示；类风车形，如图5b所示；类齿轮形，如图5c所示；类勋章形，如图5d；内切弧形，如图5e所示。不同的沟槽加工难易不同，拨撒到衬底上的粉体堆积的形状不同，这可以因粉体的性质进行选择。特别是，可以通过增加沟槽的数目来增加粉体层厚度的均匀性。合理的沟槽数可以从1到256，这取决于拨料转轴的直径。

8、在漏斗的第二种设计中，与拨料转轴密切接触的是一块与漏斗上端用铰链M链接的自动下垂的板N。如图4所示。

9、设计了粉末回收装置，可以有效避免源材料的浪费。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1)能制备不同尺寸的粉末源，可以根据使用需要获得理想的尺寸。

2)能制备出厚度可调的粉末源，可以满足不同沉积薄膜的工艺条件要求。

3)能制备出不同形状的粉末源，根据使用要求，可以制作成连续的源，也可制作成非连续的源。

4)通过升降与出口调节装置，能满足不同载体所需源的制作要求。

5)本发明的漏斗连及衬底和衬底传送机构，可成为一台制备设备中的连续加料装置而使用，即，可以不断地形成源或靶，它们随即被在线使用；漏斗连及拨料转轴成为一台制备设备中的连续加料装置而使用，它拨撒下来的粉体立即被加热，或蒸发、或升华，淀积在样品上形成薄膜。

5)通过回收装置，有效避免源材料浪费。

6)本发明可以实现连续铺粉，生产过程中所需能耗很小，符合节能的要求。

四、附图说明

附图为本发明的铺涂粉末设备图。

图1为整体结构图：其中，A为运输车，用作转移衬底；B为传送装置，可以为履带、或为滚轮、或为链条；C为梯形漏斗；D为可调装置，可按照需要调节容器高度；I为衬底，用于盛装粉料；J为粉末回收装置。

图2为漏斗结构图：E为齿状转动轴，可以控制粉料流动速度；F为限位装置，能防止齿状轮带动粉料转入后部；G为定位装置，感应衬底运动位置；H为粉料流出开口，可以调节宽度及长度；P为预留喷口。