[发明专利]一种薄膜制备装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜制造技术领域，具体涉及一种薄膜制备装置和方法。

背景技术

近年来，薄膜材料在很多领域都得到广泛应用。薄膜的广泛应用，对薄膜的生产提出了比较高的要求。在实际生产中，既需要制备性能优良的薄膜，又希望成本低廉。一些低成本的薄膜快速沉积技术近年来得到了快速发展，如离子镀、蒸镀、喷涂法等。

喷涂法是采用气体携带大量的粒子进行沉积，具有下述明显的优点：粒子一般含有较多的原子或分子，可以实现快速的沉积；而且由于这些粒子是被气体携带至衬底上进行生长的，粒子的能量不高，对衬底的损伤也较小。但是喷涂法也具有明显的缺点：由于粒子中含有多个原子，且粒子能量较小，一方面无法为薄膜提供充足的生长驱动力，另一方由于含有的原子较多，在喷涂的过程中容易出现粒子团簇的现象，因此现有的喷涂法很难获得附着力好、致密、结晶性好的薄膜。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明要解决的问题是，提供一种沉积速度快，成膜质量好的薄膜制备装置，解决现有技术在喷涂的过程中容易出现的多个粒子团簇团聚的现象，以获得致密的、附着力好、结晶性好的薄膜。

为解决上述问题，本发明提供了一种薄膜制备装置，用于把粉料气化后沉积在衬底上生成薄膜，包括用于对所述粉料加热以形成原子和/或分子蒸气的气相形成装置、用于产生热电子并通过热电子使从所述气相形成装置输出的所述原子和/或分子蒸气中的原子或分子带弱电的热电子发生器和用于产生加速电场使带弱电的所述原子或分子加速运动并沉积至所述衬底的加速电极。

作为优选，所述气相形成装置包括依次设置并连通的进料腔、加热腔和喷涂腔，其中，所述进料腔未与所述加热腔连接的一端设有用于输入所述粉料的进料口和用于输入运载气体以携带所述粉料的进气口；所述加热腔的周围设有用于加热所述粉料以使所述粉料形成原子和/或分子蒸气的加热元件；所述喷涂腔的下端设有所述喷涂口，所述原子和/或分子蒸气通过所述喷涂口喷出所述气相形成装置。

作为优选，所述加速电极包括位于所述气相形成装置设有喷涂口一侧的负电极板和与所述负电极板平行的正电极板；所述热电子发生器位于所述正电极板与负电极板之间，所述衬底位于热电子发生器与正电极板之间并平行于所述正电极板。

作为优选，所述正、负电极板之间的电压在0-10kV之间并且可调，所述正、负电极板之间的距离在5-20cm之间。

作为优选，所述进料腔从设有所述进料口进气口的一端到与所述加热腔连接的一端为横截面逐渐变小的倒喇叭口状；所述喷涂腔从与所述加热腔相连的一端到设有喷涂口的一端为横截面逐渐变大的喇叭口状；位于所述进料腔与喷涂腔之间的所述加热腔为狭长的腔室。

作为优选，所述加热腔沿所述原子和/或分子蒸气前进方向的高度在10cm-70cm之间，宽度在1cm-15cm之间。

作为优选，所述喷涂口为宽度为0.2mm-5mm的狭缝或依次排列的孔径为5μm-5mm的多个气孔。

本发明还提供了一种薄膜制备方法，用于把粉料气化后沉积在衬底上生成薄膜，包括如下步骤：

(1)通过运载气体运载所述粉料；

(2)对所述粉料加热以形成原子和/或分子蒸气；

(3)让所述原子和/或分子蒸气经过热电子区，使其中的原子或分子在热电子区中带弱电；

(4)使带弱电的所述原子或分子在加速电场中加速运动并沉积至所述衬底以形成薄膜。

作为优选，在步骤(2)中，加热所述粉料的温度为500-1200℃。

作为优选，所述粉料的粒径不超过100μm。

作为优选，所述加速电场为匀强电场，所述匀强电场的场强为0-200kV/m。

与采用喷涂法制备薄膜的现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、薄膜可以实现快速沉积，

2、成膜质量高、膜层致密、附着力强、结晶性强，

3、对衬底及薄膜损伤小，

4、便于控制成膜的过程。

附图说明

图1为本发明的实施例一的薄膜制备装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例二的薄膜制备装置的结构示意图；

图3为图2所示的薄膜制备装置中的喷涂腔的底部结构的放大示意图；

图4为本发明的实施例三的薄膜制备装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的实施例。

实施例一