CN107267925A - 一种蒸发源和蒸镀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸发源和蒸镀装置，属于半导体工艺设备领域。该蒸发源包括坩埚、加热丝、反射板和冷却装置，加热丝围绕坩埚设置，反射板围绕坩埚设置，冷却装置设置在反射板外，蒸发源还包括设置在反射板和冷却装置之间的温差发电片，通过在反射板和冷却装置之间设置温差发电片，由于反射板和冷却装置存在温差，因此温差发电片可以利用温差产生一定的电能，从而可以回收一部分能量，减少能量的浪费，提高了能量的利用率。

Description

一种蒸发源和蒸镀装置

技术领域

本发明涉及半导体工艺设备领域，特别涉及一种蒸发源和蒸镀装置。

背景技术

蒸镀是将金属等材料加热至蒸发或升华，然后使形成的蒸汽在低温零件上析出，形成薄膜的一种工艺技术。这种工艺在半导体工艺中有着广泛的应用，例如可以用来制备OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)的电极等膜层。

在蒸镀工艺中，用于产生蒸汽的设备叫做蒸发源，蒸发源主要包括坩埚、加热丝、反射板和冷却装置，加热丝设置在坩埚的外壁上，用于对坩埚进行加热。反射板则围绕在加热丝外，用于将加热丝和坩埚向外辐射的热向坩埚反射，以减少热能的散失。冷却装置设置在反射板的外部，由于蒸镀过程中，坩埚和加热丝的温度很高，冷却装置可以避免热能散发到蒸发源外部，同时可以在结束蒸镀后对设备进行冷却。

在加热坩埚的过程中，只有一部分热能能够被反射板反射回坩埚进一步利用，而另一部分热能会传递到反射板外，被冷却装置吸收，能量的利用率较低。

发明内容

为了解决现有蒸发源能量的利用率较低的问题，本发明实施例提供了一种蒸发源和蒸镀装置。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种蒸发源，所述蒸发源包括坩埚、加热丝、反射板和冷却装置，所述加热丝围绕所述坩埚设置，所述反射板围绕所述坩埚设置，所述冷却装置设置在所述反射板外，所述蒸发源还包括设置在所述反射板和所述冷却装置之间的温差发电片。

优选地，所述温差发电片包括平行相对设置的吸热板和导热板、以及设置在所述吸热板和所述导热板之间的发电结构。

进一步地，所述吸热板采用硅硼化物纳米材料制成。

优选地，所述导热板采用聚噻吩纳米纤维制成。

优选地，所述温差发电片与所述反射板的相互接触的表面上和/或所述温差发电片与所述冷却装置的相互接触的表面上对应设置有相互配合的凹形结构和凸形结构。

可选地，所述凹形结构和/或所述凸形结构阵列排布。

优选地，所述蒸发源还包括电能存储单元，所述电能存储单元与所述发电结构电连接。

进一步地，所述蒸发源还包括温度检测器，所述温度检测器用于检测所述坩埚的外壁的温度。

可选地，所述反射板上设置有通孔，所述温度检测器插装在所述通孔中。

另一方面，本发明实施例还提供了一种蒸镀装置，所述蒸镀装置包括前述任一种蒸发源。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在反射板和冷却装置之间设置温差发电片，由于反射板和冷却装置存在温差，因此温差发电片可以利用温差产生一定的电能，从而可以回收一部分能量，减少能量的浪费，提高了能量的利用率，同时还能减少散发到蒸发源之外的热量，降低蒸镀腔内的温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种蒸发源的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种温差发电片的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种冷却装置、温差发电片和反射板的配合示意图；

图4是本发明实施例提供的一种蒸发源的分解结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种蒸发源的局部分解结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种蒸发源的局部分解结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种蒸发源的结构示意图。如图1所示，该蒸发源包括坩埚10、加热丝20、反射板30、温差发电片40和冷却装置50。加热丝20围绕坩埚10设置，反射板30围绕坩埚10设置，冷却装置50设置在反射板30外，温差发电片40设置在反射板30和冷却装置50之间。

其中，加热丝20与坩埚10的外壁之间可以设有间隙，以便于坩埚10的取出，此外也可以将加热丝20直接绕设在坩埚10的外壁上，减少热量的损失。

本发明实施例通过在反射板和冷却装置之间设置温差发电片，由于反射板和冷却装置存在温差，因此温差发电片可以利用温差产生一定的电能，从而可以回收一部分能量，减少能量的浪费，提高了能量的利用率，同时还能减少散发到蒸发源之外的热量，降低蒸镀腔内的温度。

实现时，冷却装置50可以是水冷板。水冷板包括内设有水冷管道的板体，水冷管道可以是开设在板体内的通道，也可以是设置在板体内的管状件，冷却水在水冷管道中循环，从而降低温度。其中，板体可以采用陶瓷材料或不锈钢材料制成。加热丝20可以采用钽或钨制成。反射板30可以采用陶瓷制成。为了提高反射板30对热量的反射能力，还可以在反射板30的靠近坩埚的表面上涂覆高温热反射涂层，优选采用真空用高温热反射涂层，以适应蒸镀时的真空环境。

需要说明的是，图1仅为便于显示坩埚10、加热丝20、反射板30、温差发电片40和冷却装置50之间相对位置关系的示意图，在实际产品中，加热丝20绕设在坩埚10的外壁上，反射板30紧贴在加热丝20外，且反射板30与加热丝20之间绝缘，温差发电片40紧贴在反射板30的远离加热丝20的表面上，冷却装置50紧贴在温差发电片40远离反射板30的表面上。

实现时，反射板30在垂直于坩埚10的高度方向的截面上的正投影可以呈环形，即反射板30可以围成筒状结构，其中，反射板30的与坩埚10接触的表面的正投影可以为圆形，由于坩埚10通常为圆柱形结构，这样可以有利于反射板30紧贴在加热丝20外，有利于热量的传递，反射板30的与温差发电片40接触的表面的正投影(即反射板30的外轮廓形状)可以为圆形，也可以为多边形。

图2是本发明实施例提供的一种温差发电片的结构示意图。如图2所示，温差发电片40包括平行相对设置的吸热板41和导热板42、以及设置在吸热板41和导热板42之间的发电结构43。吸热板41可以承受较高的温度而不发生损坏，导热板42具有良好的导热性能，可以将热量传导到冷却装置。

可选地，当在垂直于坩埚10的高度方向的截面上，反射板30的与温差发电片40接触的表面的正投影为圆形时，吸热板41和导热板42在垂直于坩埚10的高度方向的截面上的正投影可以为圆环形，即温差发电片40呈圆柱筒状，当在垂直于坩埚10的高度方向的截面上，反射板30的与温差发电片40接触的表面的正投影为多边形时，吸热板41和导热板42在垂直于坩埚10的高度方向的截面上的正投影可以为多边形，即温差发电片40呈棱柱筒状。图2中仅示出了温差发电片的局部结构。实现时，吸热板41可以为多块板材拼接的结构，以便于加工，导热板42也可以为多块板材拼接的结构。

参照图2，发电结构43可以包括多个热电转换单元431。每个热电转换单元431均包括第一导电片431a、第二导电片431b、第三导电片431c、p型半导体块431d和n型半导体块431e。第一导电片431a设置在吸热板41的与反射板30相反的表面上，第二导电片431b和第三导电片431c间隔设置在导热板42的与吸热板41相对的表面上，p型半导体块431d的一端与第一导电片431a连接，p型半导体块431d的另一端与第二导电片431b连接，n型半导体块431e的一端与第一导电片431a连接，n型半导体块431e的另一端与第三导电片431c连接。根据塞贝克效应，p型半导体块431d和n型半导体块431e中的载流子都会从靠近第一导电片431a的一端向远离第一导电片431a的一端移动，由于p型半导体块431d中的为带正电的载流子，n型半导体块431e中的为带负电的载流子，因此会在第二导电片431b和第三导电片431c之间形成电势差。

优选地，p型半导体块431d和n型半导体块431e均呈柱状结构(棱柱或者圆柱)，p型半导体块431d的一个端面与第一导电片431a贴合，p型半导体块431d的另一个端面与第二导电片431b贴合，n型半导体块431e的一个端面与第一导电片431a贴合，n型半导体块431e的另一个端面与第三导电片431c贴合，这样可以增大接触面积，有利于热量的传递。

具体地，发电结构43可以包括n个热电转换单元431(第1热电转换单元～第n热电转换单元)，在多个热电转换单元431之间，第1热电转换单元的第三导电片与第2热电转换单元的第二导电片电连接，第2热电转换单元的第三导电片与第3热电转换单元的第2导电片电连接，第n热电转换单元的第二导电片与第n-1热电转换单元的第三导电片电连接。n个热电转换单元如此顺次连接成链状，每个热电转换单元都相当于一个小电源，第二导电片和第三导电片分别相当于一个小电源的两极，n个热电转换单元连接成链状，相当于将n个小电源串联，从而构成一个电压较高的大电源，其中第1热电转换单元的第二导电片和第n热电转换单元的第三导电片分别相当于大电源的两极。以此可以增大电压。

实现时，相互电连接的两个导电片可以为同一个导电片，例如第1热电转换单元的第三导电片与第2热电转换单元的第二导电片可以为同一个导电片。

p型半导体块431d和n型半导体块431e可以圆柱状、棱柱状，或是其他具有两个可以贴合导电片的表面的不规则几何形状。

可选地，p型半导体块431d可以是掺杂有第Ⅴ族元素的SiGe、MnSi₂、CeS，掺杂的第Ⅴ族元素可以是氮元素、磷元素、锑元素。

可选地，n型半导体块431e可以是掺杂有第Ⅲ族元素的SiGe、MnSi₂、CeS，掺杂的第Ⅲ族元素可以是硼元素、铟元素、镓元素。

实现时，热电转换单元43的具体数量可以根据蒸发源的大小进行设置，在较大的蒸发源中，反射板30也更大，这样设置的吸热板41和导热板42的面积也更大，从而可以设置更多的热电转换单元431，以提高产生的电压。

多个热电转换单元431可以阵列排布，以便于设置尽可能多的热电转换单元431，提高产生的电压。

优选地，蒸发源还可以包括电能存储单元，电能存储单元与发电结构43电连接。通过设置电能存储单元将产生的电能存储起来，以供使用，例如对指示灯或照明设备提供电能，也可以作备用电源，在停电时使用。电能存储单元可以分别与发电结构43中的第1热电转换单元的第二导电片和第n热电转换单元的第三导电片电连接，实现时电能存储单元可以通过导线44与发电结构43电连接。

具体地，电能存储单元可以是但不限于是电容、蓄电池。

吸热板41可以采用氧化铍、氮化铝、氮化硼、氧化镁、氧化铝和硅硼化物中的任意一种制成，导热板42也可以采用氧化铍、氮化铝、氮化硼、氧化镁、氧化铝和聚噻吩中的任意一种制成，氧化铍、氮化铝、氮化硼、氧化镁和氧化铝是常见的耐火材料，且具有良好的导热性能，能够适应蒸发源内的高温环境。

优选地，吸热板41可以采用硅硼化物纳米材料制成，采用硅硼化物纳米材料制作吸热板41可以提高发电效率，相比采用其他材料制成吸热板41的温差发电片40，发电效率可以高出大约30％。对于现有的吸热材料，在使用一段时间后，需要进行更换，不仅增加了成本，而且在更换期间蒸发源也无法使用，而硅硼化物纳米材料可以在700℃以上的高温环境下保持稳定不分解，有利于延长使用寿命，减少更换的次数。

优选地，导热板42可以采用聚噻吩纳米纤维制成，聚噻吩纳米纤维具有良好的导热性，以及高温环境中的稳定性，能够提高导热效率(聚噻吩纳米纤维的导热效率相比传统导热材料高出20倍左右)，在200℃的环境下依然具有较高的可靠性，有利于延长使用寿命。

图3是本发明实施例提供的一种冷却装置、温差发电片和反射板的配合示意图。如图3所示，温差发电片40与反射板30的相互接触的表面上对应设置有相互配合的凹形结构61和凸形结构62。在温差发电片40与反射板30相互接触时，温差发电片40与反射板30相互贴合，凸形结构62的表面贴合在凹形结构61的内壁上，通过设置凸形结构62和凹形结构61可以增大温差发电片40与反射板30的接触面积，有利于热量的传递。

需要说明的是，为了便于说明，图3中的冷却装置50、温差发电片40、反射板30相互分离，在实际产品中，冷却装置50和反射板30分别与温差发电片40的两个表面相贴。

此外，温差发电片40与冷却装置50的相互接触的表面上也可以对应设置有相互配合的凹形结构61和凸形结构62。在温差发电片40与冷却装置50相互接触时，温差发电片40与冷却装置50的表面相互贴合，凸形结构62的表面贴合在凹形结构61的内壁上，通过设置凹形结构61和凸形结构62可以增大温差发电片40与冷却装置50的接触面积，有利于热量的传递。

虽然在本实施例中，凸形结构全部设置在温差发电片上，凹形结构全部设置在反射板和冷却装置上，但是在其他实施例中，凹形结构和凸形结构既可以设置在温差发电片上，也可以设置在反射板和冷却装置上，而且温差发电片、反射板和冷却装置上可以同时设置凹形结构和凸形结构。

具体地，每个凸形结构62可以呈但不限于呈半球形、圆锥形、棱锥形、柱形。

各个凸形结构62的大小可以根据板厚确定，例如，设置在吸热板41上的凸形结构62凸出于吸热板41的表面的高度、凹形结构61凹陷于吸热板41的表面的深度可以为吸热板41厚度的0.2～0.3倍，若凸形结构62的高度和凹形结构61的深度过小，则增加的接触面积较小，若凸形结构62的高度和凹形结构61的深度过大，则凸形结构62容易折断。相应地，设置在导热板42上的凸形结构62凸出于导热板42的表面的高度、凹形结构61凹陷于导热板42的表面的深度可以为导热板42厚度的0.2～0.3倍。设置在反射板30和冷却装置50上的凸形结构62的高度、凹形结构61的深度则与温差发电片40上对应的凹形结构61的深度、凸形结构62的高度相同。

容易想到的是，凸形结构62和凹形结构61分布的密度尽量大，这样可以在凸形结构62的高度和凹形结构61的深度一定的情况下，进一步增大接触面积，其中，凸形结构62和凹形结构61分布的密度指在吸热板41或导热板42上单位面积内分布的凸形结构62和凹形结构61的数量。

图4是本发明实施例提供的一种蒸发源的分解结构示意图。如图4所示，当温差发电片40上设置有凸形结构62或凹形结构61时，吸热板41为多块板材拼接的结构。相邻的板材拼接的缝隙可以与坩埚10的高度方向平行，这样可以便于吸热板41的制作，且方便吸热板41与反射板30的组装，使凸形结构62插入到对应的凹形结构61中。相应地，水冷板50也可以采用类似吸热板41的结构，以便于水冷板与导热板42之间的配合组装。

进一步地，导热板42也可以为多块板材拼接的结构，相比于一体成型结构的导热板42，这样可以在安装发电结构43之后，逐块安装用于拼接导热板42的多块板材，便于在吸热板41和导热板42之间设置发电结构43。

以下结合图4简单说明蒸发源的组装方法：

首先在坩埚10外设置加热丝20(图4未示出)，并将筒状的反射板30套在设置有加热丝20的坩埚10外。再将用于拼接吸热板41的板材逐个设置在反射板30上，使吸热板41和反射板30上的凸形结构62、凹形结构61相配合，以完成吸热板41的拼接，吸热板41拼接完成后成筒状。在完成吸热板41的组装后，在吸热板41上设置发电结构43，在发电结构43外设置用于拼接导热板42的多块板材，以拼接成筒状的导热板42。导热板42拼接完成后，将用于拼接水冷板50的多块板材逐个贴合在导热板42上，以使导热板42和水冷板50上的凸形结构62、凹形结构61相配合。完成水冷板50的拼接后，水冷板50呈筒状。在完成会冷板50的安装后还可以在水冷板50的外侧设置卡箍，通过卡箍锁紧水冷板50。

此外，当吸热板41和导热板42由相同数量的板材拼接时，也可以在安装好反射板30后，将用于拼接吸热板41的板材和用于拼接导热板42的板材相对合拢，且在两者之间设置发电结构43，从而组成多个可拼接在一起的小的温差发电片，例如在本实施例中，吸热板41和导热板42都由4块板材拼接而成，从而可以将一块拼接吸热板41的板材和一块拼接导热板42的板材相对合拢，并在两者见设置发电结构43，构成一个较小的温差发电片，从而可以组合呈4个小的温差发电片，将4个小的温差发电片逐一安装到反射板30上后，就可以构成完整的温差发电片40，完成温差发电片40的安装。这样可以更便于蒸发源的组装。

需要说明的是，图4中，吸热板41、导热板42和水冷板50均为4块板材拼接的结构，在其他实施例中，吸热板41、导热板42和水冷板50还可以是4块以上或是4块以下的拼接结构。容易理解的是，吸热板41和水冷板50中，每一块拼接的板材面积越小，则越便于组装过程中，凸形结构62与凹形结构61之间的配合，可选地，吸热板41可以包括相互拼接的4～8块弧形板材，水冷板50可以包括相互拼接的4～8块弧形板材，若板材数量太多，则组装过于繁琐，不便于使用。导热板42可以包括相互拼接的2～4块弧形板材，由于导热板42与吸热板41之间没有凸形结构62和凹形结构61的配合，因此可以减少拼接导热板42的板材的数量，以方便组装。

进一步地，用于拼接吸热板41的每块板材形状大小相同，这样可以便于吸热板41的制作，也利于吸热板41的组装。相应地，用于拼接导热板42的每块板材形状大小也可以相同，用于拼接水冷板50的每块板材形状大小也可以相同。

优选地，凸形结构62可以阵列排布在温差发电片40上，也可以阵列排布在反射板30、冷却装置50上，相应地，凹形结构61也可以阵列排布在温差发电片40上、也可以阵列排布在反射板30、冷却装置50上，这样可以使得热量的传递更加均匀。

具体地，位于吸热板41上的凸形结构62的材料可以与吸热板41相同，位于导热板42上的凸形结构62的材料可以与导热板42相同。实现时，吸热板41上的凸形结构62与吸热板41可以是一体成型结构，导热板42上的凸形结构62与导热板42可以是一体成型结构。

此外，当凸形结构位于反射板30上时，位于反射板30上的凸形结构的材料可以与反射板30的材料相同，当凸形结构位于冷却装置50上时，位于冷却装置50上的凸形结构的材料可以与冷却装置50上该表面的材料相同，例如可以与水冷板的材料相同。

需要说明的是，在其他实施例中，反射板30、温差发电片40、冷却装置50相互接触的表面也可以是平整的表面，以简化制作工艺。

可选地，蒸发源还可以包括温度检测器，温度检测器用于检测坩埚10的外壁的温度。通过检测坩埚10的温度可以便于对温度进行调节，以利于调节蒸发源。

图5是本发明实施例提供的一种蒸发源的局部分解结构示意图，为了便于说明，图5中省略了凸形结构62和凹形结构61。如图5所示，反射板30上可以设置有通孔30a，温度检测器插装在通孔中。通过将温度检测器插装在通孔中，可以使温度检测器更加接近于坩埚10的外壁，从而使检测到的温度更加准确。

可选地，在本实施例中，温度检测器可以是热电偶，热电偶的热端71为测量端，热电偶的热端71可以与坩埚10的外壁直接接触，以使得测量结果更加准确。

热电偶的工作原理是基于塞贝克效应，热电偶的两条热电极72的一端相连，形成热端71，其中两条热电极72的材质不同，两条热电极72的与热端71相反的一端为冷端，冷端连接至检测设备，检测设备与两条热电极72构成回路，通过检测设备检测热电极72中的电流大小，根据电流大小得到热端71的温度，在安装热电偶时，两条热电极72可以分别从设置在反射板30上的两个通孔30a中穿过，热端71位于反射板30与坩埚10之间，冷端则位于蒸发源的外部，实现时，温差发电片40和水冷板50上也可以设置通孔，以便于两条热电极72穿过。

容易想到的是，为了便于热端71与坩埚10接触，在设置加热丝20时，加热丝20之间可以预留出供热电偶穿过的间隙。

图6是本发明实施例提供的另一种蒸发源的局部分解结构示意图，如图6所示，可以将通孔30a设置在反射板30的凸形结构62或凹形结构61上，以提高温度检测器安装的稳定度，在其他实施例中，反射板30上用于设置通孔30a的位置也可以不设置凸形结构62或凹形结构61，以便于安装温度传感器。

此外，当加热丝20与坩埚10的外壁之间设有间隙时，也可以将热电极72设置在间隙中，使热端71与坩埚10接触，热电偶的冷端也从间隙中引出蒸发源，从而不需要在反射板30上设置通孔30a，可以确保反射板30结构完整。

进一步地，蒸发源可以包括多个温度检测器，多个温度检测器分别用以检测坩埚10外壁上不同位置的温度。通过设置多个温度检测器同时进行温度检测，可以有利于对蒸发源进行调整，使坩埚10受热更加均匀。具体可以将多个温度检测器绕坩埚10的周向间隔布置，例如可以设置4个温度检测器，4个温度检测器绕坩埚10的周向间隔90°布置。

在其他实施例中，蒸发源在使用时，若需要检测坩埚的温度，也可以通过非接触式的温度检测装置检测，例如红外测温仪。

本发明实施例还提供了一种蒸镀装置，该装置包括前述的任一种蒸发源。

通过在反射板和冷却装置之间设置温差发电片，由于反射板和冷却装置存在温差，因此温差发电片可以利用温差产生一定的电能，从而可以回收一部分能量，减少能量的浪费，提高了能量的利用率，同时还能减少散发到蒸发源之外的热量，降低蒸镀装置内的温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蒸发源，所述蒸发源包括坩埚、加热丝、反射板和冷却装置，所述加热丝围绕所述坩埚设置，所述反射板围绕所述坩埚设置，所述冷却装置设置在所述反射板外，其特征在于，所述蒸发源还包括设置在所述反射板和所述冷却装置之间的温差发电片。

2.根据权利要求1所述的蒸发源，其特征在于，所述温差发电片包括平行相对设置的吸热板和导热板、以及设置在所述吸热板和所述导热板之间的发电结构。

3.根据权利要求2所述的蒸发源，其特征在于，所述吸热板采用硅硼化物纳米材料制成。

4.根据权利要求2所述的蒸发源，其特征在于，所述导热板采用聚噻吩纳米纤维制成。

5.根据权利要求1～4任一项所述的蒸发源，其特征在于，所述温差发电片与所述反射板的相互接触的表面上和/或所述温差发电片与所述冷却装置的相互接触的表面上对应设置有相互配合的凹形结构和凸形结构。

6.根据权利要求5所述的蒸发源，其特征在于，所述凹形结构和/或所述凸形结构阵列排布。

7.根据权利要求2所述的蒸发源，其特征在于，所述蒸发源还包括电能存储单元，所述电能存储单元与所述发电结构电连接。

8.根据权利要求7所述的蒸发源，其特征在于，所述蒸发源还包括温度检测器，所述温度检测器用于检测所述坩埚的外壁的温度。

9.根据权利要求8所述的蒸发源，其特征在于，所述反射板上设置有通孔，所述温度检测器插装在所述通孔中。

10.一种蒸镀装置，其特征在于，所述蒸镀装置包括权利要求1～9任一项所述的蒸发源。