CN107267926B - 图案化薄膜真空蒸镀装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图案化薄膜的真空蒸镀装置，包括真空室、待镀基底、蒸发源条带、激光源及栅网，该蒸发源条带包括蒸发材料及碳纳米管膜结构，该碳纳米管膜结构为一载体，该蒸发材料设置在该碳纳米管膜结构表面。该栅网包括相对的第一表面及第二表面，该第一表面与该激光源相对且间隔设置，该蒸发源条带能够沿长度方向通过该激光源与该栅网之间，该栅网的第二表面与该待镀基底相对设置，该蒸发源条带通过该激光源与该栅网之间的部分与该待镀基底平行且间隔设置，该蒸发源条带、待镀基底、激光源及栅网均设置在该真空室中。本发明还提供一种图案化薄膜的真空蒸镀方法。

Description

图案化薄膜真空蒸镀装置及方法

技术领域

本发明涉及一种图案化薄膜真空蒸镀装置及方法。

背景技术

真空蒸镀是将蒸发源在真空中加热，使蒸镀材料气化，并在待镀基底表面沉积成膜的过程。为了形成均匀的薄膜，需要在待镀基底周围形成均匀的气态蒸镀材料。在现有技术中（如中国专利申请CN1970826A）通常需要设置复杂的导流装置将气态蒸镀材料均匀传送至待镀基底表面。尤其当蒸发源为两种以上时，对每种蒸发源的蒸发速率更加难以控制，难以形成预定比例的混合蒸镀材料气体。镀膜尺寸越大，成膜的均匀性越难保证，并且，由于难以控制气态蒸镀材料原子的扩散运动方向，大部分蒸镀材料都不能附着在待镀基底表面，从而造成蒸镀率低且蒸镀速度慢等问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的图案化薄膜真空蒸镀装置及方法。

一种图案化薄膜的真空蒸镀装置，包括真空室、待镀基底、蒸发源条带、激光源及栅网，该蒸发源条带包括蒸发材料及碳纳米管膜结构，该碳纳米管膜结构为一载体，该蒸发材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载。该栅网包括相对的第一表面及第二表面，该第一表面与该激光源相对且间隔设置，该蒸发源条带能够沿长度方向通过该激光源与该栅网之间，该栅网的第二表面与该待镀基底相对设置，该蒸发源条带通过该激光源与该栅网之间的部分与该待镀基底平行且间隔设置，该蒸发源条带、待镀基底、激光源及栅网均设置在该真空室中。

一种图案化薄膜的真空蒸镀方法，包括：S1，提供设置在真空室中的蒸发源条带、激光源、栅网及待镀基底，该蒸发源条带包括蒸发材料及碳纳米管膜结构，该碳纳米管膜结构为一载体，该蒸发材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载，该栅网包括相对的第一表面及第二表面，该第一表面与该激光源相对且间隔设置，该栅网的第二表面与该待镀基底相对设置；S2，驱动该蒸发源条带沿长度方向通过该激光源与该栅网之间；以及S3，通过该激光源向该蒸发源条带通过该激光源与该栅网之间的部分照射激光，使该蒸发材料气化，通过该栅网的通孔在该待镀基底的待镀表面形成蒸镀层。

相较于现有技术，本发明将自支撑的碳纳米管膜作为蒸镀材料的载体，利用该碳纳米管膜极大的比表面积及自身的均匀性，使承载在该碳纳米管膜上的蒸镀材料在蒸发前即实现较为均匀的大面积分布。在蒸发的过程中利用该自支撑碳纳米管膜瞬时加热的特性，在极短的时间将蒸镀材料完全气化，从而形成均匀且大面积分布的气态蒸镀材料。该待镀基底与该碳纳米管膜间隔距离短，使承载在该碳纳米管膜上的蒸镀材料基本上均能得到利用，有效节约了蒸镀材料，提高了蒸镀速度。该自支撑的碳纳米管膜具有柔性，可以形成一具有蒸发材料的“色带”，方便的不断在激光源与待镀基底之间提供蒸发材料，从而实现在待镀基底表面“打印”形成图案化的真空蒸镀薄膜。

附图说明

图1为本发明实施例提供的图案化薄膜真空蒸镀装置的正视示意图。

图2为本发明实施例提供的栅网的俯视示意图。

图3为本发明实施例提供的栅网、蒸发源条带及激光源的正视示意图。

图4为本发明实施例提供的栅网支架沿蒸发源条带长度方向的侧视示意图。

图5为本发明实施例提供的图案化薄膜真空蒸镀装置各部分功能框图。

图6为本发明实施例提供的激光源及待镀基底的俯视示意图。

图7为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图8为本发明一实施例碳纳米管膜结构的扫描电镜照片。

图9及图10为不同分辨率下本发明一实施例的蒸发源条带的扫描电镜照片。

图11为本发明一实施例进行真空蒸镀后的蒸发源条带的扫描电镜照片。

图12为本发明一实施例真空蒸镀形成的薄膜的扫描电镜照片。

图13为本发明一实施例真空蒸镀形成的薄膜的XRD图谱。

图14为本发明实施例提供的图案化薄膜真空蒸镀方法的流程图。

主要元件符号说明

真空蒸镀装置	10
		蒸发源条带	100
碳纳米管膜结构	110
		蒸发材料	130
第一卷轴	140
		第二卷轴	142
连接杆	150
		待镀基底	200
真空室	300
		激光源	400
发射端	410
		栅网	500
网孔	510
		栅网支架	530
垂直部	532
		连接部	534
连接孔	536
		蒸发源条带支撑机构	540
蒸发源条带驱动机构	600
		待镀基底驱动机构	700
激光源驱动机构	800

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的图案化薄膜真空蒸镀装置及方法作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一图案化薄膜制备装置10，包括蒸发源条带100、待镀基底200、真空室300、激光源400及栅网500，该蒸发源条带100、待镀基底200、激光源400及栅网500均设置在该真空室300中。

该蒸发源条带100包括蒸发材料130及碳纳米管膜结构110，该碳纳米管膜结构110为一载体，该蒸发材料130设置在该碳纳米管膜结构110表面，通过该碳纳米管膜结构110承载。

该栅网500包括相对的第一表面及第二表面，该第一表面与该激光源400相对且具有一间隔，该第二表面与该待镀基底200相对设置。该蒸发源条带100部分设置在该栅网500及该激光源400之间的该间隔中。该蒸发源条带100位于该间隔的部分分别与该待镀基底200及该激光源400相对设置。该蒸发源条带100与该待镀基底200的间距优选为1微米~10毫米。

该蒸发源条带100能够沿长度方向通过该激光源400与该栅网500之间的所述间隔，该激光源400能够发出激光照射该蒸发源条带100通过该间隔的部分，使该部分的蒸发源条带100上的蒸发材料130气化并沉积在该待镀基底200的待镀表面，从而形成薄膜。在该蒸发源条带100沿长度方向通过所述间隔的过程中，该蒸发源条带100不同的部分与该激光源400相对，从而使该激光源400能够将该蒸发源条带100不同部分的蒸发材料130气化。

优选地，该蒸发源条带100、激光源400及栅网500能够整体相对于该待镀基底200运动，从而在该待镀基底200的待镀表面的不同位置形成薄膜，从而共同组成一图案化薄膜。

请参阅图2，具体地，该栅网500具有至少一个通孔510，该蒸发材料130气化后通过该通孔510沉积在该待镀基底200的待镀表面。该栅网500可以具有较小的厚度，优选为1微米~5毫米。该通孔510具有预定的形状及尺寸，该气化的蒸发材料130通过通孔510后即刻附着在该待镀基底200的待镀表面，从而形成形状与尺寸与该通孔510对应的蒸镀层，从而在蒸镀的同时实现蒸镀层的图案化。该通孔510的数量、形状及尺寸不限，可以根据需要进行设计。该栅网500可分别与该待镀基底200的待镀表面及该蒸发源条带100接触设置，即待镀基底200、栅网500及蒸发源条带100相互叠加贴合设置。在优选的实施例中，该栅网500分别与该待镀基底200的待镀表面及该蒸发源条带100相互间隔设置。该蒸发源条带100通过该栅网500与该待镀基底200间隔设置。

请参阅图3及图4，在该蒸发源条带100运动的过程中，该栅网500与该激光源400始终保持相对固定的位置，该图案化薄膜制备装置10可进一步包括栅网支架530，将该栅网500与该激光源400固定连接。另外，该图案化薄膜制备装置10可进一步包括蒸发源条带支撑机构540，使该蒸发源条带100位于所述间隔的部分在沿长度方向的两端得到支撑。该蒸发源条带支撑机构540与该栅网支架530可固定连接。本实施例中，该栅网支架530可包括垂直于该栅网500并设置在该栅网500两端的垂直部532，及平行于该栅网500并与该垂直部532固定连接的连接部534，该连接部534具有与该激光源400端部形状对应的连接孔536，可以安装在该激光源400的端部。该蒸发源条带支撑机构540为两个相互平行，且平行于该栅网500的圆柱横梁，分别与设置在该栅网500两端的垂直部532固定连接。该蒸发源条带100沿长度方向通过所述间隔时，该蒸发源条带支撑机构540的长度方向垂直于该蒸发源条带100的长度方向。该蒸发源条带支撑机构540的长度大于或等于该蒸发源条带100的宽度。

请一并参阅图5，该图案化薄膜制备装置10可进一步包括蒸发源条带驱动机构600，该蒸发源条带驱动机构600能够驱动该蒸发源条带100沿长度方向通过该激光源400与该栅网500之间的所述间隔。例如，该蒸发源条带驱动机构600可包括多个齿轮和电机，该蒸发源条带100通过该齿轮之间，该齿轮在电机的驱动下转动，从而带动该蒸发源条带100前进。

该蒸发源条带100具有较长的长度，在真空蒸镀时，只有位于所述间隔的部分被激光照射，其它部分可通过一承载机构承载，该承载机构可以与该激光源400固定连接，使得虽然该蒸发源条带100相对于该栅网500和激光源400运动，但该蒸发源条带100整体与该栅网500和激光源400的位置相对固定，可以整体与该待镀基底200发生相对位移，从而在该待镀基底200的待镀表面的不同位置形成蒸镀层。具体地，该承载机构可以包括一第一卷轴140及一第二卷轴142，该第一卷轴140与该第二卷轴142的轴向相互平行，且平行于该栅网500。该第一卷轴140及第二卷轴142分别与该激光源400通过连接杆150固定连接。该蒸发源条带100一端与该第一卷轴140连接，另一端与该第二卷轴142连接，并卷绕设置于该第一卷轴140及第二卷轴142中的至少一卷轴上。该蒸发源条带100的长度方向与该第一卷轴140及第二卷轴142的轴向垂直。在真空蒸镀的过程中，该蒸发源条带驱动机构600驱动该蒸发源条带100从该第一卷轴140向该第二卷轴142方向运动，或者反之。

请参阅图6，该蒸发源条带100、栅网500和激光源400整体与该待镀基底200发生相对位移，可以是使该蒸发源条带100、栅网500和激光源400整体运动，或者是使该待镀基底200运动，或者是上述两者的结合。

该图案化薄膜制备装置10可进一步包括一待镀基底驱动机构700，该待镀基底驱动机构700能够驱动该待镀基底200在平行于该栅网500的任意方向上移动，该移动的方向、距离及时间均可通过电脑程序控制，从而在该待镀基底200的待镀表面形成预定的图案化薄膜。

该图案化薄膜制备装置10可进一步包括一激光源驱动机构800，该激光源驱动机构800能够驱动该激光源400、栅网500及蒸发源条带100整体在平行于该待镀基底200的任意方向上移动，该移动的方向、距离及时间均可通过电脑程序控制，从而在该待镀基底200的待镀表面形成预定的图案化薄膜。

该蒸发源条带100包括碳纳米管膜结构110及蒸发材料130。该碳纳米管膜结构110为一条带状载体，该蒸发材料130设置在该碳纳米管膜结构110表面，通过该碳纳米管膜结构110承载。该碳纳米管膜结构110为自支撑结构，能够悬空设置，该蒸发材料130设置在该碳纳米管膜结构110表面。该设置有蒸发材料130的碳纳米管膜结构110与该待镀基底200的待镀表面相对且间隔设置，间距优选为1微米~10毫米。

该碳纳米管膜结构110为一电阻性元件，具有较小的单位面积热容，且具有较大比表面积及较小厚度。优选地，该碳纳米管膜结构110的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文，更优选为小于1.7×10^-6焦耳每平方厘米开尔文，比表面积大于200平方米每克，厚度小于100微米。该激光源400向该碳纳米管膜结构110输入激光信号，由于具有较小的单位面积热容，该碳纳米管膜结构110可以将输入的激光快速转换为热能，使自身温度快速升高，由于具有较大的比表面积及较小的厚度，该碳纳米管膜结构110可以与蒸发材料130进行快速的热交换，使蒸发材料130迅速被加热至蒸发或升华温度。

该碳纳米管膜结构110包括单层碳纳米管膜，或多层叠加的碳纳米管膜。每层碳纳米管膜包括多个大致相互平行的碳纳米管。该碳纳米管的延伸方向大致平行于该碳纳米管膜结构110的表面，该碳纳米管膜结构110具有较为均匀的厚度。具体地，该碳纳米管膜包括首尾相连的碳纳米管，是由多个碳纳米管通过范德华力相互结合并首尾相连形成的宏观膜状结构。该碳纳米管膜结构110及碳纳米管膜具有一宏观面积和一微观面积，该宏观面积指该碳纳米管膜结构110或碳纳米管膜在宏观上看作一膜状结构时所具有的膜面积，该微观面积指该碳纳米管膜结构110或碳纳米管膜在微观上看作由大量碳纳米管首尾相连搭接形成的多孔网状结构中所有能够用于担载蒸发材料130的碳纳米管的表面积。

该碳纳米管膜优选是从碳纳米管阵列中拉取获得。该碳纳米管阵列为通过化学气相沉积的方法生长在该生长基底的表面。该碳纳米管阵列中的碳纳米管基本彼此平行且垂直于生长基底表面，相邻的碳纳米管之间相互接触并通过范德华力相结合。通过控制生长条件，该碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。由于基本不含杂质且碳纳米管相互间紧密接触，相邻的碳纳米管之间具有较大的范德华力，足以使在拉取一些碳纳米管（碳纳米管片段）时，能够使相邻的碳纳米管通过范德华力的作用被首尾相连，连续不断的拉出，由此形成连续且自支撑的宏观碳纳米管膜。这种能够使碳纳米管首尾相连的从其中拉出的碳纳米管阵列也称为超顺排碳纳米管阵列。该生长基底的材料可以为P型硅、N型硅或氧化硅等适合生长超顺排碳纳米管阵列的基底。所述能够从中拉取碳纳米管膜的碳纳米管阵列的制备方法可参阅冯辰等人在2008年8月13日公开的中国专利申请CN101239712A。

从碳纳米管阵列中连续地拉出的该碳纳米管膜可以实现自支撑，该碳纳米管膜包括多个基本沿相同方向排列并首尾相连的碳纳米管。请参阅图7，在该碳纳米管膜中碳纳米管为沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于该碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，从而使该碳纳米管膜能够实现自支撑。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。在本说明书中凡提及碳纳米管的延伸方向，均是指碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向，即碳纳米管膜中碳纳米管的择优取向的方向。进一步地，所述碳纳米管膜可包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。可以理解，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触而部分分离的情况。实际上，该碳纳米管膜具有较多间隙，即相邻的碳纳米管之间具有间隙，使该碳纳米管膜可以具有较好的透明度及较大的比表面积。然而，相邻碳纳米管之间接触的部分以及首尾相连的碳纳米管之间连接的部分的范德华力已经足够维持该碳纳米管膜整体的自支持性。所述自支撑是该碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要一边或相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状或线状状态，即将该碳纳米管膜置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。

该碳纳米管膜具有较小且均匀的厚度，约为0.5纳米至10微米。由于该从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜仅靠碳纳米管间的范德华力即可实现自支撑并形成膜状结构，因此该碳纳米管膜具有较大的比表面积，优选地，该碳纳米管膜的比表面积为200平方米每克~2600平方米每克（采用BET法测得）。该直接拉取获得的碳纳米管膜的单位面积质量约为0.01克每平方米~0.1克每平方米，优选为0.05克每平方米（此处的面积指碳纳米管膜的宏观面积）。由于该碳纳米管膜具有较小的厚度，且碳纳米管自身的热容小，因此该碳纳米管膜具有较小的单位面积热容（如小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文）。

该碳纳米管膜结构110可包括多层碳纳米管膜相互叠加，层数优选为小于或等于50层，更优选为小于或等于10层。在该碳纳米管膜结构110中，不同的碳纳米管膜中的碳纳米管的延伸方向可以相互平行或交叉设置。请参阅图8，在一实施例中，该碳纳米管膜结构110包括至少两层相互层叠的碳纳米管膜，该至少两层碳纳米管膜中的碳纳米管分别沿两个相互垂直方向沿伸，从而形成垂直交叉。

该蒸发材料130附着在该碳纳米管膜结构110表面。在宏观上该蒸发材料130可以看作一层状结构形成在该碳纳米管膜结构110的至少一个表面，优选为设置在该碳纳米管膜结构110的两个表面。该蒸发材料130与该碳纳米管膜结构110形成的蒸发源条带100的宏观厚度优选为小于或等于100微米，更优选为小于或等于5微米。由于承载在单位面积碳纳米管膜结构110上的蒸发材料130的量可以非常少，在微观上该蒸发材料130可以为纳米级尺寸的颗粒状或纳米级厚度的层状，附着在单根或少数几根碳纳米管表面。例如该蒸发材料130为颗粒状，粒径尺寸约为1纳米~500纳米，附着在首尾相连的碳纳米管中的单根碳纳米管112表面。或者该蒸发材料130为层状，厚度尺寸约为1纳米~500纳米，附着在首尾相连的碳纳米管中的单根碳纳米管112表面。该层状的蒸发材料130可以完全包覆该单根碳纳米管112。该蒸发材料130在该碳纳米管膜结构110不但与蒸发材料130的量有关，也与蒸发材料130的种类，以及与碳纳米管的浸润性能等多种因素相关。例如，当该蒸发材料130在该碳纳米管表面不浸润时，易于形成颗粒状，当该蒸发材料130在该碳纳米管表面浸润时，则易于形成层状。另外，当该蒸发材料130是粘度较大的有机物时，也可能在该碳纳米管膜结构110表面形成一完整连续的薄膜。无论该蒸发材料130在该碳纳米管膜结构110表面的形貌如何，单位面积的碳纳米管膜结构110担载的蒸发材料130的量应较少，使通过激光信号能够在瞬间（优选为1秒以内，更优选为10微秒以内）将照射到的该蒸发材料130完全气化。该蒸发材料130均匀的设置在该碳纳米管膜结构110表面，使该碳纳米管膜结构110不同位置的蒸发材料130担载量基本相等。由于该碳纳米管膜结构110为自支撑结构，且具有柔性，承载该蒸发材料130后，该蒸发源条带100仍然具有柔性，可以卷绕于卷轴上作为一“色带”使用。

该蒸发材料130为相同条件下气化温度低于碳纳米管的气化温度，且在真空蒸镀过程中不与碳反应的物质，优选是气化温度小于或等于300℃的有机物。该蒸发材料130可以是单一种类的材料，也可以是多种材料的混合。该蒸发材料130可以通过各种方法，如溶液法、沉积法、蒸镀、电镀或化学镀等方法均匀的设置在该碳纳米管膜结构110表面。在优选的实施例中，该蒸发材料130预先溶于或均匀分散于一溶剂中，形成一溶液或分散液，通过将该溶液或分散液均匀的附着于该碳纳米管膜结构110，再将溶剂蒸干，可以在该碳纳米管膜结构110表面均匀的形成该蒸发材料130。当该蒸发材料130包括多种材料时，可以使该多种材料在液相溶剂中按预定比例预先混合均匀，从而使担载在碳纳米管膜结构110不同位置上的该多种材料均具有该预定比例。请参阅图9及图10，在一实施例中，在该碳纳米管膜结构110表面形成的蒸发材料130为甲基碘化铵及碘化铅均匀混合的混合物。

该激光源400的发射端410与该栅网500的网孔510相对设置。该激光源400发出激光信号传递至该碳纳米管膜结构110表面。该激光信号的频率范围可以选择为红外线、可见光、紫外线、微波、X射线及γ射线等，优选为从紫外至远红外波长的激光信号。该激光信号的平均功率密度在100mW/mm²~20W/mm²范围内。优选地，该激光源400可以为一脉冲激光发生器。在另一实施例中，该激光源400进一步包括一光纤，该光纤一端与该发射端410连接，另一端与一激光器连接。该激光器可以设置在该真空室300外。从该激光器发出的激光信号，通过该光纤传输至该真空室300内，并照射至该蒸发源条带100。该激光源400的发射端410与该蒸发源条带100之间的距离不限，只要从该激光源400发出的激光能够传递至该碳纳米管膜结构110表面即可。

当激光源400将激光信号照射至该碳纳米管膜结构110时，由于该碳纳米管膜结构110具有较小的单位面积热容，该碳纳米管膜结构110温度快速响应而升高，使蒸发材料130迅速被加热至蒸发或升华温度。由于单位面积碳纳米管膜结构110担载的蒸发材料130较少，所有蒸发材料130可以在一瞬间全部气化为蒸汽。该待镀基底200与该碳纳米管膜结构110相对且等间隔设置，优选间隔距离为1微米~10毫米，由于该间隔距离较近，从该碳纳米管膜结构110蒸发出的蒸发材料130气体通过该栅网500的通孔510并迅速附着在该待镀基底200表面，形成蒸镀层。该激光源400对该蒸发源条带100位于该栅网500及该激光源400之间的局部位置进行加热，在该碳纳米管膜结构110局部位置所担载的蒸发材料130在蒸发后将在该待镀基底200与该碳纳米管膜结构110局部位置对应的表面形成蒸镀层。由于蒸发材料130在该碳纳米管膜结构110担载时即已实现均匀担载，形成的蒸镀层也为均匀层状结构。请参阅图11及图12，在一实施例中，对该蒸发源条带100进行激光辐照，该碳纳米管膜结构110温度迅速升高，使表面的甲基碘化铵及碘化铅的混合物瞬间气化，在该待镀基底200表面形成一钙钛矿结构CH₃NH₃PbI₃薄膜。该蒸发源条带100激光照射后的结构如图11所示，可以看到该碳纳米管膜结构110表面的蒸发材料130蒸发后该碳纳米管膜结构110仍维持原有的首尾相连的碳纳米管形成的网络状结构。该甲基碘化铵和碘化铅在气化后发生化学反应，在待镀基底200表面生成厚度均匀的薄膜形貌如图12所示。请参阅图13，对蒸镀生成的薄膜进行XRD测试，可以从XRD图谱中判断得到的薄膜材料为钙钛矿结构CH₃NH₃PbI₃。

该蒸发源条带100可以沿长度方向与该激光源400及该栅网500相对运动，当该激光源400一次照射完成，将当前位于该激光源400与该栅网500之间的蒸发源条带100局部位置的蒸发材料130蒸发完毕后，该蒸发源条带100可沿长度方向前进一段距离，使未被照射的蒸发源条带100局部位置与该蒸发源400的发射端410相对设置。在蒸发源条带100行进的同时，该待镀基底200可相对于该蒸发源条带100、激光源400及栅网500整体平移一端距离，使新的待镀表面与该栅网500相对设置，从而在激光源400下一次照射时，可以将新的蒸发源条带100局部位置的蒸发材料130蒸发后通过栅网500的通孔510附着在该待镀基底200新的待镀表面，从而实现在该待镀基底200表面形成图案化的蒸镀层。该待镀基底200相对于该蒸发源条带100、激光源400及栅网500整体之间的平移方向及距离不限。例如，可将预先设定好的图形通过程序输入电脑，使激光源400连续的照射不断沿长度方向通过该激光源400及栅网500之间的蒸发源条带100，在该待镀基底200的待镀表面形成一图案化薄膜。

请参阅图14，本发明实施例进一步提供一种图案化薄膜的真空蒸镀方法，包括以下步骤：

S1，提供设置在真空室300中的蒸发源条带100、激光源400、栅网500及待镀基底200，该蒸发源条带100包括蒸发材料130及碳纳米管膜结构110，该碳纳米管膜结构110为一载体，该蒸发材料130设置在该碳纳米管膜结构110表面，通过该碳纳米管膜结构110承载，该栅网500包括相对的第一表面及第二表面，该第一表面与该激光源400相对且间隔设置，该栅网500的第二表面与该待镀基底200相对设置，该蒸发源条带100通过该激光源400与该栅网500之间的部分与该待镀基底200相对且间隔设置；

S2，驱动该蒸发源条带100沿长度方向通过该激光源400与该栅网500之间；以及

S3，通过该激光源400向该蒸发源条带100通过该激光源400与该栅网500之间的部分照射激光，使该蒸发材料130气化，通过该栅网500的通孔510在该待镀基底200的待镀表面形成蒸镀层。

在该步骤S1中，该蒸发源条带100的制备方法包括以下步骤：

S11，提供一碳纳米管膜结构110；以及

S12，在该碳纳米管膜结构110表面担载该蒸发材料130。

在该步骤S11中，优选地，该碳纳米管膜结构110优选为通过支撑结构120悬空设置。

在该步骤S12中，具体可通过溶液法、沉积法、蒸镀、电镀或化学镀等方法进行在该碳纳米管膜结构110表面担载该蒸发材料130。该沉积法可以为化学气相沉积或物理气相沉积。在优选的实施例中通过溶液法在该碳纳米管膜结构110表面担载该蒸发材料130，具体包括以下步骤：

S121，将该蒸发材料130溶于或均匀分散于一溶剂中，形成一溶液或分散液；

S122，将该溶液或分散液均匀附着于该碳纳米管膜结构110表面；以及

S123，将附着在该碳纳米管膜结构110表面的溶液或分散液中的溶剂蒸干，从而将该蒸发材料130均匀的附着在该碳纳米管膜结构110表面。该附着的方法可以为喷涂法、旋转涂覆法或浸渍法。

当该蒸发材料130包括多种材料时，可以使该多种材料在液相溶剂中按预定比例预先混合均匀，从而使担载在碳纳米管膜结构110不同位置上的该多种材料均具有该预定比例。

该蒸发源条带100与待镀基底200相对设置，优选使待镀基底200的待镀表面与该蒸发源条带100的碳纳米管膜结构110保持基本相等的间隔，即该碳纳米管膜结构110位于该激光源400与该栅网500之间的部分基本平行于该待镀基底200的待镀表面，从而使蒸镀时，蒸发材料130的气体可以在基本相同的时间内到达该待镀表面。具体地，可通过在该栅网500上设置该蒸发源条带支撑机构540，使该蒸发源条带100基本平行于该待镀基底200的待镀表面，并悬空设置。该栅网400可分别与该待镀基底200的待镀表面及该碳纳米管膜结构110相互平行。

在该步骤S2中，可通过该蒸发源条带驱动机构600驱动该蒸发源条带100沿长度方向通过该激光源400与该栅网500之间。具体可使该蒸发源条带100通过多个齿轮之间，该齿轮在电机的驱动下转动，从而带动该蒸发源条带100前进。

在该步骤S3中，由于碳纳米管对激光的吸收接近绝对黑体，从而使发声装置对于各种波长的激光具有均一的吸收特性。该激光信号的平均功率密度在100mW/mm²~20W/mm²范围内。该碳纳米管膜结构110由于具有较小的单位面积热容，从而迅速根据该激光信号产生热响应而升温，由于该碳纳米管膜结构110具有较大的比表面积，可以迅速的与周围介质进行热交换，该碳纳米管膜结构110产生的热信号可以迅速加热该蒸发材料130。由于该蒸发材料130在该碳纳米管膜结构110的单位宏观面积的担载量较小，该热信号可以在一瞬间使该蒸发材料130完全气化。因此，达到该待镀基底200的待镀表面局部位置的蒸发材料130就是与该待镀表面局部位置对应设置的碳纳米管膜结构110的局部位置的全部蒸发材料130。由于该碳纳米管膜结构110各处担载的蒸发材料130的量相同，即均匀担载，在该待镀基底200的待镀表面形成的蒸镀层各处具有均匀的厚度，也就是形成的蒸镀层的厚度和均匀性由该蒸发材料130在该碳纳米管膜结构110担载的量和均匀性决定。当该蒸发材料130包括多种材料时，该碳纳米管膜结构110各处担载的各种材料的比例相同，则在该碳纳米管膜结构110与该待镀基底200的待镀表面之间各局部位置的蒸发材料130气体中各种材料的比例相同，使各局部位置能够发生均匀的反应，从而在该待镀基底200的待镀表面形成均匀的蒸镀层。由于具有该栅网500，气化的蒸发材料130只能从栅网500的通孔通过并到达该待镀基底200，从而在该待镀基底200的待镀表面与该栅网500的通孔对应的局部位置形成蒸镀层，从而使该蒸镀层图案化。该图案化的蒸镀层的形状与该栅网500的通孔的形状对应。对于某些蒸镀层材料，如有机材料，传统的掩膜刻蚀，如光刻等方法难以应用。并且，传统的光刻方法难以达到较高精度。

该图案化薄膜的真空蒸镀方法可进一步包括步骤S4，驱动该蒸发源条带100、激光源400及栅网500整体与该待镀基底200相对运动。

在该步骤S4中，可进一步包括S41，通过待镀基底驱动机构700驱动该待镀基底200运动；或者包括S42，通过激光源驱动机构800驱动该激光源400、栅网500及蒸发源条带100整体相对于该待镀基底200运动；或者包括步骤S41及S42的组合。该步骤S4使未形成蒸镀薄膜的待镀表面与该栅网500相对设置，从而在激光源400下一次照射时，可以将新的蒸发源条带100局部位置的蒸发材料130蒸发后通过栅网500的通孔510附着在该待镀基底200新的待镀表面，从而实现在该待镀基底200表面形成图案化的蒸镀层。

上述步骤S2~S4可交替进行，或同时进行，使该蒸发源条带100沿长度方向通过该激光源400与该栅网500之间的过程中，该激光源400多次照射该蒸发源条带100沿长度方向的不同位置，且使待镀基底200需要形成蒸镀层的待镀表面各个位置依次与该栅网500相对设置，从而在该待镀表面形成预定图案的真空蒸镀薄膜。

本发明将自支撑的碳纳米管膜作为蒸镀材料的载体，利用该碳纳米管膜极大的比表面积及自身的均匀性，使承载在该碳纳米管膜上的蒸镀材料在蒸发前即实现较为均匀的大面积分布。在蒸发的过程中利用该自支撑碳纳米管膜瞬时加热的特性，在极短的时间将蒸镀材料完全气化，从而形成均匀且大面积分布的气态蒸镀材料。该待镀基底与该碳纳米管膜间隔距离短，使承载在该碳纳米管膜上的蒸镀材料基本上均能得到利用，有效节约了蒸镀材料，提高了蒸镀速度。该自支撑的碳纳米管膜具有柔性，可以形成一具有蒸发材料的“色带”，方便的不断在激光源与待镀基底之间提供蒸发材料，从而实现在待镀基底表面“打印”形成图案化的真空蒸镀薄膜。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (21)

1.一种图案化薄膜的真空蒸镀装置，包括真空室及待镀基底，其特征在于，进一步包括：

蒸发源条带，包括蒸发材料及碳纳米管膜结构，该碳纳米管膜结构为一载体，该蒸发材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载；

激光源，该激光源将激光信号照射至该碳纳米管膜结构使碳纳米管膜结构的温度升高后加热所述碳纳米管膜结构表面的蒸发材料；以及

栅网，包括相对的第一表面及第二表面，该第一表面与该激光源相对且间隔设置，该蒸发源条带能够沿长度方向通过该激光源与该栅网之间，该栅网的第二表面与该待镀基底相对设置，该蒸发源条带通过该激光源与该栅网之间的部分与该待镀基底平行且间隔设置，

该蒸发源条带、待镀基底、激光源及栅网均设置在该真空室中。

2.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，该蒸发源条带、激光源及栅网能够整体相对于该待镀基底运动。

3.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，进一步包括一蒸发源条带驱动机构，该蒸发源条带驱动机构能够驱动该蒸发源条带沿长度方向通过该激光源与该栅网之间。

4.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，进一步包括一待镀基底驱动机构，该待镀基底驱动机构能够驱动该待镀基底平行于该栅网移动。

5.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，进一步包括激光源驱动机构，该激光源驱动机构能够驱动该激光源、栅网及蒸发源条带整体平行于该待镀基底移动。

6.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，进一步包括将该栅网与该激光源固定连接的栅网支架，该栅网支架垂直于该栅网设置在该栅网的两端，该栅网支架包括蒸发源条带传送口，使该蒸发源条带沿长度方向从该传送口通过该激光源与该栅网之间。

7.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，进一步包括第一卷轴及第二卷轴，该第一卷轴与该第二卷轴垂直于该蒸发源条带的长度方向，并与该激光源固定连接，该蒸发源条带一端与该第一卷轴连接，另一端与该第二卷轴连接，并卷绕设置于该第一卷轴及第二卷轴中的至少一卷轴上。

8.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，该碳纳米管膜结构的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文，比表面积大于200平方米每克。

9.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，该碳纳米管膜结构包括一个或相互层叠的多个碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管。

10.如权利要求9所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，该碳纳米管膜中的碳纳米管基本平行于该碳纳米管膜表面，并沿同一方向延伸。

11.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，该蒸发源条带的厚度小于或等于100微米。

12.如权利要求1所述的图案化薄膜的真空蒸镀装置，其特征在于，该蒸发源条带与该待镀基底的间距为1微米～10毫米。

13.一种图案化薄膜的真空蒸镀方法，包括：

S1，提供设置在真空室中的蒸发源条带、激光源、栅网及待镀基底，该蒸发源条带包括蒸发材料及碳纳米管膜结构，该碳纳米管膜结构为一载体，该蒸发材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载，该栅网包括相对的第一表面及第二表面，该第一表面与该激光源相对且间隔设置，该栅网的第二表面与该待镀基底相对设置；

S2，驱动该蒸发源条带沿长度方向通过该激光源与该栅网之间；

S3，通过该激光源向该蒸发源条带通过该激光源与该栅网之间的部分照射激光，使碳纳米管膜结构的温度升高后加热所述碳纳米管膜结构表面的蒸发材料，使该蒸发材料气化，通过该栅网的通孔在该待镀基底的待镀表面形成蒸镀层。

14.如权利要求13所述的图案化薄膜的真空蒸镀方法，其特征在于，进一步包括：S4，驱动该蒸发源条带、激光源及栅网整体与该待镀基底相对运动。

15.如权利要求13所述的图案化薄膜的真空蒸镀方法，其特征在于，该蒸发源条带的制备方法包括以下步骤：

提供碳纳米管膜结构；以及

在该碳纳米管膜结构表面通过溶液法、沉积法、蒸镀、电镀或化学镀的方法担载该蒸发材料。

16.如权利要求15所述的图案化薄膜的真空蒸镀方法，其特征在于，该蒸发材料通过溶液法担载在该碳纳米管膜结构表面，具体包括以下步骤：

将该蒸发材料溶于或均匀分散于一溶剂中，形成一溶液或分散液；

将该溶液或分散液均匀附着于该碳纳米管膜结构表面；以及

将附着在该碳纳米管膜结构表面的溶液或分散液中的溶剂蒸干，从而将该蒸发材料均匀的附着在该碳纳米管膜结构表面。

17.如权利要求16所述的图案化薄膜的真空蒸镀方法，其特征在于，该蒸发材料包括多种材料，该多种材料在溶剂中按预定比例预先混合均匀，形成该溶液或分散液。

18.如权利要求13所述的图案化薄膜的真空蒸镀方法，其特征在于，该激光信号的平均功率密度在100mW/mm²～20W/mm²范围内。

19.如权利要求14所述的图案化薄膜的真空蒸镀方法，其特征在于，该步骤S4进一步包括通过待镀基底驱动机构驱动该待镀基底运动。

20.如权利要求14所述的图案化薄膜的真空蒸镀方法，其特征在于，该步骤S4进一步包括通过激光源驱动机构驱动该激光源、栅网及蒸发源条带整体相对于该待镀基底运动。

21.如权利要求14所述的图案化薄膜的真空蒸镀方法，其特征在于，该步骤S2～S4交替进行或同时进行，使该蒸发源条带沿长度方向通过该激光源与该栅网之间的过程中，该激光源多次照射该蒸发源条带沿长度方向的不同位置，且使待镀基底需要形成蒸镀层的待镀表面各个位置依次与该栅网相对设置，从而在该待镀表面形成预定图案的真空蒸镀薄膜。

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