CN114752919A - 防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，主要包括一真空腔体、一轴封装置及一驱动单元，其中驱动单元通过轴封装置连接并驱动真空腔体转动。一抽气管线及至少一进气管线设置在轴封装置内，并将一过滤单元设置在轴封装置连接真空腔体的反应空间的一端。抽气管线经由过滤单元抽出反应空间内的气体，而进气管线则经由过滤单元将前驱物气体或非反应气体输送至反应空间。进气管线输送非反应气体的状态包括一搅动状态及一防止沾粘状态，其中防止沾粘状态时进气管线输出的非反应气体的流量小于搅拌状态，并可避免粉末沾粘在过滤单元上。
Description
技术领域
本发明有关于一种防止粉末沾黏的粉末原子层沉积装置，其中进气管线输送非反应气体的状态包括一搅动状态及一防止沾粘状态，防止沾粘状态时进气管线输出的非反应气体的流量小于搅拌状态，并用以避免粉末沾粘在过滤单元上。
背景技术
奈米颗粒(nanoparticle)一般被定义为在至少一个维度上小于100奈米的颗粒，奈米颗粒与宏观物质在物理及化学上的特性截然不同。一般而言，宏观物质的物理特性与本身的尺寸无关，但奈米颗粒则非如此，奈米颗粒在生物医学、光学和电子等领域都具有潜在的应用。
量子点(Quantum Dot)是半导体的奈米颗粒，目前研究的半导体材料为II-VI材料，如ZnS、CdS、CdSe等，其中又以CdSe最受到瞩目。量子点的尺寸通常在2至50奈米之间，量子点被紫外线照射后，量子点中的电子会吸收能量，并从价带跃迁到传导带。被激发的电子从传导带回到价带时，会通过发光释放出能量。
量子点的能隙与尺寸大小相关，量子点的尺寸越大能隙越小，经照射后会发出波长较长的光，量子点的尺寸越小则能隙越大，经照射后会发出波长较短的光。例如5到6奈米的量子点会发出橘光或红光，而2到3奈米的量子点则会发出蓝光或绿光，当然光色取决于量子点的材料组成。
应用量子点的发光二极体(LED)产生的光可接近连续光谱，同时具有高演色性，并有利于提高发光二极体的发光品质。此外亦可通过改变量子点的尺寸调整发射光的波长，使得量子点成为新一代发光装置及显示器的发展重点。
量子点虽然具有上述的优点及特性，但在应用或制造的过程中容易产生团聚现象。此外量子点具有较高的表面活性，并容易与空气及水气发生反应，进而缩短量子点的寿命。
具体来说，将量子点制作成为发光二极体的密封胶时，可能会产生团聚效应，而降低了量子点的光学性能。此外，量子点在制作成发光二极体的密封胶后，外界的氧或水气仍可能会穿过密封胶而接触量子点的表面，导致量子点氧化，并影响量子点及发光二极体的效能或使用寿命。量子点的表面缺陷及悬空键(dangling bonds)亦可能造成非辐射复合(nonradiative recombination)，同样会影响量子点的发光效率。
目前业界主要通过原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)在量子点的表面形成一层奈米厚度的薄膜，或者是在量子点的表面形成多层薄膜，以形成量子井结构。
原子层沉积可以在基板上形成厚度均匀的薄膜，并可有效控制薄膜的厚度，理论上亦适用于三维的量子点。量子点静置在承载盘时，相邻的量子点之间会存在接触点，使得原子层沉积的前驱物气体无法接触这些接触点，并导致无法在所有的奈米颗粒的表面皆形成厚度均匀的薄膜。
发明内容
为了解决上述先前技术面临的问题，本发明提出一种防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，可于原子层沉积制程中充份搅拌粉末，以利于在各个粉末的表面上形成厚度均匀的薄膜。在搅拌粉末的过程中，可通过进气管线经由过滤单元将非反应气体输送至反应空间，以防止反应空间内的粉末沾粘在过滤单元上。
本发明的一目的，在于提供一种防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，主要包括一驱动单元、一轴封装置及一真空腔体，其中驱动单元通过轴封装置连接并驱动真空腔体转动。至少一抽气管线、至少一搅动气体输送管线及至少一进气管线位于轴封装置内，并将一过滤单元设置在轴封装置连接或接触真空腔体的反应空间的一端。
抽气管线经由过滤单元抽出反应空间内的气体，以防止抽气管线抽出反应空间内的粉末。搅动气体输送管线经由过滤单元将一搅动气体输送至反应空间，以吹动反应空间内的粉末。此外当搅动气体输送管线经由过滤单元将搅动气体输送反应空间时，进气管线亦会经由过滤单元将非反应气体输送至反应空间，使得过滤单元连接反应空间的一侧形成正压或气墙，以防止粉末沾粘在过滤单元的表面或内部。
本发明的一目的，在于提供一种防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，主要包括一驱动单元、一轴封装置及一真空腔体，其中驱动单元通过轴封装置连接并驱动真空腔体转动。抽气管线经由过滤单元抽出反应空间内的气体，以防止抽气管线抽出反应空间内的粉末。至少一进气管线经由过滤单元将一非反应气体输送至反应空间，其中进气管线输送非反应气体的状态包括一搅动状态及一防止沾粘状态。在搅拌状态的进气管线输出的非反应气体的流量大于防止沾粘状态，并可通过较大流量的非反应气体吹动反应空间的粉末。防止沾粘状态则通过较小流量的非反应气体在过滤单元连接反应空间的表面形成气墙或正压，以防止粉末沾粘在过滤单元的表面或内部。
为了达到上述的目的，本发明提出一种防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，包括：一真空腔体，包括一反应空间用以容置复数个粉末；一轴封装置，连接真空腔体；一驱动单元，通过轴封装置连接真空腔体，并经由轴封装置带动真空腔体转动；一过滤单元，位于轴封装置连接真空腔体的反应空间的一端；至少一抽气管线，位于轴封装置内，并经由过滤单元流体连接真空腔体的反应空间，以抽出反应空间内的一气体；至少一搅动气体输送管线，位于轴封装置内，并经由过滤单元将一搅动气体输送至反应空间，以吹动反应空间内的粉末；及至少一进气管线，位于轴封装置内，并经由过滤单元将一前驱物气体或一非反应气体输送至反应空间，其中搅动气体输送管线将搅动气体输送反应空间时，进气管线会将非反应气体输送至反应空间。
本发明提出另一种防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，包括：一真空腔体，包括一反应空间用以容置复数个粉末；一轴封装置，连接真空腔体；一驱动单元，通过轴封装置连接真空腔体，并经由轴封装置带动真空腔体转动；一过滤单元，位于轴封装置连接真空腔体的反应空间的一端；至少一抽气管线，位于轴封装置内，并经由过滤单元流体连接真空腔体的反应空间，以抽出反应空间内的一气体；及至少一进气管线，位于轴封装置内，并经由过滤单元将一非反应气体输送至反应空间，其中进气管线输送非反应气体的状态包括一搅动状态及一防止沾粘状态，搅拌状态时进气管线输出的非反应气体的流量大于防止沾粘状态，以吹动反应空间的粉末。
所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其中搅动气体输送管线包括一延伸管线，延伸管线位于反应空间内，并朝反应空间的一表面的方向延伸。
所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其中轴封装置包括一外管体及一内管体，外管体具有一容置空间，用以容置内管体，抽气管线、搅动气体输送管线及进气管线位于内管体内。
所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其中内管体由外管体的容置空间延伸至真空腔体的反应空间，并在反应空间内形成一凸出管部。
所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其中进气管线经由过滤单元将非反应气体输送至反应空间，并在过滤单元接触反应空间的一表面形成一气墙或一正压，以防止粉末沾粘在过滤单元的表面。
所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其中进气管线经由过滤单元将一前驱物气体输送至反应空间。
所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其中进气管线在防止沾粘状态时经由过滤单元将非反应气体输送至反应空间，并在过滤单元接触反应空间的一表面形成一气墙或一正压，以防止粉末沾粘在过滤单元的表面。
本发明的有益效果是：在搅拌粉末的过程中，通过进气管线经由过滤单元将非反应气体输送至反应空间，并在过滤单元的表面形成气强或正压，以防止反应空间内的粉末沾粘在过滤单元上。
附图说明
图1为本发明防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置一实施例的立体示意图。
图2为本发明防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置一实施例的剖面示意图。
图3为本发明防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置的轴封装置一实施例的剖面示意图。
图4为本发明防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置又一实施例的剖面示意图。
图5为本发明防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置又一实施例的剖面示意图。
附图标记说明：10-防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置；11-真空腔体；111-盖板；1111-内表面；113-腔体；115-监控晶圆；12-反应空间；121-粉末；13-轴封装置；130-凸出管部；131-外管体；132-容置空间；133-内管体；134-连接空间；139-过滤单元；14-齿轮；15-驱动单元；16-加热装置；171-抽气管线；172-延伸管线；173-进气管线；175-搅动气体输送管线；177-加热器；179-温度感测单元；191-承载板；193-固定架；195-连接轴。
具体实施方式
请参阅图1、图2及图3，分别为本发明防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置一实施例的立体示意图、剖面示意图及防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置的轴封装置一实施例的剖面示意图。如图所示，防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置10主要包括一真空腔体11、一轴封装置13及一驱动单元15，其中驱动单元15通过轴封装置13连接真空腔体11，并带动真空腔体11转动。
真空腔体11内具有一反应空间12，用以容置复数个粉末121，其中粉末121可以是量子点(Quantum Dot)，例如ZnS、CdS、CdSe等II-VI半导体材料，而形成在量子点上的薄膜可以是三氧化二铝(Al2O3)。真空腔体11可包括一盖板111及一腔体113，其中盖板111的一内表面1111用以覆盖腔体113，并在两者之间形成反应空间12。
在本发明一实施例中，可于盖板111的内表面1111设置一监控晶圆115，当盖板111覆盖腔体113时，监控晶圆115会位于反应空间12内。在反应空间12内进行原子层沉积时，监控晶圆115的表面会形成薄膜。在实际应用时可进一步量测监控晶圆115表面的薄膜厚度与粉末121表面的薄膜厚度，并计算出两者之间的关系。而后便可通过量测监控晶圆115表面的薄膜厚度，换算出粉末121表面的薄膜厚度。
在本发明一实施例中，轴封装置13包括一外管体131及一内管体133，其中外管体131具有一容置空间132，而内管体133则具有一连接空间134，例如外管体131及内管体133可为空心柱状体。外管体131的容置空间132用以容置内管体133，其中外管体131及内管体133同轴设置。轴封装置13可以是一般常见的轴封或磁流体轴封，主要用以隔离真空腔体11的反应空间12与外部的空间，以维持反应空间12的真空。
驱动单元15通过外管体131动力连接真空腔体11，并通过外管体131带动真空腔体11转动。此外驱动单元15并未连接内管体133，因此驱动单元15带动外管体131及真空腔体11转动时，内管体133不会随着转动。
驱动单元15可带动外管体131及真空腔体11以同一方向持续转动，例如顺时针或逆时针方向持续转动。在不同实施例中，驱动单元15可带动外管体131及真空腔体11以顺时针的方向旋转一特定角度后，再以逆时针的方向旋转特定角度，例如特定角度可为360度。真空腔体11转动时，会搅拌反应空间12内的粉末121，以利于粉末121均匀受热并与前驱物气体、非反应气体或搅动气体接触。
在本发明一实施例中，驱动单元15可为马达，通过至少一齿轮14连接外管体131，并经由齿轮14带动外管体131及真空腔体11相对于内管体133转动。
轴封装置13或其内管体133的连接空间134内可设置至少一抽气管线171、至少一进气管线173、至少一搅动气体输送管线175、一加热器177及/或一温度感测单元179，如图2及图3所示。此外，内管体133连接反应空间12的一端可设置一过滤单元139，其中过滤单元139主要用以过滤反应空间12内的粉末121。
抽气管线171经由过滤单元139流体连接真空腔体11的反应空间12，并经由过滤单元139抽出反应空间12内的气体，使得反应空间12为真空状态，以进行原子层沉积制程。具体而言抽气管线171可连接一帮浦，并通过帮浦抽出反应空间12内的气体。此外通过过滤单元139的设置可避免粉末121在抽气的过程中进入抽气管线171内，可有效减少粉末121的损耗。
进气管线173经由过滤单元139流体连接真空腔体11的反应空间12，并经由过滤单元139将一前驱物气体或一非反应气体输送至反应空间12，其中非反应气体可以是氮气或氩气等惰性气体。例如进气管线173可通过阀件组连接一前驱物气体储存槽及一非反应气体储存槽，并通过阀件组将前驱物气体输送至反应空间12内，以将前驱物气体沉积在粉末121表面。在实际应用时，进气管线173可能会将一载送气体(carrier gas)及前驱物气体一起输送到反应空间12内。而后通过阀件组将非反应气体输送至反应空间12内，并通过抽气管线171抽气，以去除反应空间12内的未反应气体、反应后的气体或前驱物气体。在本发明一实施例中，进气管线173可连接复数个分枝管线，并分别通过各个分枝管线将不同的前驱物气体依序输送至反应空间12内。
此外可增大进气管线173输送至反应空间12的非反应气体的流量，并通过非反应气体吹动反应空间12内的粉末121，使得粉末121受到非反应气体的带动，扩散到反应空间12的各个区域。
在本发明一实施例中，进气管线173输出的非反应气体的流量为可调整，当进气管线173输出的非反应气体的流量较大时，可通过非反应气体搅动反应空间12内的粉末121，并可将此一状态定义为一搅动状态。反之，当进气管线173输出的非反应气体的流量较小时，非反应气体有可能无法搅动反应空间12内的粉末121。然而输出的非反应气体可在过滤单元139接触反应空间12的表面形成气墙或正压，以防止反应空间12内的粉末121沾粘在过滤单元139的表面，并可将此一状态定义为一防止沾粘状态。换言之，在搅拌状态时进气管线173输出的非反应气体的流量会大于防止沾粘状态。
在实际应用时可依据制程的需求，调整进气管线173输出非反应气体的流量，并在搅拌状态及防止沾粘状态之间切换。具体而言，进气管线173可在除了搅拌状态及输出前驱物气体以外的时间，皆输出小流量的非反应气体。
在本发明另一实施例中，防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置10的轴封装置13内可设置至少一搅动气体输送管线175，其中搅动气体输送管线175经由过滤单元139流体连接真空腔体11的反应空间12，并经由过滤单元139将一搅动气体输送至反应空间12，例如搅动气体输送管线175可通过阀件组连接一氮气储存槽，并通过阀件组将氮气输送至反应空间12。搅动气体用以吹动反应空间12内的粉末121，配合驱动单元15驱动真空腔体11转动，可有效且均匀的翻搅反应空间12内的粉末121，并有利于在各个粉末121的表面沉积厚度均匀的薄膜。
具体而言，进气管线173用以输出前驱物气体或非反应气体，而搅动气体输送管线175则用以输出搅动气体，其中搅动气体及非反应气体可以是相同或不相同的气体，例如搅动气体及非反应气体可以是惰性气体或氮气。进气管线173输送的非反应气体的流量较小，主要用以去除反应空间12内的前驱物气体，而搅动气体输送管线175输送的搅动气体的流量较大，主要用以吹动反应空间12内的粉末121。
在本发明实施例中，当搅动气体输送管线175将搅动气体输送至反应空间12时，进气管线173亦可将非反应气体输送至反应空间12，并在过滤单元139接触反应空间12的表面形成气墙或正压，以防止反应空间12内被搅动气体吹动的粉末121沾粘在过滤单元139的表面。
在本发明一实施例中，如图4所示，轴封装置13的内管体133由外管体131的容置空间132延伸至真空腔体11的反应空间12，其中反应空间12内的内管体133被定义为一凸出管部130。此外位于内管体133的连接空间134内的抽气管线171、进气管线173、搅动气体输送管线175、加热器177及/或温度感测单元179亦位于凸出管部130。通过凸出管部130的设置可缩短或调整进气管线173及/或搅动气体输送管线175与盖板111之间的距离，使得进气管线173及/或搅动气体输送管线175输送至反应空间12的非反应气体及/或搅动气体传递至盖板111上，并经由盖板111扩散到反应空间12的各个区域。此外，过滤单元139可设置在凸出管部130的一端。
加热器177用以加热内管体133内的抽气管线171、进气管线173及/或搅动气体输送管线175，以提高抽气管线171、进气管线173及/或搅动气体输送管线175内的气体的温度。例如可提高进气管线173输送至反应空间12的非反应气体及/或前驱物气体的温度，并可提高搅动气体输送管线175输送至反应空间12的搅动气体的温度。使得非反应气体、搅动气体及/或前驱物气体进入反应空间12时，不会造成反应空间12的温度大幅下降或改变。此外可通过温度感测单元179量测加热器177或连接空间134的温度，以得知加热器177的工作状态。当然在真空腔体11的内部、外部或周围通常会设置另一个加热装置16，如图4所示，其中加热装置16邻近或接触真空腔体11，并用以加热真空腔体11及反应空间12。
驱动单元15带动外管体131及真空腔体11转动时，内管体133及内部的抽气管线171、进气管线173及/或搅动气体输送管线175并不会随着转动，并有利于稳定传送至反应空间12的非反应气体、搅动气体及前驱物气体。
在本发明一实施例中，防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置10亦可包括一承载板191及至少一固定架193，其中承载板191可为一板体，用以承载驱动单元15、真空腔体11及轴封装置13。例如承载板191连接驱动单元15，并通过驱动单元15连接轴封装置13及真空腔体11。此外轴封装置13及/或真空腔体11亦可通过至少一支撑架连接承载板191，以提高连接的稳定度。
承载板191可通过至少一连接轴195连接固定架193，其中固定架193的数量可为两个，并分别设置在承载板191的两侧。承载板191可以连接轴195为轴心相对于固定架193转动，以改变驱动单元15、轴封装置13及真空腔体11的仰角，以利于在各个粉末121的表面形成厚度均匀的薄膜。
在本发明另一实施例中，如图5所示，搅动气体输送管线175由内管体133的连接空间134延伸至真空腔体11的反应空间12，其中延伸至反应空间12的搅动气体输送管线175可被定义为一延伸管线172。延伸管线172位于反应空间12内，并朝反应空间12的一表面的方向延伸，例如反应空间12下半部的表面。搅动气体输送管线175及延伸管线172不经由过滤单元139将搅动气体传送至真空腔体11的反应空间12，而是直接将搅动气体输送至反应空间12。
当搅动气体输送管线175及延伸管线172输出搅动气体时，进气管线173亦会输出非反应气体，并在过滤单元139接触反应空间12的表面形成气墙或正压，以防止反应空间12的粉末121沾粘在过滤单元139的表面。
本发明优点：
在搅拌粉末的过程中，通过进气管线经由过滤单元将非反应气体输送至反应空间，并在过滤单元的表面形成气强或正压，以防止反应空间内的粉末沾粘在过滤单元上。
以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。
Claims (10)
1.一种防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，包括：
一真空腔体，包括一反应空间用以容置复数个粉末；
一轴封装置，连接该真空腔体；
一驱动单元，通过该轴封装置连接该真空腔体，并经由该轴封装置带动该真空腔体转动；
一过滤单元，位于该轴封装置连接该真空腔体的该反应空间的一端；
至少一抽气管线，位于该轴封装置内，并经由该过滤单元流体连接该真空腔体的该反应空间，以抽出该反应空间内的一气体；
至少一搅动气体输送管线，位于该轴封装置内，并经由该过滤单元将一搅动气体输送至该反应空间，以吹动该反应空间内的该粉末；及
至少一进气管线，位于该轴封装置内，并经由该过滤单元将一前驱物气体或一非反应气体输送至该反应空间，其中该搅动气体输送管线将该搅动气体输送该反应空间时，该进气管线会将该非反应气体输送至该反应空间。
2.根据权利要求1所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，其中该搅动气体输送管线包括一延伸管线，该延伸管线位于该反应空间内，并朝该反应空间的一表面的方向延伸。
3.根据权利要求1所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，其中该轴封装置包括一外管体及一内管体，该外管体具有一容置空间，用以容置该内管体，该抽气管线、该搅动气体输送管线及该进气管线位于该内管体内。
4.根据权利要求3所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，其中该内管体由该外管体的该容置空间延伸至该真空腔体的该反应空间，并在该反应空间内形成一凸出管部。
5.根据权利要求1所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，其中该进气管线经由该过滤单元将该非反应气体输送至该反应空间，并在该过滤单元接触该反应空间的一表面形成一气墙或一正压，以防止该粉末沾粘在该过滤单元的表面。
6.一种防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，包括：
一真空腔体，包括一反应空间用以容置复数个粉末；
一轴封装置，连接该真空腔体；
一驱动单元，通过该轴封装置连接该真空腔体，并经由该轴封装置带动该真空腔体转动；
一过滤单元，位于该轴封装置连接该真空腔体的该反应空间的一端；
至少一抽气管线，位于该轴封装置内，并经由该过滤单元流体连接该真空腔体的该反应空间，以抽出该反应空间内的一气体；及
至少一进气管线，位于该轴封装置内，并经由该过滤单元将一非反应气体输送至该反应空间，其中该进气管线输送该非反应气体的状态包括一搅动状态及一防止沾粘状态，该搅拌状态时该进气管线输出的该非反应气体的流量大于该防止沾粘状态，以吹动该反应空间的该粉末。
7.根据权利要求6所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，其中该进气管线经由该过滤单元将一前驱物气体输送至该反应空间。
8.根据权利要求6所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，其中该轴封装置包括一外管体及一内管体，该外管体具有一容置空间，用以容置该内管体，该抽气管线及该进气管线位于该内管体内。
9.根据权利要求8所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，其中该内管体由该外管体的该容置空间延伸至该真空腔体的该反应空间，并在该反应空间内形成一凸出管部。
10.根据权利要求6所述的防止粉末沾粘的粉末原子层沉积装置，其特征在于，其中该进气管线在该防止沾粘状态时经由该过滤单元将该非反应气体输送至该反应空间，并在该过滤单元接触该反应空间的一表面形成一气墙或一正压，以防止该粉末沾粘在该过滤单元的表面。
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