CN115323329B - 串联式多功能钼舟组件及基于该组件的蒸镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种串联式多功能钼舟组件及基于该组件的蒸镀方法，通过将多个单头钼舟串联在一起以形成可容纳多个坩埚的钼舟组件，使钼舟组件能够同时承载多种药液，且多种药液可分别设置在不同的坩埚中，避免相互反应，使基片在多层镀覆过程中不需要开炉更换药液，避免中间膜层受空气污染，确保各膜层的均匀度以及各膜层之间的附着力，提高基片真空镀膜的效果。同时，本发明通过采用不同阻值的单头钼舟进行串联，以实现不同钼舟在相同电流下产生不同的温度，从而可通过钼舟组件两端电压来控制各单头钼舟的工作温度，进而控制各药液的蒸发时序，根据膜层设计，对基片依次进行各膜层的镀覆，实现一次装机完成多层膜层镀覆的技术效果。

Description

串联式多功能钼舟组件及基于该组件的蒸镀方法

技术领域

本发明属于真空镀膜设备技术领域，具体涉及一种串联式多功能钼舟组件及基于该组件的蒸镀方法。

背景技术

真空镀膜是指在较高真空度下进行的镀膜，主要有蒸发和溅射两种。其中蒸发镀膜一般通过加热靶材使活性组分以原子团、离子或分子形式被蒸发出来，并且沉降在基片表面，通过成膜过程形成薄膜。加热靶材的蒸镀设备主要有电子枪系统和阻蒸系统两种，其中电子枪系统需要持续用到10000-15000伏特的电压，电能消耗非常高，而阻蒸系统则能耗较低、构造简单、容易维护。

钼因为高热传导率、高熔点、高抗蠕变性能、低热膨胀性、低经济成本等特点，常用作PVD阻蒸加热的传热材料，一般地，为了同时发挥固定膜料和加热膜料的作用，PVD阻蒸加热用的钼舟多设置为单头结构，即一个钼舟上设置有一个嵌槽，用于嵌设一个坩埚，钼舟对坩埚加热使坩埚内的钢丝绒温度升高至药液沸点，进而使药液蒸发，对待镀膜基片表面进行镀覆。

由于常规钼舟采用单头方式，一根钼舟上只能放置一个坩埚，形成功能膜层的化学物质均放置在同一个坩埚内的钢丝绒中。若对应化学物质是多组分，且相互间存在化学反应时，这样的钼舟设计和药液设计则无法满足镀膜需求，而只能采用分开多次镀膜的方式来解决。这一方面增加了操作复杂性，提升了加工成本，另一方面会使得新鲜膜层与空气直接接触，降低表面活性和清洁度，影响后续膜层在其上的均匀度和附着力。

同时，对于具有多种蒸镀药液且各种药液需要按一定顺序进行蒸镀的情况，常规的钼舟难以实现这一功能。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是：提供一种串联式多功能钼舟组件，解决传统钼舟无法同时搭载多种药液的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：串联式多功能钼舟组件，包括多个由条形钼片折弯而成的单头钼舟，多个单头钼舟依次排列且相互连接，位于首尾的两个单头钼舟相互远离的一端形成与供电电路连接的正连接端子和负连接端子，任一单头钼舟上设置有一个用于嵌设坩埚的嵌槽。

作为一种优选方案，各单头钼舟的电阻相等。

作为一种优选方案，多个单头钼舟中存在至少两个单头钼舟的电阻不同。

作为一种优选方案，电阻不同的两个单头钼舟通过截面积逐渐变化的过渡连接片相互连接，过渡连接片两端的截面分别与连接的单头钼舟端部截面一致。

作为一种优选方案，过渡连接片与其两端的单头钼舟一体成型。

作为一种优选方案，所述钼片包括相互平行设置的长直段、位于两长直段同一端且将两长直段连接起来的连接段、位于两长直段另一端且分别与两长直段连接的延伸段，两延伸段分设在两长直段的两侧且向相反方向延伸，任一所述单头钼舟由两长直段经两次同方向的90°折弯形成。

作为一种优选方案，所述连接段成直线形或S形或蛇形或半圆形或“Ω”形。

本发明进一步要解决的技术问题是：提供一种基于上述钼舟组件的蒸镀方法，以解决目前常规钼舟无法对多种药液按顺序依次蒸镀的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于上所述串联式多功能钼舟组件的蒸镀方法，包括如下具体步骤：

a、根据同批次蒸镀的多种不同药液的蒸发温度和蒸镀顺序设计多功能钼舟组件的单头钼舟数量和各单头钼舟的阻值，并制备多功能钼舟组件；

b、配置药液，将不同药液滴加在不同坩埚内的钢丝绒上，将不同坩埚嵌设在同一串联式多功能钼舟组件上各种对应的单头钼舟嵌槽内；

c、将串联式多功能钼舟组件安装到蒸镀炉内，同时装入产品，关闭炉门；

d、开始蒸镀，根据设计的蒸镀梯度温度顺次提高钼舟组件两端电压，每次调节电压之间间隔时间满足对应蒸镀温度下的药液完全蒸发。

作为一种优选方案，多功能钼舟组件的设计方式为：

1）、按蒸镀顺序对多种药液进行编号1、2、3、……、N，预设初次蒸发的药液对应单头钼舟的加热电流I₁，按蒸镀顺序设定加热电流增量M，已知各药液的蒸镀温度T₁、T₂、T₃、……、T_N，设定单头钼舟工作温度与功率的关系为T_i=KP_i=K I_i ² R_i，i=1、2、3、……、N，K为单头钼舟功率与工作温度之间的转化系数，可根据试验获得，计算第一种药液对应单头钼舟的电阻值：R₁= T₁/（KI₁ ²），则R_i’=T_i’/（K（I_i’-1+M）²）,其中i'=2、3、……、N；

2）、计算最大电流I_max= I₁+（N-1）M下，最大电阻的单头钼舟工作温度T_max；

3）、比较T_max与钼舟熔点的高低，当T_max高于钼舟熔点，则下修增量M，重复上述步骤1）和2），直至T_max小于钼舟熔点。

本发明的有益效果是：本发明首先通过将多个单头钼舟串联在一起以形成可容纳多个坩埚的钼舟组件，使钼舟组件能够同时承载多种药液，且多种药液可分别设置在不同的坩埚中，避免相互反应，使基片在多层镀覆过程中不需要开炉更换药液，避免中间膜层受空气污染，确保各膜层的均匀度以及各膜层之间的附着力，提高基片真空镀膜的效果。

同时，本发明通过采用不同阻值的单头钼舟进行串联，以实现不同钼舟在相同电流下产生不同的温度，从而可通过钼舟组件两端电压来控制各单头钼舟的工作温度，进而控制各药液的蒸发时序，根据膜层设计，对基片依次进行各膜层的镀覆，实现一次装机完成多层膜层镀覆的技术效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1是传统单头钼舟的结构示意图；

图2是本发明所述钼舟组件的结构示意图；

图3是本发明所述钼舟组件的改进型结构示意图；

图4是用于制备单头钼舟的钼片的结构示意图；

图5是本发明所述坩埚及其内部钢丝绒的结构示意图；

图6是坩埚与单头钼舟的连接结构示意图；

图1~图6中：1、钼片，101、长直段，102、连接段，103、延伸段，2、单头钼舟，3、正连接端子，4、负连接端子，5、坩埚，6、嵌槽，7、过渡连接片，8、钢丝绒。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

如图1~图6所示，串联式多功能钼舟组件包括两个由条形钼片1折弯而成的单头钼舟2，两个单头钼舟2依次排列且相互连接，位于首尾的两个单头钼舟2相互远离的一端形成与供电电路连接的正连接端子3和负连接端子4，任一单头钼舟2上设置有一个用于嵌设坩埚5的嵌槽6。

如图2所示的钼舟组件中，各单头钼舟2的电阻相等，该钼舟组件在使用时，各单头钼舟2的温度一致，对各坩埚5的加热效果也一致，对于多种相同沸点的药液，单头钼舟2的加热温度达到或超过药液沸点时，多种药液同时蒸发，对基片进行镀覆。对于多种不同沸点的药液，可快速将各单头钼舟2的温度提升到高于最高沸点之上，使多种药液同时蒸发，也可以逐步提升各单头钼舟2的温度，根据各药液沸点从低到高的排列顺序，从低沸点药液开始向高沸点药液依次蒸发，实现对基片的分层镀覆。

如图3所示的钼舟组件中，两个单头钼舟2的电阻不同，且电阻不同的两个单头钼舟2通过截面积逐渐变化的过渡连接片7相互连接，过渡连接片7两端的截面分别与连接的单头钼舟2端部截面一致。过渡连接片7与其两端的单头钼舟2一体成型。

图3所示的钼舟组件因两个单头钼舟2的阻值不同，因此两个单头钼舟2在工作时，工作温度存在差异，因此，可对相同沸点的两种药液进行分批次蒸发，对基片进行分层镀覆，也可对两种沸点不同的药液进行同步蒸发，或对两种沸点不同的药液进行分批次蒸发，特别是可以实现先蒸发高沸点药液，后蒸发低沸点药液，为了降低相邻两单头钼舟2之间的热影响，可适当延长相邻两嵌槽之间的间距。

如图4所示，所述钼片1包括相互平行设置的长直段101、位于两长直段101同一端且将两长直段101连接起来的连接段102、位于两长直段101另一端且分别与两长直段101连接的延伸段103，两延伸段103分设在两长直段101的两侧且向相反方向延伸，任一所述单头钼舟2由两长直段101经两次同方向的90°折弯形成，如图1所示。

本实施例中，连接段102成直线形，在实际生产中，连接段102还可以是S形或蛇形或半圆形或“Ω”形。连接段102的异形形态可增加其与坩埚5的接触面积，提高单头钼舟2对其上承载的坩埚5的加热均匀性，提高药液的蒸发效率。

本实施例的工作过程是：如图1~图6所示，根据两种不同药液的沸点和蒸镀工艺，选择图2或图3所示的钼舟组件，如果两种药液沸点相同且需要同时蒸发对基片进行镀覆，则选择图2所示钼舟组件，将两种药液分别滴加在两个坩埚5内的钢丝绒8上，将两个坩埚分别嵌设于两个单头钼舟2上的两个嵌槽6内，然后将钼舟组件安装到蒸镀炉内，使钼舟组件的正连接端子3连接电源正极，钼舟组件的负连接端子4连接电源负极，向蒸镀炉内装载基片后关闭蒸镀炉，抽真空后开始蒸镀，对钼舟组件进行加热使各单头钼舟温度上升至药液的沸点之上，对坩埚加热，使钢丝绒8及其内部的药液受热蒸发，对基片进行蒸镀。

如果两种药液的沸点相同且需要分批次进行蒸发，对基片进行分层镀覆，则选择图3所示的钼舟组件，将需要先蒸发的药液所在的坩埚5置于高阻值的单头钼舟2上，将需要后蒸发的药液所在的坩埚5置于低阻值的单头钼舟2上，低阻值的单头钼舟2工作温度比高阻值的单头钼舟2的工作温度低，因此，位于高阻值单头钼舟2上的药液提前达到沸点并进行蒸发，对基片进行第一层镀覆，完成镀覆后，再进一步提高钼舟组件两端电压，使低阻值单头钼舟2的温度提升到其上药液的沸点之上，使需要后蒸发的药液进行蒸发，对基片进行第二层镀覆。

如果两种药液的沸点不同且需要同时进行蒸发，则选择图3所示钼舟组件，将沸点高的药液所在坩埚5置于阻值高的单头钼舟2上，将沸点低的药液置于阻值低的单头钼舟2上，阻值的具体值根据两种药液的沸点进行调整，由于阻值高的单头钼舟2工作温度高，阻值低的单头钼舟2工作温度低，因此，通过控制两个单头钼舟2的阻值，可使两种沸点不同的药液同时达到沸点开始蒸发，实现同步蒸发对基片进行蒸镀。当然还可以采用图2所示钼舟组件，通过快速提高钼舟组件两端电压，使两单头钼舟2的温度快速提升到高沸点药液的沸点温度之上，使两种药液同时蒸发，但由于低沸点药液与加热温度之间的差异大，因此低沸点药液的蒸发速度快，会导致两种药液的蒸发量存在差异，导致两种药液在蒸镀过程中的比例失调。

如果两种药液的沸点不同且需要异步蒸发，需要根据蒸发步骤进一步分析，如果低沸点药液先蒸发，高沸点药液后蒸发，则选择图2所示钼舟组件，通过控制钼舟组件两端电压，先将各单头钼舟2的工作温度提高到略高于低沸点药液的沸点，使低沸点药液先行蒸发对基片进行蒸镀，待低沸点药液蒸发完以后，再提高钼舟组件两端电压，使各单头钼舟2的工作温度提升到略高于高沸点药液的沸点，使高沸点药液蒸发，对基片进行第二次蒸镀。如果高沸点药液先蒸发，低沸点药液后蒸发，则选择图3所示的钼舟组件，将高沸点药液所在的坩埚5置于高阻值单头钼舟2上，将低沸点药液所在的坩埚5置于低阻值单头钼舟2上，并增加两单头钼舟2上的嵌槽6之间的间距，降低两嵌槽6处的温度影响，提高钼舟组件两端电压，使高阻值的单头钼舟2的工作温度达到高沸点药液的沸点之上，且此时低阻值单头钼舟2的工作温度低于低沸点药液的沸点，高沸点药液先行蒸发对基片进行蒸镀，高沸点药液蒸发完毕后，进一步提高钼舟组件两端电压，使低阻值单头钼舟2的温度上升到低沸点药液的沸点之上，使低沸点药液开始蒸发对基片进行二次蒸镀。在这种高沸点药液先行蒸发、低沸点药液后蒸发的情况下，高阻值单头钼舟2的温度极高，能耗较大，因此成本较高。

实施例2：

本实施例是基于实施例1所述串联式多功能钼舟组件的蒸镀方法，包括如下具体步骤：

a、根据同批次蒸镀的多种不同药液的蒸发温度和蒸镀顺序设计合适的多功能钼舟组件；

b、配置药液，将不同药液滴加在不同坩埚内的钢丝绒上，将不同坩埚嵌设在同一串联式多功能钼舟组件上各种对应的单头钼舟嵌槽内；

c、将串联式多功能钼舟组件安装到蒸镀炉内，同时装入产品，关闭炉门；

d、开始蒸镀，根据设计的蒸镀梯度温度顺次提高钼舟组件两端电压，每次调节电压之间间隔时间满足对应蒸镀温度下的药液完全蒸发。

在步骤a中，多功能钼舟组件的设计方式具体为：

1）、按蒸镀顺序对多种药液进行编号1、2、3、……、N，预设初次蒸发的药液对应单头钼舟的加热电流I₁，按蒸镀顺序设定加热电流增量M，已知各药液的蒸镀温度T₁、T₂、T₃、……、T_N，设定单头钼舟工作温度与功率的关系为T_i=KP_i=K I_i ² R_i，i=1、2、3、……、N，K为单头钼舟功率与工作温度之间的转化系数，可根据试验获得，计算第一种药液对应单头钼舟的电阻值：R₁= T₁/（KI₁ ²），则R_i’=T_i’/（K（I_i’-1+M）²）,其中i'=2、3、……、N；

2）、计算最大电流I_max= I₁+（N-1）M下，最大电阻的单头钼舟工作温度T_max；

3）、比较T_max与钼舟熔点的高低，当T_max高于钼舟熔点，则下修增量M，重复上述步骤1）和2），直至T_max小于钼舟熔点。

图2所示钼舟组件因两单头钼舟2的阻值一致，因此不需要对各单头钼舟2的阻值进行关联设计，只需要设计合理的电阻值以降低能耗为主。

以图3所示的由两个单头钼舟2串联而成的钼舟组件为例，两单头钼舟2因阻值不同，因此需要进行关联设计，以满足蒸镀要求。已知编号为1的药液沸点为720℃，编号为2的药液沸点为840℃，当要将这两种药液同步蒸发时，1#药液承载于图3所示左侧的单头钼舟2上，2#药液承载于图3所示右侧的单头钼舟2上，由此可知：T₁=KP₁=T₂=KP₂，P₁/P₂=6/7；由P_i=I_i ²R_i可知，R₁/R₂=6/7，R₂=1.1667R₁。R₁是图3所示左侧的单头钼舟2的阻值，R₂是图3所示右侧的单头钼舟2的阻值，此时在钼舟组件两端施加一电压，两单头钼舟2的工作温度一致，逐步提高电压值可逐步提高两单头钼舟2的工作温度时工作温度大于840℃，使两种药液同步蒸发。

同样是上述两种药液，当要将这两种药液分步蒸发，且沸点为840℃的药液先行蒸发时，将沸点为840℃的药液编号为1，将沸点为720℃的药液编号为2，根据上述步骤1）中的计算公式可得：R₁= T₁/（KI₁ ²），R_2’=T₂/（K（I₁+M）²）；R₁=1.1667R₂（（I₁+M）²/I₁ ²），设R₁为100Ω，K为0.7，I₁≈3.464A；设定M为2A，则R₂=34.45Ω。

当I₁等于3.464A时，承载1#药液的单头钼舟2的温度T₁为840℃，而承载2#药液的单头钼舟2的温度T₂为289.36℃。当I₂=5.464A时，承载2#药液的单头钼舟2的温度为720℃，此时，承载1#药液的单头钼舟2的温度T₁为2090℃，低于钼的熔点2620℃，因此，该参数可以使用。

但在实际使用中，为了降低能耗，可适当减小M的取值，以上述相同的例子，将M的值修改为1，则R₂=51.6Ω。在该参数下，当I₁等于3.464A时，承载1#药液的单头钼舟2的温度T₁为840℃，而承载2#药液的单头钼舟2的温度T₂为433.4Ω，依然低于2#药液的沸点，可实现沸点高的1#药液先行蒸发。当I₂=4.464A时，承载2#药液的单头钼舟2的温度为720℃，此时，承载1#药液的单头钼舟2的温度T₁为1395℃，低于钼的熔点2620℃，因此，该参数也可以使用。

根据上述两套参数的对比可发现，当M趋近于零时，任一单头钼舟2在两个蒸发步骤中的温差逐渐缩小，因此，可根据需要选择合适的M值，以降低能耗。

上述实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.串联式多功能钼舟组件，其特征在于，包括多个由条形钼片（1）折弯而成的单头钼舟（2），多个单头钼舟（2）依次排列且相互连接，位于首尾的两个单头钼舟（2）相互远离的一端形成与供电电路连接的正连接端子（3）和负连接端子（4），任一单头钼舟（2）上设置有一个用于嵌设坩埚（5）的嵌槽（6），多个单头钼舟（2）中存在至少两个单头钼舟（2）的电阻不同，电阻不同的两个单头钼舟（2）通过截面积逐渐变化的过渡连接片（7）相互连接，过渡连接片（7）两端的截面分别与连接的单头钼舟（2）端部截面一致，过渡连接片（7）与其两端的单头钼舟（2）一体成型。

2.根据权利要求1所述的串联式多功能钼舟组件，其特征在于，所述钼片（1）包括相互平行设置的长直段（101）、位于两长直段（101）同一端且将两长直段（101）连接起来的连接段（102）、位于两长直段（101）另一端且分别与两长直段（101）连接的延伸段（103），两延伸段（103）分设在两长直段（101）的两侧且向相反方向延伸，任一所述单头钼舟（2）由两长直段（101）经两次同方向的90°折弯形成。

3.根据权利要求2所述的串联式多功能钼舟组件，其特征在于，所述连接段（102）成直线形或S形或蛇形或半圆形或“Ω”形。

4.基于权利要求1~3任一所述串联式多功能钼舟组件的蒸镀方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

a、根据同批次蒸镀的多种不同药液的蒸发温度和蒸镀顺序设计合适的多功能钼舟组件；

b、配置药液，将不同药液滴加在不同坩埚内的钢丝绒上，将不同坩埚嵌设在同一串联式多功能钼舟组件上各种对应的单头钼舟嵌槽内；

c、将串联式多功能钼舟组件安装到蒸镀炉内，同时装入产品，关闭炉门；

d、开始蒸镀，根据设计的蒸镀梯度温度顺次提高钼舟组件两端电压，每次调节电压之间间隔时间满足对应蒸镀温度下的药液完全蒸发。

5.根据权利要求4所述蒸镀方法，其特征在于，多功能钼舟组件的设计方式为：

1）、按蒸镀顺序对多种药液进行编号1、2、3、……、N，预设初次蒸发的药液对应单头钼舟的加热电流I₁，按蒸镀顺序设定加热电流增量M，已知各药液的蒸镀温度T₁、T₂、T₃、……、T_N，设定单头钼舟工作温度与功率的关系为T_i=KP_i=K I_i ² R_i，i=1、2、3、……、N，K为单头钼舟功率与工作温度之间的转化系数，可根据试验获得，计算第一种药液对应单头钼舟的电阻值：R₁= T₁/（KI₁ ²)，则R_i’=T_i’/（K（I_i’-1+M）²），其中i'=2、3、……、N；

2）、计算最大电流I_max= I₁+（N-1）M下，最大电阻的单头钼舟工作温度T_max；

3）、比较T_max与钼舟熔点的高低，当T_max高于钼舟熔点，则下修增量M，重复上述步骤1）和2），直至T_max小于钼舟熔点。

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