CN1908224A - 用于涂覆基板的蒸发器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有坩锅的蒸发器装置，其中坩锅被分成至少两个区，每个区被加热到不同的温度。第一区是熔化区，第二区是蒸发区。蒸发器装置优选地用于金属的蒸发。如果金属要进行蒸发，那么优选地将金属线导入熔化区。但是，金属合金也可以蒸发，因此由不同材料组成的一根或多根金属线被导入熔化区。在熔化区和蒸发区之间可设置有加热区。

Description

用于涂覆基板的蒸发器装置
技术领域
本发明涉及一种使用至少一种材料涂覆基板的蒸发器装置。
背景技术
除电解方法外，也可通过溅射或蒸汽沉积将材料涂覆到基板上。采用这种方法生成的涂层常用于保护被涂覆的材料；但是，该涂层也具有纯粹的装饰或功能性的作用。
通过蒸汽沉积以施加涂层是至关重要的，尤其在使用金属涂覆基板的情况下。在该方法中，金属在选定的温度下熔化在坩锅里，该温度使得金属变成气态并沿基板有待涂覆的方向移动，并在那里凝聚。
已公知用于涂覆基板的蒸发器单元，其中多个蒸发器皿(evaporator boat)设置在真空室中。采用线材形式的被蒸发的材料不断地在连续过程中被导入这些蒸发器皿。该蒸汽上升并凝聚在待涂覆的基板上，通常采用带形式的基板在蒸发器皿上方被引导。该蒸发器装置的缺点是在直接蒸发过程中会因为杂质和气态成份产生的不规则气压而发生飞溅。而且，会由于蒸发器皿的热区中熔体的快速移动而形成飞溅。此外，线材的熔化在一定程度上是不连续的，由于线材的熔化取决于线材的目标位置，所以会导致不同的蒸发率。
DE 40 27 034 C1公开了一种在真空涂覆腔中涂覆带状基板的蒸发器装置。在这种情况下所使用的蒸发器皿形成蒸发器组(bank)，蒸发器皿相对于带的移动方向纵向布置，相互之间大致等距平行。
而且，由DE 44 04 550 C2可知一种调节通过电流直流加热坩锅而得到的蒸发率的装置，其中在这些坩锅里金属被蒸发。在这种情况下，蒸发率的调整通过电阻加热系统进行，整体电阻来源于坩锅的电阻和坩锅中材料的电阻。
而且，还公知一种用于金属蒸发的装置，其中线被插入与蒸发器坩锅流动连通的凹槽中(DE 34 28 651 A1)。由于不同的蒸汽压力，所以在线材熔化期间杂质和气态成分将产生飞溅，而该飞溅物又会到达基板。为了避免这种情况的发生，在凹槽上方设置有受冷却的屏风或盖。这可确保基板只会被从蒸发器坩锅中出来的材料涂覆。
而且，也已公知其他的蒸发器皿，其中第一区和第二区之间设置有壁形的屏风。该壁旨在阻止金属熔化过程中产生的飞溅物到达有待涂覆的基板(US 3 467 058，EP 0 430 210 B1)。
最后，已公知另一种蒸发器装置，该装置包含熔化区、蒸发器区和这两个区之间的连接部分(US 3 020 177A；EP 1 327 699 A)。
发明内容
本发明潜在的问题包含提供一种用于使用材料涂覆基部的蒸发器装置，尤其是使用金属，我们认为使用金属涂覆不会有飞溅物到达基板上，其中壁或其他屏风也没有必要进行安装。
该问题根据要求书1的特征得以解决。
由此，本发明涉及一种带有坩锅的蒸发器装置，其中坩锅被分成至少三个区，每个区加热至不同的温度。第一区是熔化区，第二区是加热区，第三区是蒸发器区。该蒸发器装置优选地适合金属的蒸发。如果金属要进行蒸发，那么金属线被优选地引向熔化区。但是，金属合金也可被蒸发，因此，由不同材料组成的一种或几种金属线材也可被导入熔化区。
本发明具有的优势尤其是，在有机基板上例如OLED和合成薄膜可通过无溅射和高均匀的蒸发率获得高质量的涂层。在例如电容器的生产中这是至关重要的，其中必须高均匀地并且在低辐射的情况下将无飞溅物的层施加于非常薄的薄膜上。另一个好处是因为加热的坩锅上的线材目标点对蒸发率来说并不重要，所以对线材导向的精密度没有高的要求。因为熔化区的温度比蒸发器区的温度要低，所以线材导向也处于低热负载和低蒸汽沉积的条件下。通过被划分为熔化区和蒸发器区，诸如灰尘或氧化层的杂质可被很大程度地保持不接触蒸发器区。由于待蒸发的液体材料只能缓慢移动，所以坩锅的寿命也会增加。
附图说明
附图是本发明的具体实施例，下面将对其进行更详细的说明。在附图中：
图1是具有三个区的蒸发器装置的透视图
图2是图1所示的装置的变体方案的透视图，三个区中的每个都具有分离的加热器，
图3是根据图2所示的蒸发器装置的俯视图，
图4是根据图3沿A-A所作的蒸发器装置的剖视图，
图5是蒸发器装置的另一个具体实施例的剖视图，
图6是具有多个蒸发器皿的蒸发器组。
具体实施方式
图1是由三个区组成的坩锅6的蒸发器装置1的透视图。待蒸发的材料被导入第一区2中，即所谓的熔化区，并在这里被熔化。如果材料是金属的，那么它可采用线材3的形式被导入熔化区2。
线材3，例如US 3 467 058，可处于线轴上，并从该轴上不断地被导入熔化区2。如果需要将合金施加于基板上，那么线材3可以包含该种合金，或者该合金可通过同时熔化多根由用于形成合金的所需金属制成的线材而得到。
由于对线材导向的精度要求不高，所以线材3被导入熔化区2的方式并不重要。
采用该蒸发器装置1，这种含银、铜或铝的金属或它们的合金可优选地蒸发。
坩锅6的熔化区2之后具有所谓的加热区4，该区的温度必须不得达到具有最低沸点的金属的沸腾温度，但是会高于熔化区2的温度。在该加热区4中，低沸点杂质被移除，从而得到纯度非常高的金属。
坩锅6的加热区4具有适合熔体25的材料和特定依赖温度的表面张力的形状。如这里所示的，它常具有将熔化区2与蒸发器区5相连接的通道的形状。加热区4小于区2和区5，并可阻止区2和区5中的熔体25相互交换，因为将较冷区2和较热区5分离是重要的，从而可防止在熔化区2中已经发生的蒸发。加热区4的大小是材料的函数；例如，实际上它的长度可以是10毫米。熔体25的温度从区2到区5连续上升。
当溶体25已经通过坩锅6的加热区4时，它到达蒸发器区5，在这里，该材料最终蒸发并沉积于设置在蒸发器区5上方的基板上。
坩锅6的材料的熔点必须远远高于待蒸发的金属的蒸发温度。可用作坩锅6的材料是高熔点的化合物。坩锅也可包括这种类型的多个化合物。除石墨以外，可以利用如金属硼化物、氮化物或碳化物制成的化合物以及非金属硼化物、氮化物或碳化物制成的化合物。TiB2和BN适合作为坩锅6的材料。
坩锅6被加热使得2区里的温度最低，5区里的温度最高，其中仅通过一个或多个相互独立操作的加热器进行加热。
在图1所示的具体实施例中，加热通过流过坩锅6的电流产生，具体地说，是沿纵向方向流动的电流。为此，电压源28通过线29、30连接于坩锅6的端部。由于坩锅6侧面具有凹进处31-38，所以不同的区具有不同的电阻。在这些坩锅6非常窄的区里，由于根据公式W＝R*I2，其中W＝电压，R＝电阻，I＝电流，该温度与电阻成比例，所以会产生高电阻和随之产生的高温度。由于电压与温度成比例，因此，坩锅6的横截面宽度和获得的温度有关联。现在可计算出坩锅6的形状，从而在特定地点得到特定温度。如熔化区2中为1200℃，加热区4中为1260℃-1496℃以及蒸发区5中为1560℃。但是，特定的温度取决于待蒸发的特定材料。因此，坩锅6的几何尺寸可能因材料的不同而不同。
对于铝来说，例如熔化区2中的温度比熔点高出大约300至500℃，在蒸发器区5中高出大约900℃。区2到区4中的温度选择为使得其中没有材料被蒸发。理论上，熔化区中的温度只是刚刚比熔化温度稍高一点就足够了。但是，由于导入的金属线会导致冷却，所以熔化区中的温度被选定得高一些。
可知，阻力关系不仅可以通过侧向凹陷获得，也可通过坩锅材料纵向的不同厚度获得。重要的是，与电阻有关的特定总体横截面。
在蒸发过程中，待蒸发的金属的上升蒸汽突出部分(lobe)几乎保持不变，因此涂层变得非常均匀。如果多个蒸发器皿形成一个蒸发器组，那么蒸发器皿定位成使得基板均匀地涂覆。这不仅可通过蒸发器皿位置的相互设定来实现，也可通过基板在蒸发器组上方以预定距离被导向从而产生均匀涂覆来实现。
通过将蒸发区5从熔化区2分离，蒸发区5中液态金属自身的移动非常少，由此也增加蒸发器装置的寿命。
蒸发率可通过线材的熔化速度和坩锅6的几何结构控制。对于蒸发器装置1的连续操作，可以提供熔体25填入的程度调节，线材前进量的调节和蒸发器输出的调节。
因为蒸发率非常均匀并且没有产生达到基板的飞溅，所以这种蒸发器装置1适于例如使用金属涂覆合成薄膜。这里的蒸发率取决于蒸发器区5的表面，蒸发坩锅的温度和线材供给量，即每单位时间熔化线材3的量。这种结构可例如用于生产电容器，因为这里没有飞溅的涂层被应用到非常薄的薄膜和涂层上，而且必须非常均匀。
另一应用领域是生产金属线，因为生产蒸发器装置1的要求也很高。
图2示出图1中的蒸发器装置的变体方案的透视图。坩锅6的熔化区2、加热区4和蒸发区5的每个都具有自身的电阻加热器21，22，23。三个区可以加热到不同的温度。在独立的区2、4和区4、5之间分别设置有绝缘层39-42，从而使电流清楚地沿横向流动。在这种情况下，直流电压源18都有自身的电阻，它们可通过开关19与电阻相连接。除恒定直流电压源18以外，也可采用可调节的直流电压源。另外，也可以采用交流电压源。
除三个独立的电压源18之外，也可只提供一个电压源，三个区2、4、5与其相并联。为了在不同的区中产生不同的温度，各区可包括不同的材料或具有不同的电流横截面。
图3示出图2中所示的蒸发器装置1的俯视图。显然，线材3斜着从上面导入到金属或合金熔化的熔化区2。该熔体25通过加热区4移动到最终产生蒸发的蒸发区5。我们可以清楚地看到，加热区4朝向蒸发区5变窄，该区用作通道。该通道按熔化材料和其温度依赖表面张力的要求形成。
图4示出图3中沿A-A所作的横截面。线材3置于通过加热区4与蒸发器区5相连的熔化区2。熔化区2的盆槽(basin)24比蒸发区5的盆槽26深。因为加热区4的底部位于熔化区2底部的上方，所以如果由线材熔化出足够的金属从而达到至少与加热区4高度相当的水平，那么熔化的金属只能流到蒸发器区5。蒸发器区5的盆槽26的底部位于加热区4底部的下方。
然而，不同区的盆槽可以都处于同一水平面上或只是区4、5的盆槽位于相同的水平面。在这种情况下，由于蒸发器区5中材料的水平面因蒸发而下降并且随之将材料从熔化区2吸走，所以材料会从熔化区2流向蒸发器区5。
图5示出图4描述的装置的变体方案。与图4描述的蒸发器装置相比，加热区4朝向蒸发器区5形成梯度。
图6示出多个坩锅或蒸发器皿45-54可设置在涂覆单元中。每个蒸发器皿45-54具有自己的线材55-64，具体地说，通过未示出的线材供应器。这里，待涂覆的基板是薄膜65，该薄膜通过蒸发器皿中的涂覆滚筒66引导。薄膜65移动的方向与蒸发器皿的纵向相对应。图6没有示出蒸发器皿45-54的三个区。
蒸发器皿45-54设置在蒸发器组67上，其可在涂覆滚筒66下方滑动。然而，可知将蒸发器皿45-54设置在滑动车上，该车也可在涂覆滚筒下方滑动。
在图6中，所有蒸发器皿45-54都是打开的，也就是没有什么地方被覆盖。
但是，也可根据图1在坩锅的蒸发器区5上方设置一在蒸发器区5上方垂直的分配器管，该分配器管包含无数沿垂直方向线性设置的通孔，蒸汽经由该通孔被引导至基板上。这种分配器管公开于例如DE 102 56 038 A1。
除电阻加热器外，也可设置感应加热器，并且将其布置成在蒸发器皿的不同区中产生不同的温度。

Claims (20)

1、一种使用至少一种材料涂覆基板的蒸发器装置，包括至少一个坩锅，该坩锅具有
a)熔化区(2)
b)蒸发器区(5)
c)在所述熔化区(2)与所述蒸发器区(5)之间的连接部分，
d)加热装置(28，18)，该装置允许将所述熔化区(2)和所述蒸发器区(5)的每个加热到不同的温度，
其特征在于，熔化区(2)和蒸发器区(5)之间的连接部分是带有盆槽(24)且上方开口的加热区(4)，熔化的材料经由其表面从所述熔化区(2)流动到所述蒸发器区(5)，其中所述加热区(4)的温度介于所述熔化区(2)的温度与所述蒸发器区(5)的温度之间。
2、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述坩锅(6)导电，所述加热装置由电压源(28)根据所述坩锅(6)的几何形状和材料形成，其中所述电压源(28)与所述坩锅(6)的端部接触。
3、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述坩锅(6)的所述熔化区(2)、所述加热区(4)和所述蒸发器区(5)相互由绝缘层分开，每个区分配有一个电压源(18)。
4、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，通过感应加热将所述各区(2，4，5)加热到不同的温度。
5、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述加热区(4)的温度从所述熔化区(2)沿朝向所述蒸发器区(5)的方向连续增加。
6、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述各区(2，4，5)由所述坩锅(6)的不同几何横截面形成，由此，所述各区(2，4，5)的电阻不相同。
7、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述各区(2，4，5)包括具有不同导电率的材料。
8、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述加热区(4)延伸为类似通道的形状。
9、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述熔化区(2)和所述蒸发器区(5)形成为圆柱罐(pot)的形状。
10、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述各区(2，4，5)的最低底部处于不同的水平面上。
11、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述各区(2，4，5)的最低底部处于相同的水平面上。
12、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述加热区(4)的最低底部比所述熔化区(2)和所述蒸发区(5)的最低底部高。
13、根据权利要求12所述的蒸发器装置，其特征在于，所述加热区(4)沿朝向所述蒸发器区(5)的方向具有梯度。
14、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述熔化区(2)和所述蒸发器区(5)具有直角基部。
15、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述熔化区(2)和所述蒸发器区(5)具有圆形基部。
16、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，所述坩锅(6)包括高熔点的化合物，该化合物包括金属硼化物、氮化物和/或碳化物以及非金属硼化物、氮化物和/或碳化物和/或石墨或其混合物。
17、根据权利要求16所述的蒸发器装置，其特征在于，所述坩锅(6)包括TiB2和BN。
18、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，其被用于金属蒸发。
19、根据权利要求1所述的蒸发器装置，其特征在于，多个坩锅(45-54)相邻地设置，基板(65)沿这些坩锅(45-54)的纵轴线移动。
20、根据权利要求19所述的蒸发器装置，其特征在于，对于每个坩锅(45-54)来说，线材(55-64)是分离供给的，其中，该线材(55-64)的端部被导入坩锅(45-54)的熔化区(2)中。
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