CN202705454U - 电子束蒸发源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种电子束蒸发源装置，其蒸发源包括坩埚机构、电子束发生机构、散射电子吸收极及离子收集极，坩埚机构上具有多个坩埚，散射电子吸收极设于坩埚的上方，电子束发生机构的上端开设有与坩埚相对应的出孔，离子收集极位于电子束发生机构的上方，电子束发生机构产生的电子束在电场及偏转磁场的作用下偏转270度后入射到坩埚内，形成e型轨迹，能有效防止散杂电子的干扰，且通过散射电子吸收极吸收激发出的有害的散射电子，通过离子收集极吸收游离出的正离子，有效保护膜层及基片；而多个坩埚的设置，加料周期长，有利于大规模生产，且其结构简单，操作简便，自动化程度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及蒸发镀膜技术领域，尤其涉及一种用于对有机发光二极管和太阳能电池板进行镀膜用的镀膜机的电子束蒸发源装置。
背景技术
在有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，简称OLED）和太阳能电池板的生产过程中，很多结构层都依靠真空镀膜工艺生成，因此，真空镀膜的好坏直接影响OLED和太阳能电池板的产品质量，以下以OLED为背景进行介绍：
真空镀膜技术是OLED众多膜层形成时不可或缺的技术，尤其是真空蒸发镀膜技。所谓真空蒸发镀膜，即在真空腔体内，将蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀工件，如金属、陶瓷、玻璃等基片置于坩埚前方，待系统抽至高真空后，加热坩埚使其中的物质蒸发，蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米，膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单质和不易热分解的化合物膜。
在蒸发镀膜技术中，常见的蒸发源有三种类型：（1）电阻加热源，用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状，通以电流，以加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质；（2）高频感应加热源，用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质；（3）电子束加热源，适用于蒸发温度较高的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。在OLED的生产过程中，普遍使用的是电子束加热源，它主要由一个提供电子的热阴极、加速电子的加速极和阳极组成，热阴极发射的电子，在电场及磁场的作用下偏转后轰击蒸镀材料使之蒸发，蒸发后的材料再蒸镀到玻璃基片上；电子束加热源的特点是能量高度集中，能使膜材的局部表面获得极高的温度（达3000-6000℃，能量密度为104~109瓦/厘米2），通过电参量的调节，能准确地控制温度且可调节的温度范围大，且不需要直接加热坩埚，又可通水冷却，避免了坩埚材料对膜层的污染；但在电子束蒸发源中，多数化合物材料受到电子轰击会发出许多有害的离散电子，且残余气体分子和膜材蒸汽会部分被电子所电离，进而影响膜层的质量。
同样，在太阳能电池板的基板镀膜过程中，也存在上述的缺陷。因此，有必要提供一种结构简单、自动化程度高、能有效去除有害电子及离子的蒸发源以解决现有技术的不足。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、自动化程度高、能有效去除有害电子及离子的电子束蒸发源装置。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：提供一种电子束蒸发源装置，包括控制器、控制电源及真空腔体，所述真空腔体内设置有蒸发源，所述控制电源分别与所述控制器及所述蒸发源电连接，其中，所述蒸发源包括坩埚机构、电子束发生机构、散射电子吸收极及离子收集极，所述坩埚机构上设置有多个坩埚，所述散射电子吸收极设置于所述坩埚的上方，并使其中一所述坩埚露出所述散射电子吸收极，所述电子束发生机构设置于所述坩埚机构的一侧，且所述电子束发生机构低于所述坩埚，所述电子束发生机构的上端开设有出孔，所述出孔与露出所述散射电子吸收极的坩埚相对应，所述离子收集极设置于所述电子束发生机构的远离所述坩埚机构的另一侧，且所述离子收集极位于所述电子束发生机构的上方，所述电子束发生机构产生的电子束在电场及偏转磁场的作用下偏转270度后入射到所述坩埚内。
较佳地，所述电子束发生机构包括安装腔、灯丝座、灯丝、聚束极、电磁线圈、右极靴及阳极，所述安装腔包括上端面、相对的左侧壁及右侧壁，所述出孔开设于所述上端面，所述灯丝座的一端连接于所述左侧壁上，所述灯丝设置于所述灯丝座内，呈中空结构的聚束极连接于所述灯丝座的另一端，并使其中空结构与所述灯丝相对应，所述右极靴设置于靠近所述右侧壁的一侧，且所述右极靴与所述聚束极相对应，所述电磁线圈设置于所述聚束极与所述右极靴之间，所述阳极设置于所述电磁线圈及所述右极靴的上方，且所述阳极上开设有阳极孔，所述阳极孔与所述出孔相对应，所述灯丝发射的电子束在电场及偏转磁场的作用下经所述聚束极的中空结构、阳极孔、出孔后出射，出射后的电子束在偏转磁场作用下偏转并最终入射到坩埚内的膜材上，电子束在轰击膜材时将能量传递给膜材，使膜材迅速融化蒸发或升华，从而达到蒸发膜材的目的。
较佳地，所述电子束蒸发源装置还包括一连接体，所述连接体的一端连接于所述上端面，所述连接体的另一端与所述离子收集极连接，且所述连接体位于所述右侧壁一侧，入射电子束与蒸发云中的中性原子相碰撞会游离出正离子，这些正离子在偏转电场的作用下沿着与入射电子束相反的方向运动，因此，通过离子收集极将这些有害的正离子收集。
较佳地，所述电子束蒸发源装置还包括两扫描电极，两所述扫描电极倾斜地连接于所述上端面，且两所述扫描电极位于所述出孔的两侧，扫描电极产生的扫描磁场是一个附加磁场，该附加磁场对电极偏转磁场进行有效干扰，且通过控制扫描电场X、Y方向的强度可以改变电子在坩埚内的落点位置，使电子可以轰击坩埚内的任意位置，从而有效利用膜材。
较佳地，所述坩埚机构包括呈圆形结构的安装座，所述安装座设置于所述安装腔的左侧壁一侧，所述安装座上均匀地设置有多个所述坩埚，所述坩埚内装有膜材，采用多坩埚形成，使蒸发源系统的加料周期长，有利于大规模的生产。
较佳地，所述散射电子吸收极上开设一缺口，所述散射电子吸收极设置于所述安装座的上方，并使所述缺口对应其中一所述坩埚，电子束轰击膜材时，会激发出许多有害的散射电子，所述散射电子吸收极用于吸收这些散射电子，从而保护膜层及基片。
较佳地，所述安装座上开设有冷却回路，所述冷却回路对应设置于所述坩埚的下方，冷却回路内的冷却水用于降低坩埚外的温度，从而保护坩埚及整套设备。
较佳地，所述电子束蒸发源装置还包括电弧抑制器，所述电弧抑制器设置于所述灯丝旁并与所述控制电源电连接，电弧抑制器用于消除灯丝上高压放电所产生的电弧，起保护作用。
与现有技术相比，由于本实用新型的电子束蒸发源装置，其蒸发源包括坩埚机构、电子束发生机构、散射电子吸收极及离子收集极，所述坩埚机构上设置有多个坩埚，所述散射电子吸收极设置于所述坩埚的上方，并使其中一所述坩埚露出所述散射电子吸收极，所述电子束发生机构设置于所述坩埚机构的一侧，且所述电子束发生机构低于所述坩埚，所述电子束发生机构的上端开设有出孔，所述出孔与露出所述散射电子吸收极的坩埚相对应，所述离子收集极设置于所述电子束发生机构的远离所述坩埚机构的另一侧，且所述离子收集极位于所述电子束发生机构的上方，所述电子束发生机构产生的电子束在偏转磁场的作用下偏转270度后入射到所述坩埚内，电子束在飞行过程中受电场及偏转磁场的作用发生偏转，从而形成e型轨迹入射到坩埚内，能有效防止散杂电子的干扰，且通过散射电子吸收极吸收激发出的有害的散射电子，通过离子收集极吸收游离出的正离子，有效保护膜层及基片；而多个坩埚的设置，加料周期长，有利于大规模生产，且其结构简单，操作简便，自动化程度高。
附图说明
图1是本实用新型电子束蒸发源装置的原理示意图。
图2是本实用新型蒸发源的结构示意图。
图3是本实用新型蒸发源的侧视图。
图4是本实用新型蒸发源的状态示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
如图1所示，本实用新型所提供的电子束蒸发源装置，包括控制器1、控制电源2及真空腔体3。其中，所述控制电源2包括偏转电源21、扫描电源22、灯丝电源23、加速电源24、电弧抑制器电源25及其他电源26，上述电源分别与控制器1电连接；真空腔体3供待镀膜的玻璃基片4输入并在其内对玻璃基片4进行镀膜，真空腔体3内位于玻璃基片4下方的位置处设置有蒸发源5；该蒸发源5内设置有坩埚43、灯丝13、电弧抑制器60、扫描磁场发生器及偏转磁场发生器等；偏转电源21与偏转磁场发生器电连接，扫描电源22与扫描磁场发生器电连接，灯丝电源23与灯丝13电连接，电弧抑制器电源25与电弧抑制器60电连接，电弧抑制器60用于消除灯丝13上高压放电所产生的电弧，起保护作用；蒸发镀膜时，玻璃基片4传输至该真空腔体3内并位于蒸发源5的上方，从而在该玻璃基片4上蒸镀膜层。
结合图1、图2所示，对本实用新型蒸发源5的结构进行详细描述。
所述蒸发源5包括电子束发生机构10、扫描磁场发生器、离子吸收极30、坩埚机构40及散射电子吸收极50，其中，扫描磁场发生器包括两扫描电极20a、20b。所述电子束发生机构10设置于所述坩埚机构40的一侧，且所述电子束发生机构10略低于所述坩埚43，所述电子束发生机构10的上端开设有出孔114，所述离子收集极30设置于所述电子束发生机构10的一侧并连接于其上，该离子收集极30设置于远离坩埚机构40的一侧，且所述离子收集极30位于所述电子束发生机构10的上方；所述坩埚机构40上设置有多个坩埚43，所述散射电子吸收极50设置于所述坩埚机构40的上方，并使其中一所述坩埚43露出所述散射电子吸收极50，露出所述散射电子吸收极50的坩埚43与所述出孔114相对应，所述电子束发生机构10产生的电子束在偏转磁场的作用下偏转270度后入射到所述坩埚43内。
结合图2、图3所示，所述电子束发生机构10包括安装腔11、灯丝座12、灯丝13、聚束极14、电磁线圈15及阳极17，其中，所述偏转磁场发生器包括左极靴（图未示）及右极靴16。进一步地，所述安装腔11包括相对的左侧壁111、右侧壁112，上端面113连接于左侧壁111、右侧壁112的上端，所述出孔114开设于所述上端面113；所述灯丝座12的一端连接于左侧壁111上，灯丝13设置于所述灯丝座12内，呈中空结构的聚束极14连接于所述灯丝座12的另一端，并使其中空结构141与灯丝13相对应，所述右极靴16设置于靠近右侧壁112的一侧，且所述右极靴16与聚束极14相对应，所述电磁线圈15设置于聚束极14与右极靴16之间，所述阳极17设置于电磁线圈15及右极靴16的上方，且阳极17上开设有阳极孔171，所述阳极孔171与出孔114相对应，灯丝13发射的电子束在偏转磁场的作用下经所述聚束极14的中空结构141、阳极孔171、出孔114后出射，偏转270度后入射到坩埚43内的膜材44上，电子束在轰击膜材44时将能量传递给膜材44，使膜材44迅速融化蒸发或升华，从而达到蒸发膜材44的目的。
两所述扫描电极20a、20b倾斜地连接于上端面113，且两扫描电极20a、20b位于所述出孔114的两侧，具体地，两扫描电极20a、20b呈“八”字型设计，且两扫描电极20a、20b由右侧壁112一端的中部向左侧壁111一端的两顶角方向倾斜延伸；扫描电极20a、20b产生的扫描磁场是一个附加磁场，该附加磁场对电极偏转磁场进行有效干扰；且通过控制扫描电场X、Y方向的强度以改变电子在坩埚43内的落点位置，使电子可以轰击坩埚43内的任意位置，从而有效利用膜材44。
结合图2-图4所示，所述离子收集极30通过一连接体31连接于所述电子束发生机构10的上端面113。具体地，连接体31的一端连接于所述上端面113，且连接体31位于所述右侧壁112一侧，连接体31的另一端与所述离子收集极30连接，工作时，入射电子束与蒸发云中的中性原子相碰撞会游离出正离子，这些正离子在偏转电场的作用下沿着与入射电子束相反的方向运动，形成如图4中所示的正离子轨迹B，因此，通过离子收集极30将这些有害的正离子收集。
继续结合图2-图4所示，所述坩埚机构40包括柱体41及呈圆形结构的安装座42，所述柱体41设置于所述安装腔11的左侧壁111一侧，安装座42连接于柱体41的上端，且安装座42略高于安装腔11的上端面113，在安装座42上均匀地设置有多个坩埚43，坩埚43内装有膜材44，采用多坩埚43形成，使蒸发源系统的加料周期长，有利于大规模的生产；且在所述安装座42上开设有冷却回路421，所述冷却回路421对应设置于坩埚43的下方，冷却回路421与柱体41上的冷却管路411相连通，冷却回路421内的冷却水用于降低坩埚43外的温度，从而保护坩埚43及整套设备。
所述散射电子吸收极50设置于安装座42的上方，且散射电子吸收极50上开设一缺口51，并使所述缺口51对应其中一所述坩埚43，以使该坩埚43露出散射电子吸收极50，在本实施例中，靠近安装腔11的左侧壁111并与出孔114相对应的坩埚43与所述缺口51相对应；由于电子束轰击膜材时，会激发出许多有害的散射电子，例如反射电子、背散射电子、二次电子等，这些有害的散射电子会从坩埚43内飞溅出后形成如图4中所示的散射电子轨迹C，而散射电子吸收极50可将这些散射电子吸收，从而保护膜层及基片。
结合图1-图4所示，对本实用新型电子束蒸发源装置的原理进行说明。
蒸镀时，将待蒸镀的玻璃基片4传输至真空腔体3内，并使该玻璃基片4位于蒸发源5的上方。
然后，控制器1控制灯丝电源23在灯丝13上加数千伏至数万伏的电压，从而使灯丝13在高压作用下蒸发而发射电子，在此过程中，电弧抑制器60用于消除灯丝13上高压放电产生的电弧，从而起到保护作用。灯丝13发射的热电子在灯丝阴极与阳极17之间受电场制约，因此，可按一定的会聚角会聚成束，即形成所述电子束A；与此同时，电子束A还受到偏转磁场的作用运行于左极靴、右极靴16形成的均匀磁场中，电子束A受洛伦兹力的作用发生偏转，最终偏转270度后入射到坩埚43内的膜材44上，形成e型轨迹。由于电子束A在运行的过程中速度惊人，高达6x107m/s，同时，电子束A的能量高达6-10KeV，高能的电子束A在轰击膜材44时将能量传递给膜材44，经电子束A轰击的膜材44温度可达3000-6000℃，从而使膜材44迅速融化蒸发或升华，从而达到蒸发膜材44的目的；蒸发后的膜材沉积在玻璃基片4的表面形成膜层。在该过程中，扫描磁场对电极偏转磁场进行有效干扰，同时，通过控制扫描电场X、Y方向的强度以改变电子束A在坩埚43的落点位置，使得电子束A可以打在坩埚的43任何位置，有效利用膜材44。
在蒸镀过程中，电子束A的入射电子会与蒸发云中的中性原子相碰撞而游离出正离子，在偏转电场的作用下，这些正离子会沿着与入射电子束A相反的方向运动，从而形成正离子轨迹B，通过离子收集极30来收集这些有害的正离子；且，电子束A在轰击膜材时，会激发出许多有害的散射电子，例如反射电子、背散射电子及二次电子等，这些散射电子形成散射电子轨迹C，设置于坩埚43上方的散射电子吸收极50可有效将这些有害电子吸收，从而保护基片和膜层。另外，位于坩埚43下方的冷却回路421内的冷却水主要用来降低坩埚43外的温度，保护坩埚43和整套设备。
由于本实用新型的电子束蒸发源装置，其蒸发源5包括电子束发生机构10、离子收集极30、坩埚机构40及散射电子吸收极50，所述坩埚机构40上设置有多个坩埚43，所述散射电子吸收极50设置于所述坩埚43的上方，并使其中一所述坩埚43露出所述散射电子吸收极50，所述电子束发生机构10设置于所述坩埚机构40的一侧，且所述电子束发生机构10低于所述坩埚43，所述电子束发生机构10的上端开设有出孔114，所述出孔114与露出所述散射电子吸收极50的坩埚43相对应，所述离子收集极30设置于所述电子束发生机构10的远离所述坩埚机构40的另一侧，且所述离子收集极30高于所述电子束发生机构10，所述电子束发生机构10产生的电子束在偏转磁场的作用下偏转270度后入射到所述坩埚43内，电子束在飞行过程中受洛伦兹力的作用发生偏转，从而形成e型轨迹入射到坩埚43，能有效防止散杂电子的干扰，且通过散射电子吸收极50来吸收激发出的有害的散射电子，通过离子收集极30吸收游离出的正离子，有效保护膜层及基片；而多个坩埚43的设置，加料周期长，有利于大规模生产，且其结构简单，操作简便，自动化程度高。
以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种电子束蒸发源装置，包括控制器、控制电源及真空腔体，所述真空腔体内设置有蒸发源，所述控制电源分别与所述控制器及所述蒸发源电连接，其特征在于：所述蒸发源包括坩埚机构、电子束发生机构、散射电子吸收极及离子收集极，所述坩埚机构上设置有多个坩埚，所述散射电子吸收极设置于所述坩埚的上方，并使其中一所述坩埚露出所述散射电子吸收极，所述电子束发生机构设置于所述坩埚机构的一侧，且所述电子束发生机构低于所述坩埚，所述电子束发生机构的上端开设有出孔，所述出孔与露出所述散射电子吸收极的坩埚相对应，所述离子收集极设置于所述电子束发生机构的远离所述坩埚机构的另一侧，且所述离子收集极位于所述电子束发生机构的上方，所述电子束发生机构产生的电子束在电场及偏转磁场的作用下偏转270度后入射到所述坩埚内。
2.如权利要求1所述的电子束蒸发源装置，其特征在于：所述电子束发生机构包括安装腔、灯丝座、灯丝、聚束极、电磁线圈、右极靴及阳极，所述安装腔包括上端面、相对的左侧壁及右侧壁，所述出孔开设于所述上端面，所述灯丝座的一端连接于所述左侧壁上，所述灯丝设置于所述灯丝座内，呈中空结构的聚束极连接于所述灯丝座的另一端，并使其中空结构与所述灯丝相对应，所述右极靴设置于靠近所述右侧壁的一侧，且所述右极靴与所述聚束极相对应，所述电磁线圈设置于所述聚束极与所述右极靴之间，所述阳极设置于所述电磁线圈及所述右极靴的上方，且所述阳极上开设有阳极孔，所述阳极孔与所述出孔相对应，所述灯丝发射的电子束在电场及偏转磁场的作用下经所述聚束极的中空结构、阳极孔、出孔后出射。
3.如权利要求2所述的电子束蒸发源装置，其特征在于：还包括一连接体，所述连接体的一端连接于所述上端面，所述连接体的另一端与所述离子收集极连接，且所述连接体位于所述右侧壁一侧。
4.如权利要求2所述的电子束蒸发源装置，其特征在于：还包括两扫描电极，两所述扫描电极倾斜地连接于所述上端面，且两所述扫描电极位于所述出孔的两侧。
5.如权利要求2所述的电子束蒸发源装置，其特征在于：所述坩埚机构包括呈圆形结构的安装座，所述安装座设置于所述安装腔的左侧壁一侧，所述安装座上均匀地设置有多个所述坩埚，所述坩埚内装有膜材。
6.如权利要求5所述的电子束蒸发源装置，其特征在于：所述散射电子吸收极上开设一缺口，所述散射电子吸收极设置于所述安装座的上方，并使所述缺口对应其中一所述坩埚。
7.如权利要求5所述的电子束蒸发源装置，其特征在于：所述安装座上开设有冷却回路，所述冷却回路对应设置于所述坩埚的下方。
8.如权利要求2所述的电子束蒸发源装置，其特征在于：还包括电弧抑制器，所述电弧抑制器设置于所述灯丝旁并与所述控制电源电连接。
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