CN211112182U - 近空间升华装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种近空间升华装置。该近空间升华装置包括：腔体；相对设置的第一盒体和第二盒体，所述第一盒体和所述第二盒体均设置于所述腔体的内部，所述第一盒体用于承载衬底基板，所述第二盒体用于承载蒸发源材料；冷却单元，所述冷却单元包括冷却管，所述冷却管设置在所述第一盒体中，所述冷却单元被配置为可对所述衬底基板进行冷却。本实用新型的近空间升华装置，通过在第一盒体中设置冷却管，可以较好地控制第一盒体的温度，进而可以控制衬底基板的温度，衬底基板的温度不易受第二盒体温度的影响，该装置可以较好地控制反应速率，该装置制备的薄膜厚度均匀，质量较好。

Description

近空间升华装置

技术领域

本实用新型涉及薄膜制造设备领域，尤其是涉及一种近空间升华装置。

背景技术

目前，在化合物半导体薄膜器件制造领域，常常使用近空间升华技术、溅射技术或真空蒸发技术等制造化合物半导体薄膜。其中，近空间升华技术是采用近空间升华法将化合物半导体沉积在衬底基板表面的方法，具体的，该方法中将保持高温的化合物半导体源材料与衬底基板接近对向布置，使化合物半导体源材料受热升华沉积在衬底基板上形成薄膜。利用这种方法制备的化合物半导体薄膜可以用于太阳能电池等，并且太阳能电池的电池转换效率较高。

然而，目前利用近空间升华法的近空间升华装置的性能仍有待提高。

实用新型内容

本实用新型是基于发明人对以下问题的发现和认识作出的：

发明人发现，目前，在近空间升华装置腔体的内部设计中，为了节省空间，放置衬底基板(例如导电玻璃)的石墨盒和盛放蒸发源材料的石墨盒之间的距离很近，当使用升华温度较高的蒸发源材料或为了提高蒸发速率时，底部盛放蒸发源材料的石墨盒需要升高至较高的温度。当底部盛放蒸发源材料的石墨盒温度较高时，由于上部放置导电玻璃的石墨盒和底部石墨盒之间的距离离得很近，所以导致上部放置导电玻璃的石墨盒温度同样会升高，这样就导致上部放置导电玻璃的石墨盒温度无法单独控制，上部放置导电玻璃的石墨盒的温度受底部放置蒸发源材料的石墨盒的温度影响，并且，由于上部放置导电玻璃的石墨盒的温度会影响反应速率，因此成膜质量无法有效控制。

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种近空间升华装置，该近空间升华装置，通过在第一盒体中设置冷却管，可以较好地控制第一盒体的温度，进而可以控制衬底基板的温度，衬底基板的温度不易受第二盒体温度的影响，该装置可以较好地控制反应速率，该装置制备的薄膜厚度均匀，质量较好。

根据本实用新型的实施例，该近空间升华装置包括：腔体；相对设置的第一盒体和第二盒体，所述第一盒体和所述第二盒体均设置于所述腔体的内部，所述第一盒体用于承载衬底基板，所述第二盒体用于承载蒸发源材料；冷却单元，所述冷却单元包括冷却管，所述冷却管设置在所述第一盒体中，所述冷却单元被配置为可对所述衬底基板进行冷却。

本实用新型所述的近空间升华装置，通过在用于承载衬底基板的第一盒体中设置冷却管，并通过冷却单元可以对第一盒体和衬底基板进行冷却，可以较好地控制第一盒体的温度，进而可以独立控制衬底基板的温度，衬底基板与第一盒体的温度不易受承载蒸发源材料的第二盒体温度的影响，该装置可以较好地控制反应速率，该装置制备的薄膜厚度均匀，质量也较好。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一盒体包括第一盒体本体以及固定机构，所述固定机构用于将所述衬底基板固定在所述第一盒体本体朝向所述第二盒体一侧的表面；所述冷却管设置在所述第一盒体本体的内部。

可选地，所述固定机构包括多个固定柱以及和所述固定柱相配合的固定卡套，所述固定柱设置在所述第一盒体本体的边缘，所述固定卡套上具有固定孔，所述固定孔和所述固定柱相互配合，用于将所述衬底基板固定在所述第一盒体本体和所述固定卡套之间，并且暴露出所述第一盒体本体的朝向所述第二盒体一侧的表面。

可选地，形成所述第一盒体的材料包括导热金属。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一盒体和所述第二盒体之间的距离为5～6cm。

在本实用新型的一些实施例中，所述冷却单元进一步包括：冷阱，所述冷阱设置在所述腔体的外部，所述冷阱和所述冷却管相连通，所述冷阱用于向所述冷却管供给冷却气体。

可选地，所述冷却单元进一步包括气体流量计，所述气体流量计用于测量从所述冷阱进入所述冷却管的所述冷却气体的流量。

在本实用新型的一些实施例中，所述近空间升华装置，还包括：相对设置的第一盒体滑道和第二盒体滑道，所述第一盒体滑道和所述第二盒体滑道相平行，所述第一盒体设置在所述第一盒体滑道上，所述第一盒体可沿着所述第一盒体滑道滑动；所述第二盒体设置在所述第二盒体滑道上，所述第二盒体可沿着所述第二盒体滑道滑动。

在本实用新型的一些实施例中，形成所述衬底基板的材料包括导电玻璃，形成所述第二盒体的材料包括石墨，形成所述第一盒体的材料包括铝。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一盒体上设置第一测温元件，所述第二盒体上设置有第二测温元件。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的近空间升华装置的剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的近空间升华装置的部分结构示意图。

附图标记：

近空间升华装置1000，第一盒体10，第一盒体本体11，固定机构12，固定柱121，固定卡套122，固定孔123；第二盒体20；腔体30；冷却单元40，冷阱41，气体流量计42；第一盒体滑道100，第二盒体滑道200，第一测温元件101，第二测温元件201。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“相对”、“一侧”、“内部”、“表面”、“平行”、“边缘”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者两个或者更多个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“连通”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

根据本实用新型的实施例，参考图1，该近空间升华装置1000包括：腔体30；相对设置的第一盒体10和第二盒体20，第一盒体10和第二盒体20均设置于腔体30的内部，第一盒体10用于承载衬底基板，第二盒体20用于承载蒸发源材料；冷却单元40，冷却单元40包括冷却管(图中未标出)，冷却管设置在第一盒体10中，冷却单元40被配置为可对衬底基板进行冷却。

本实用新型所述的近空间升华装置1000，通过在用于承载衬底基板的第一盒体10中设置冷却管，并通过冷却单元40可以对第一盒体10和衬底基板进行冷却，可以较好地控制第一盒体10的温度，进而可以独立控制衬底基板的温度，衬底基板与第一盒体10的温度不易受承载蒸发源材料的第二盒体20温度的影响，该装置可以较好地控制反应速率，该装置制备的薄膜厚度均匀，质量也较好。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1和图2，第一盒体10可以包括第一盒体本体11以及固定机构12，固定机构12可以用于将衬底基板固定在第一盒体本体11朝向第二盒体20一侧的表面；冷却管(图中未标出)可以设置在第一盒体本体11的内部。由此，冷却管对第一盒体本体11进行冷却时，可以同时对衬底基板进行冷却，即该冷却管可以用于控制衬底基板的温度。具体的，固定机构12可以包括多个固定柱121以及和固定柱121相配合的固定卡套122，固定柱121可以设置在第一盒体本体11的边缘，固定卡套122上具有固定孔123，固定孔123和固定柱121相互配合，用于将衬底基板固定在第一盒体本体11和固定卡套122之间，并且暴露出第一盒体本体11的朝向第二盒体20一侧的表面。由此，该固定机构12可以简便地将衬底基板固定在第一盒体本体11朝向第二盒体20一侧的表面，便于蒸发源材料升华后沉积在该衬底基板上，形成均匀的膜层。

具体的，形成第一盒体10的材料可以包括导热金属，例如可以为铝。由此，该第一盒体10的导热性能较好，当通过冷却管对第一盒体10进行冷却时，可以同时对衬底基板进行冷却，衬底基板上的热量可以通过第一盒体10以及冷却单元40散发出去，衬底基板的温度也不易受第二盒体20的影响，衬底基板的温度可以通过冷却管进行较好的控制。更具体的，可以对第一盒体10的表面进行防腐蚀处理。具体的，形成固定机构12的材料可以与第一盒体10相同，也可以与第一盒体10不相同，只要是导热较好的金属即可。由此，该固定机构12可以较好地固定衬底基板，并且可以使衬底基板的热量较好地传导至第一盒体10，使衬底基板的温度不受第二盒体20的影响。

在本实用新型的一些实施例中，形成衬底基板的材料可以包括导电玻璃。由此，导电玻璃形成的衬底基板可以便于蒸发源材料的沉积，可以形成较好的膜层。

在本实用新型的一些实施例中，第二盒体20和第一盒体10相对设置，形成第二盒体20的材料可以包括石墨，第二盒体20可以是常规的石墨盒。在本实用新型的一些实施例中，参考图1，第一盒体10和第二盒体20之间的距离d可以为5～6cm。具体的，距离d可以为5.1cm，可以为5.3cm，可以为5.5cm，可以为5.7cm，可以为5.9cm等。由此，第一盒体10和第二盒体20之间的距离设置的较近，可以节省空间，节约成本，便于蒸发源材料的沉积。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，冷却单元40可以进一步包括：冷阱41，冷阱41设置在腔体30的外部，冷阱41和冷却管(图中未标出)相连通，冷阱41用于向冷却管供给冷却气体。具体的，冷却单元40还可以进一步包括气体流量计42，气体流量计42可以用于测量从冷阱41进入冷却管的冷却气体的流量。具体的，冷却单元40还可以包括低温冷却循环泵(图中未标出)。由此，利用低温冷却循环泵可以压缩空气，使压缩空气通过冷阱41之后，并调节压缩空气的流量，使压缩空间空气进入冷却管中循环进行冷却，可以降低第一盒体10的温度，还可以较好地控制第一盒体10的温度，使第一盒体10的温度稳定在合理范围内，并且，可以使衬底基板的温度稳定在合理范围内，蒸发源材料可以较好地沉积到衬底基板上。

在本实用新型的一些实施例中，该近空间升华装置1000还可以包括：相对设置的第一盒体滑道100和第二盒体滑道200，第一盒体滑道100和第二盒体滑道200相平行，第一盒体10设置在第一盒体滑道100上，第一盒体10可沿着第一盒体滑道100滑动；第二盒体20设置在第二盒体滑道200上，第二盒体20可沿着第二盒体滑道200滑动。由此，可以较好地控制第一盒体10与第二盒体20之间的距离，并可以使第一盒体10和第二盒体20的工作面相互平行，可以较简便地调节第一盒体10的工作面与第二盒体20的工作面，并使其相对，也即是令第一盒体10的工作面与第二盒体20的工作面的投影相互重合，该近空间升华装置1000可以将蒸发源材料较好地沉积到衬底基板上，制备出厚度均匀、质量较好的薄膜。

具体的，该近空间升华装置1000还可以包括对腔体30进行抽真空的机械泵(图中未标出)。由此，可以利用机械泵对腔体30较好地进行抽真空作业。具体的，该近空间升华装置1000还可以包括对第一盒体10以及第二盒体20进行加热的加热系统(图中未标出)。由此，可以较好地对第一盒体10以及第二盒体20进行加热，可以使第二盒体20中的蒸发源材料受热升华沉积到衬底基板上，完成近空间升华蒸镀工艺。

在本实用新型的一些实施例中，第一盒体10上可以设置第一测温元件101，第二盒体20上设置有第二测温元件201。由此，可以利用第一测温元件101和第二测温元件201对第一盒体10与第二盒体20的温度进行检测并判断，较好地控制近空间升华蒸镀工艺的过程。

具体的，利用该近空间升华装置1000进行近空间升华蒸镀工艺可以通过以下步骤进行：

(1)开启低温冷却循环泵，使压缩空气通过冷阱41后，进入冷却管中循环进行冷却；

(2)打开近空间升华装置1000的腔门，将需要蒸发升华的蒸发源材料平整地铺在第二盒体20中，利用固定卡套122将待镀膜的衬底基板固定在第一盒体本体11朝向第二盒体20一侧的表面，关闭近空间升华装置1000的腔门；

(3)使用机械泵将近空间升华装置1000的腔体30的真空度抽到5pa以下，然后通入氮气达到大气压，循环此过程3次，最后将腔体30的真空度抽到5pa以下；

(4)根据工艺要求和蒸发源材料设置第一盒体10的温度、第二盒体20的温度、低温冷却循环泵的温度、循环压缩空气的流量以及蒸镀时间；

(5)当运行时间结束后关闭加热系统，让腔体30内的温度自然冷却；

(6)往腔体30内充惰性气体，达到大气压；

(7)打开近空间升华装置1000的腔门，取出蒸镀好的样品。

该方法中，通过冷却循环泵向冷却管中输送冷却空气，可以降低第一盒体10的温度，利用该近空间升华装置1000进行近空间升华蒸镀工艺时，第一盒体10的温度不受第二盒体20的温度影响，第一盒体10的温度可以独立控制，进而，衬底基板的温度也可以独立地控制，制备的样品膜层均匀，质量较好。

综上可知，根据本实用新型实施例的近空间升华装置1000，通过在用于承载衬底基板的第一盒体10中设置冷却管，并通过冷却单元40可以对第一盒体10和衬底基板进行冷却，可以较好地控制第一盒体10的温度，进而可以独立控制衬底基板的温度，衬底基板与第一盒体10的温度不易受第二盒体20温度的影响，该装置可以较好地控制反应速率，该装置制备的薄膜厚度均匀，质量较好。

下面将结合实施例对本实用新型的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市面购买获得的常规产品。

实施例1、蒸镀碘甲脒薄膜

第一盒体的材料为铝盒，第二盒体的材料为石墨盒，利用本申请近空间升华装置进行下述操作：

(1)开启低温冷却循环泵，低温冷却循环泵的温度为-10℃，使压缩空气通过冷阱后，进入冷却管中循环进行冷却，压缩空气的流量为2m³/h；

(2)打开近空间升华装置的腔门，将碘甲脒材料平整地铺在第二盒体中，利用固定卡套将待镀膜的衬底基板固定在第一盒体本体朝向第二盒体一侧的表面，关闭近空间升华装置的腔门；

(3)使用机械泵将近空间升华装置的腔体的真空度抽到5pa以下，然后通入氮气达到大气压，循环此过程3次，最后将腔体的真空度抽到5pa以下；

(4)根据工艺要求和碘甲脒材料设置第一盒体的温度、第二盒体的温度、低温冷却循环泵的温度、循环压缩空气的流量以及蒸镀时间；

(5)当运行时间结束后关闭加热系统，让腔体内的温度自然冷却；

(6)往腔体内充惰性气体，达到大气压；

(7)打开近空间升华装置的腔门，取出蒸镀好的样品。

对比例1、蒸镀碘甲脒薄膜

其他操作步骤同实施例1，所不同的是，第一盒体的材料为石墨盒，第一盒体中没有设置冷却管，该装置中也没有设置冷却循环系统。

盒体温度测试

将实施例1和对比例1中利用近空间升华装置蒸镀碘甲脒薄膜时，对第一盒体以及第二盒体的温度进行检测。检测数据见下表1。

表1：实施例1以及对比例1中利用近空间升华装置蒸镀碘甲脒薄膜时的第一盒体以及第二盒体的温度数据表

由表1中的数据可知，实施例1中，第一盒体为导热较好的铝形成的，并且在第一盒体中设置了冷却管，在该装置中设置了冷却循环系统，实施例1制备薄膜的过程中第一盒体的温度较稳定，承载衬底基板的第一盒体温度不易受承载蒸发源材料的第二盒体温度上升的影响。而对比例1中由于没有冷却循环系统，制备薄膜的过程中第一盒体的温度会随着第二盒体温度上升而上升，第一盒体的温度不易单独控制，最终制备的薄膜质量较差。

综上可知，本实用新型实施例的近空间升华装置，可以较好地控制第一盒体的温度，以及衬底基板的温度，衬底基板的温度不易受第二盒体温度的影响，该装置可以较好地控制反应速率，该装置制备的薄膜厚度均匀，质量较好。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种近空间升华装置，其特征在于，包括：

腔体；

相对设置的第一盒体和第二盒体，所述第一盒体和所述第二盒体均设置于所述腔体的内部，所述第一盒体用于承载衬底基板，所述第二盒体用于承载蒸发源材料；

冷却单元，所述冷却单元包括冷却管，所述冷却管设置在所述第一盒体中，所述冷却单元被配置为可对所述衬底基板进行冷却。

2.根据权利要求1所述的近空间升华装置，其特征在于，所述第一盒体包括第一盒体本体以及固定机构，所述固定机构用于将所述衬底基板固定在所述第一盒体本体朝向所述第二盒体一侧的表面；

所述冷却管设置在所述第一盒体本体的内部。

3.根据权利要求2所述的近空间升华装置，其特征在于，所述固定机构包括多个固定柱以及和所述固定柱相配合的固定卡套，所述固定柱设置在所述第一盒体本体的边缘，所述固定卡套上具有固定孔，所述固定孔和所述固定柱相互配合，用于将所述衬底基板固定在所述第一盒体本体和所述固定卡套之间，并且暴露出所述第一盒体本体的朝向所述第二盒体一侧的表面。

4.根据权利要求2所述的近空间升华装置，其特征在于，形成所述第一盒体的材料包括导热金属。

5.根据权利要求1所述的近空间升华装置，其特征在于，所述第一盒体和所述第二盒体之间的距离为5～6cm。

6.根据权利要求1所述的近空间升华装置，其特征在于，所述冷却单元进一步包括：

冷阱，所述冷阱设置在所述腔体的外部，所述冷阱和所述冷却管相连通，所述冷阱用于向所述冷却管供给冷却气体。

7.根据权利要求6所述的近空间升华装置，其特征在于，所述冷却单元进一步包括气体流量计，所述气体流量计用于测量从所述冷阱进入所述冷却管的所述冷却气体的流量。

8.根据权利要求1所述的近空间升华装置，其特征在于，还包括：相对设置的第一盒体滑道和第二盒体滑道，所述第一盒体滑道和所述第二盒体滑道相平行，所述第一盒体设置在所述第一盒体滑道上，所述第一盒体可沿着所述第一盒体滑道滑动；所述第二盒体设置在所述第二盒体滑道上，所述第二盒体可沿着所述第二盒体滑道滑动。

9.根据权利要求1所述的近空间升华装置，其特征在于，形成所述衬底基板的材料包括导电玻璃，形成所述第二盒体的材料包括石墨，形成所述第一盒体的材料包括铝。

10.根据权利要求1所述的近空间升华装置，其特征在于，所述第一盒体上设置第一测温元件，所述第二盒体上设置有第二测温元件。

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