CN214088659U - 微粒的原子层沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微粒的原子层沉积装置，主要包括一真空腔体、一轴封装置及一驱动单元，其中驱动单元经由轴封装置连接并驱动真空腔体转动。真空腔体包括一反应空间，用以容纳复数个微粒，其中反应空间为多边形柱状体或圆形波浪状柱状体。一抽气管线及一进气管线流体连接真空腔体，其中进气管线用以将前驱物气体及非反应气体输送至反应空间，配合反应空间的特殊形状，可透过非反应气体有效翻搅反应空间内的微粒，以利于透过原子层沉积制程在微粒的表面形成厚度均匀的薄膜。

Description

微粒的原子层沉积装置

技术领域

本实用新型有关于一种微粒的原子层沉积装置，其中真空腔体的反应空间为多边形柱状体或圆形波浪状柱状体，使得输送至真空腔体的非反应气体可有效翻搅微粒，并有利于在微粒的表面形成厚度均匀的薄膜。

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。此外亦可透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的过程中，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，并缩短量子点及发光二极体的效能或使用寿命。此外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)。

目前业界会透过原子层沉积(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均匀厚度的薄膜，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。

实用新型内容

为了解决上述先前技术的问题，本实用新型提出一种微粒的原子层沉积装置，主要透过反应空间的特殊形状设计，使得输入反应空间的非反应气体可充份搅拌微粒，以利于透过原子层沉积制程在各个微粒的表面上形成厚度均匀的薄膜。

本实用新型的一目的，在于提供一种微粒的原子层沉积装置，主要包括一驱动单元、一轴封装置及一真空腔体，其中驱动单元透过轴封装置连接并驱动真空腔体转动。真空腔体包括一反应空间，用以容纳复数个微粒，其中反应空间为多边形柱状体或圆形波浪状柱状体。当真空腔体转动及输送非反应气体至反应空间时，反应空间内的微粒可以被充份及均匀的翻搅，以避免微粒发生团聚现象，并有利于在各个微粒的表面形成厚度均匀的薄膜。

本实用新型的一目的，在于提供一种微粒的原子层沉积装置，主要将至少一抽气管线、至少一进气管线、至少一非反应气体输送管线、至少一加热器及/或至少一温度感测单元设置在轴封装置内。抽气管线用以抽出反应空间内的气体，进气管线用以将前驱物气体及/或非反应气体输送至反应空间，以在微粒的表面形成薄膜。在进行原子层沉积时，透过驱动单元带动真空腔体转动，并可透过进气管线或非反应气体输送管线将非反应气体输送至真空腔体，配合反应空间的特殊形状，使得微粒被翻搅并扩散到反应空间内的各个区域，而有利在各个微粒的表面形成厚度均匀的薄膜。

本实用新型的一目的，在于提供一种微粒的原子层沉积装置，主要包括一驱动单元、一轴封装置及一真空腔体，其中驱动单元透过轴封装置连接真空腔体，并驱动真空腔体转动。真空腔体包括一盖板及一腔体，当盖板覆盖腔体时会在两者之间形成多边形柱状体或圆形波浪状柱状体的反应空间，以利于反应空间内的微粒扩散的各个区域。

为了达到上述的目的，本实用新型提出一种微粒的原子层沉积装置，包括：一真空腔体，包括一反应空间，并用以容置复数个微粒，其中反应空间为一多边形柱状体；一轴封装置；一驱动单元，透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，以搅拌反应空间内的微粒；至少一抽气管线，位于轴封装置内，流体连接真空腔体的反应空间，并用以抽出反应空间内的一气体；至少一进气管线，位于轴封装置内，流体连接真空腔体的反应空间，并用以将一前驱物或一非反应气体输送至反应空间，其中非反应气体用以吹动反应空间内的微粒；及一加热器，位于轴封装置内，并用以加热轴封装置内的抽气管线及进气管线。

本实用新型提出一种微粒的原子层沉积装置，包括：一真空腔体，包括一反应空间，并用以容置复数个微粒，其中反应空间为一圆形波浪状柱状体；一轴封装置；一驱动单元，透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；至少一抽气管线，位于轴封装置内，流体连接真空腔体的反应空间，并用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，流体连接真空腔体的反应空间，并用以将一前驱物或一非反应气体输送至反应空间，其中非反应气体用以吹动反应空间内的微粒；及一加热器，位于轴封装置内，并用以加热轴封装置内的抽气管线及进气管线。

所述的微粒的原子层沉积装置，其中真空腔体包括一盖板及一腔体，盖板的内表面设置一多边形的凹槽，而腔体则具有一多边形空间，盖板的多边形的凹槽及腔体的多边形空间形成多边形柱状体。

所述的微粒的原子层沉积装置，其中进气管线包括至少一非反应气体输送管线，流体连接真空腔体的反应空间，并用以将非反应气体输送至真空腔体的反应空间内，以吹动反应空间内的微粒。

所述的微粒的原子层沉积装置，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，而内管体则具有一连接空间，用以容置抽气管线、进气管线及非反应气体输送管线。

所述的微粒的原子层沉积装置，其中部分内管体由外管体的容置空间延伸至真空腔体的反应空间，并形成一凸出管部。

所述的微粒的原子层沉积装置，其中真空腔体包括一盖板及一腔体，盖板的内表面设置一圆形波浪状的凹槽，而腔体则具有一圆形波浪状空间，盖板的圆形波浪状的凹槽及腔体的圆形波浪状空间形成圆形波浪状柱状体。

本实用新型的有益效果是：进气管线用以将前驱物气体及非反应气体输送至反应空间，配合反应空间的特殊形状，可通过非反应气体有效翻搅反应空间内的微粒，以利于通过原子层沉积制程在微粒的表面形成厚度均匀的薄膜。

附图说明

图1为本实用新型微粒的原子层沉积装置一实施例的立体示意体。

图2为本实用新型微粒的原子层沉积装置一实施例的剖面示意图。

图3为本实用新型微粒的原子层沉积装置的部分构造一实施例的剖面示意图。

图4为本实用新型微粒的原子层沉积装置的真空腔体一实施例的立体示意体。

图5为本实用新型微粒的原子层沉积装置的真空腔体又一实施例的立体示意体。

图6为本实用新型微粒的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-微粒的原子层沉积装置；11-真空腔体；111-盖板；112-内侧表面；113-腔体；114-内底表面；115-凹槽；116-内表面；117-凹槽；119-穿孔；12-反应空间；121-微粒；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；14-齿轮；15-驱动单元；171-抽气管线；173-进气管线；175-非反应气体输送管线；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、图3及图4，分别为本实用新型微粒的原子层沉积装置一实施例的立体示意图、剖面示意图、部分构造的剖面示意图及微粒的原子层沉积装置的真空腔体一实施例的立体示意图。如图所示，微粒的原子层沉积装置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具有一反应空间12，用以容置复数个微粒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)。在本实用新型实施例中，如图4所示，真空腔体11包括一盖板111及一腔体113，其中真空腔体11内的反应空间12的外观为一圆形波浪状柱状体。

至少一抽气管线171、至少一进气管线173及/或至少一非反应气体输送管线175流体连接真空腔体11的反应空间12，例如抽气管线171、进气管线173、非反应气体输送管线175、一加热器177及/或一温度感测单元179可设置在轴封装置13内，如图3所示。抽气管线171流体连接真空腔体11的反应空间12，并用以抽出反应空间12内的气体，使得反应空间12为真空状态，以进行后续的原子层沉积制程。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。

进气管线173流体连接真空腔体11的反应空间12，并用以将一前驱物或一非反应气体输送至反应空间12。例如进气管线173可通过阀件组连接一前驱物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，使得前驱物气体沉积在微粒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内未反应的前驱物气体。在本实用新型一实施例中，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内的微粒121，使得微粒121受到非反应气体的带动，而扩散到反应空间12的各个区域。

在本实用新型一实施例中，进气管线173可包括至少一非反应气体输送管线175流体连接真空腔体11的反应空间12，并用以将非反应气体输送至反应空间12，例如非反应气体输送管线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。非反应气体用以吹动反应空间12内的微粒121，配合驱动单元15驱动真空腔体11转动，将可有效且均匀的翻搅反应空间12内的微粒121，并在各个微粒121的表面沉积厚度均匀的薄膜。

微粒的原子层沉积装置10的进气管线173及非反应气体输送管线175都是用以将非反应气体输送至反应空间12，其中进气管线173输送的非反应气体的流量较小，并用以去除反应空间12内的前驱物气体，而非反应气体输送管线175输送的非反应气体的流量较大，并用以吹动反应空间12内的微粒121。此外进气管线173及非反应气体输送管线175所传输的非反应气体可以是不同的气体。

进气管线173及非反应气体输送管线175将非反应气体输送至反应空间12的时间点不同，因此在实际应用时可不设置非反应气体输送管线175，并调整进气管线173在不同时间点输送的非反应气体的流量。具体而言，在去除反应空间12内的前驱物气体时，可降低进气管线173输送至反应空间12的非反应气体的流量，而要吹动反应空间12内的微粒121时，则增加进气管线173输送至反应空间12的非反应气体的流量。

在本实用新型一实施例中，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。

本实用新型所述的轴封装置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。

在本实用新型一实施例中，内管体133连接反应空间12的一端可设置一过滤单元139，其中抽气管线171经由过滤单元139流体连接反应空间12，并经由过滤单元139抽出反应空间12内的气体。过滤单元139主要用以过滤反应空间12内的微粒121，以避免微粒121在抽气的过程中进入抽气管线171内，而造成微粒121的损耗。

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，有利于维持内管体133内的抽气管线171、进气管线173及/或非反应气体输送管线175抽气或供气的稳定。

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内的微粒121，以利于微粒121与前驱物气体接触。

在本实用新型一实施例中，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。抽气管线171、进气管线173、非反应气体输送管线175、加热器177及/或温度感测单元179可设置在内管体133的连接空间134，如图2及图3所示。

位于轴封装置13的加热器177用以加热连接空间134及内管体133，并通过加热器177加热内管体133内的抽气管线171、进气管线173及/或非反应气体输送管线175，以提高抽气管线171、进气管线173及/或非反应气体输送管线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，并可提高非反应气体输送管线175输送至反应空间12的非反应气体的温度。使得非反应气体及/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，其中加热装置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。

本实用新型的反应空间12是圆形波浪状柱状体，由进气管线173或非反应气体输送管线175输送至反应空间12的非反应气体，会经由圆形波浪状柱状体的反应空间12传送到各个区域，并扬起反应空间12内的微粒121，使得微粒121均匀的扩散到反应空间12的各个区域。反应空间12内的微粒121可以被均匀加热，并于微粒121的表面形成厚度均匀的薄膜。

具体而言，可于真空腔体11的内侧表面112上形成复数个半圆柱状构造或弧形柱状构造，如图4所示，其中半圆柱状构造或弧形柱状构造沿着内侧表面112连续设置，使得反应空间12的截面为圆形波浪状。

真空腔体11的内底表面114及内顶表面可设置对应的凹槽115/117，例如真空腔体11的盖板111的内表面116可设置圆形波浪状的凹槽117，而腔体113的内底表面114则设置对应的圆形波浪状的凹槽115，其中圆形波浪状的凹槽115/117对应真空腔体11的内侧表面112上的圆形波浪状空间，使得盖板111的圆形波浪状的凹槽117及腔体113的圆形波浪状空间形成圆形波浪柱状体。凹槽115/117的边缘可为弧形，以利于引导进入反应空间12的非反应气体及被非反应气体带动的微粒121。

位于内侧表面112的半圆柱状构造或弧形柱状构造内的微粒121会随着真空腔体11转动，直到半圆柱状构造或弧形柱状构造内的微粒121转动到一特定角度后，才会因为重力的作用而逐渐落下。如此可进一步均匀且充分地翻搅反应空间12内的微粒121，使得各个微粒121均匀受热，并在微粒121的表面形成厚度均匀的薄膜。

在本实用新型另一实施例中，如图5所示，真空腔体11内的反应空间12可为多边形柱状体，例如六边形柱状体。具体而言，真空腔体11的盖板111的内表面116可设置多边形的凹槽117，对应真空腔体11的内侧表面112上的多边形空间，其中盖板111的多边形的凹槽117及腔体113的多边形空间形成多边形柱状体。在不同实施例中，盖板111的内表面116上可不设置凹槽。

腔体113的内底表面114上设置一穿孔119，如图4及图5所示，并将部分的轴封装置13设置在穿孔119内，例如可将轴封装置13的内管体133的一端贴附在穿孔119上，如图2所示。在不同实施例中，部分的轴封装置13可穿过穿孔119并位于反应空间12内，例如轴封装置13的部分内管体133穿过穿孔119，并延伸反应空间12内，以在反应空间内形成一凸出管部130，如图6所示。

在本实用新型一实施例中，微粒的原子层沉积装置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，以利于在各个微粒121的表面形成厚度均匀的薄膜。

本实用新型优点：

进气管线用以将前驱物气体及非反应气体输送至反应空间，配合反应空间的特殊形状，可通过非反应气体有效翻搅反应空间内的微粒，以利于通过原子层沉积制程在微粒的表面形成厚度均匀的薄膜。

以上所述，仅为本实用新型的一较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型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，均应包括于本实用新型的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种微粒的原子层沉积装置，其特征在于，包括：

一真空腔体，包括一反应空间，并用以容置复数个微粒，其中该反应空间为一多边形柱状体；

一轴封装置；

一驱动单元，透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；

至少一抽气管线，位于该轴封装置内，流体连接该真空腔体的该反应空间，并用以抽出该反应空间内的一气体；

至少一进气管线，位于该轴封装置内，流体连接该真空腔体的该反应空间，并用以将一前驱物或一非反应气体输送至该反应空间，其中该非反应气体用以吹动该反应空间内的该微粒；及

一加热器，位于该轴封装置内，并用以加热该轴封装置内的该抽气管线及该进气管线。

2.根据权利要求1所述的微粒的原子层沉积装置，其特征在于，其中该真空腔体包括一盖板及一腔体，该盖板的该内表面设置一多边形的凹槽，而该腔体则具有一多边形空间，该盖板的该多边形的凹槽及该腔体的该多边形空间形成该多边形柱状体。

3.根据权利要求1所述的微粒的原子层沉积装置，其特征在于，其中该进气管线包括至少一非反应气体输送管线，流体连接该真空腔体的该反应空间，并用以将该非反应气体输送至该真空腔体的该反应空间内，以吹动该反应空间内的该微粒。

4.根据权利要求3所述的微粒的原子层沉积装置，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，而该内管体则具有一连接空间，用以容置该抽气管线、该进气管线及该非反应气体输送管线。

5.根据权利要求4所述的微粒的原子层沉积装置，其特征在于，其中部分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，并形成一凸出管部。

6.一种微粒的原子层沉积装置，其特征在于，包括：

一真空腔体，包括一反应空间，并用以容置复数个微粒，其中该反应空间为一圆形波浪状柱状体；

一轴封装置；

一驱动单元，透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；

至少一抽气管线，位于该轴封装置内，流体连接该真空腔体的该反应空间，并用以抽出该反应空间内的一气体；

至少一进气管线，位于该轴封装置内，流体连接该真空腔体的该反应空间，并用以将一前驱物或一非反应气体输送至该反应空间，其中该非反应气体用以吹动该反应空间内的该微粒；及

一加热器，位于该轴封装置内，并用以加热该轴封装置内的该抽气管线及该进气管线。

7.根据权利要求6所述的微粒的原子层沉积装置，其特征在于，其中该真空腔体包括一盖板及一腔体，该盖板的该内表面设置一圆形波浪状的凹槽，而该腔体则具有一圆形波浪状空间，该盖板的该圆形波浪状的凹槽及该腔体的该圆形波浪状空间形成该圆形波浪状柱状体。

8.根据权利要求6所述的微粒的原子层沉积装置，其特征在于，其中该进气管线包括至少一非反应气体输送管线，流体连接该真空腔体的该反应空间，并用以将该非反应气体输送至该真空腔体的该反应空间内，以吹动该反应空间内的该微粒。

9.根据权利要求8所述的微粒的原子层沉积装置，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，而该内管体则具有一连接空间，用以容置该抽气管线、该进气管线及该非反应气体输送管线。

10.根据权利要求9所述的微粒的原子层沉积装置，其特征在于，其中部分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，并形成一凸出管部。

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