CN214088661U - 可吹动粉末的原子层沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可吹动粉末的原子层沉积装置，主要包括一真空腔体、一轴封装置及一驱动单元，其中驱动单元通过轴封装置带动真空腔体转动。轴封装置包括一外管体及一内管体，其中内管体设置在外管体的容置空间内。至少一抽气管线及至少一进气管线位于内管体内，其中进气管线由内管体延伸置反应空间内，并用以将一非反应气体输送至反应空间，以吹动反应空间内的粉末。

Description

可吹动粉末的原子层沉积装置

技术领域

本实用新型有关于一种可吹动粉末的原子层沉积装置，其中至少一进气管线由轴封装置延伸至真空腔体的反应空间内，并用以将一非反应气体输送至反应空间，以吹动反应空间内的粉末。

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。此外亦可通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，但在应用或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时，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，并影响量子点及发光二极体的效能或使用寿命。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)，同样会影响量子点的发光效率。

目前业界主要通过原子层沉积(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厚度均匀的薄膜，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面临的问题，本实用新型提出一种可吹动粉末的原子层沉积装置，其中至少一进气管线由轴封装置延伸至真空腔体的反应空间内，并通过进气管线吹出的非反应气体吹动反应空间内的粉末，以利于在各个粉末的表面上形成厚度均匀的薄膜。

本实用新型的一目的，在于提供一种可吹动粉末的原子层沉积装置，主要包括一驱动单元、一轴封装置及一真空腔体，其中真空腔体具有一柱状的反应空间。柱状的反应空间包括两个底面及至少一侧面，其中侧面连接两个底面。设置在轴封装置内的进气管线延伸至反应空间，并朝反应空间的侧面延伸，使得进气管线的出风口靠近位在真空腔体下半部的粉末，并有利于以进气管线输出的非反应气体吹动粉末。

此外通过温度感测单元量测粉末的温度时，可通过进气管线输送的非反应气体吹动并扬起反应空间内的粉末，使得温度感测单元可正确的量测粉末的温度。

本实用新型的一目的，在于提供一种可吹动粉末的原子层沉积装置，其中进气管线由轴封装置延伸至反应空间内，并在反应空间内形成一延伸管线。延伸管线的出风口的延伸线与反应空间的侧面具有一夹角，并朝反应空间的斜下方的方向输出非反应气体，以吹动反应空间内的粉末。

本实用新型的一目的，在于提供一种可吹动粉末的原子层沉积装置，其中延伸管线穿过内管体或内管体上的过滤单元，并延伸至真空腔体的反应空间。此外延伸管线朝反应空间的侧面延伸，其中延伸管线的出风口朝向轴封装置或盖板，并朝轴封装置或盖板的方向吹出非反应气体。

为了达到上述的目的，本实用新型提出一种可吹动粉末的原子层沉积装置，包括：一真空腔体，包括一反应空间用以容置复数个粉末，其中反应空间为一柱状体；一轴封装置；一驱动单元，通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，由轴封装置延伸至反应空间内，并朝反应空间下半部的一表面的方向延伸，位于反应空间内的进气管线被定义为一延伸管线，用以将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粉末。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其中反应空间包括两个底面及至少一侧面，侧面连接两个底面，而进气管线朝反应空间的侧面的方向延伸。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其中进气管线包括至少一非反应气体输送管线，由轴封装置延伸至反应空间内，并朝反应空间的侧面的方向延伸，用以将非反应气体输送至反应空间，以非反应气体吹动反应空间内的粉末。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其中延伸管线位于反应空间内，并朝反应空间的侧面的方向延伸。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其中延伸管线包括一出风口朝向轴封装置的方向，并由出风口输出非反应气体以吹动反应空间内的粉末。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其中真空腔体包括一腔体及一盖板，盖板用以覆盖腔体，并在两者之间形成反应空间，而延伸管线包括一出风口朝向盖板的方向，并由出风口输出非反应气体以吹动反应空间内的粉末。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其中进气管线将一前驱物输送至反应空间。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其中轴封装置包括一外管体及一内管体，外管体用以容置内管体，内管体由外管体延伸至真空腔体的反应空间，并在反应空间内形成一凸出管部。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其中延伸管线穿过凸出管部的内管体，并朝反应空间的侧面的方向延伸。

所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，包括一过滤单元位于内管体连接反应空间的一端，抽气管线经由过滤单元流体连接反应空间，而延伸管线穿过过滤单元，并朝反应空间的侧面的方向延伸。

本实用新型的有益效果是：至少一进气管线由轴封装置延伸至真空腔体的反应空间内，并通过进气管线吹出的非反应气体吹动反应空间内的粉末，以利于在各个粉末的表面上形成厚度均匀的薄膜。

附图说明

图1为本实用新型可吹动粉末的原子层沉积装置一实施例的立体示意图。

图2为本实用新型可吹动粉末的原子层沉积装置一实施例的剖面示意图。

图3为本实用新型可吹动粉末的原子层沉积装置的轴封装置一实施例的剖面示意图。

图4为本实用新型可吹动粉末的原子层沉积装置又一实施例的剖面示意图。

图5为本实用新型可吹动粉末的原子层沉积装置又一实施例的剖面示意图。

图6为本实用新型可吹动粉末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-可吹动粉末的原子层沉积装置；11-真空腔体；111-盖板；1111-内表面；113-腔体；115-监控晶圆；12-反应空间；121-粉末；122-底面；124-侧面；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；139-过滤单元；14-齿轮；15-驱动单元；16-加热装置；171-抽气管线；172-延伸管线；1721-出风口；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及图3，分别为本实用新型可吹动粉末的原子层沉积装置一实施例的立体示意图、剖面分解示意图及可吹动粉末的原子层沉积装置的轴封装置一实施例的剖面示意图。如图所示，可吹动粉末的原子层沉积装置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内具有一反应空间12，用以容置复数个粉末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)。真空腔体11可包括一盖板111及一腔体113，其中盖板111的一内表面1111用以覆盖腔体113，并在两者之间形成反应空间12。

在本实用新型一实施例中，可于盖板111的内表面1111设置一监控晶圆115，当盖板111覆盖腔体113时，监控晶圆115会位于反应空间12内。在反应空间12内进行原子层沉积时，监控晶圆115的表面会形成薄膜。在实际应用时可进一步量测监控晶圆115表面的薄膜厚度与粉末121表面的薄膜厚度，并计算出两者之间的关系。而后便可通过量测监控晶圆115表面的薄膜厚度，换算出粉末121表面的薄膜厚度。

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。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。

驱动单元15连接轴封装置13的一端，并通过轴封装置13带动真空腔体11转动，例如通过外管体131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。

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内的粉末121，以利于粉末121均匀受热并与前驱物或非反应气体接触。

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。

内管体133的连接空间134内可设置至少一抽气管线171、至少一进气管线173、至少一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，如图2及图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，其中非反应气体可以是氮气或氩气等惰性气体。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输送至反应空间12内，使得前驱物沉积粉末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内的前驱物。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依序输送至反应空间12内。

此外进气管线173可增大输送至反应空间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内的粉末121，使得粉末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，并用以将一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内的粉末121，配合驱动单元15驱动真空腔体11转动，可有效且均匀的翻搅反应空间12内的粉末121，并在各个粉末121的表面沉积厚度均匀的薄膜。

可吹动粉末的原子层沉积装置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，主要用以去除反应空间12内的前驱物，而非反应气体输送管线175输送的非反应气体的流量较大，主要用以吹动反应空间12内的粉末121。

具体而言，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。当要去除反应空间12内的前驱物时，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内的粉末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。

本实用新型的驱动单元15带动外管体131及真空腔体11转动时，内管体133及其内部的抽气管线171、进气管线173及/或非反应气体输送管线175不会随着转动，有利于提高进气管线173及/或非反应气体输送管线175输送至反应空间12的非反应气体及/或前驱物的稳定度。

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16，如图5所示，其中加热装置16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。

在本实用新型实施例中，进气管线173及/或非反应气体输送管线175由轴封装置13的内管体133延伸至真空腔体11的反应空间12内，并朝反应空间12下半部的一表面的方向延伸。例如进气管线173及/或非反应气体输送管线175由内管体133的连接空间134延伸至真空腔体11的反应空间12，其中延伸至反应空间12的进气管线173及/或非反应气体输送管线175可被定义为一延伸管线172。

在本实用新型一实施例中，反应空间12可为柱状体，并包括两个底面122及至少一侧面124，其中侧面124连接两个底面122。位于反应空间12内的进气管线173、非反应气体输送管线175及/或延伸管线172，朝反应空间12的侧面124方向延伸，例如朝位于反应空间12下半部的侧面124延伸。

延伸管线172可包括一出风口1721，其中出风口1721朝向轴封装置13，并由出风口1721朝轴封装置13的方向吹出非反应气体以吹动粉末121。如图2所示，在本实用新型一实施例中，部分的延伸管线172的外观近似U字型，并包括三个分段及两个转折角，其中转折角约为90度。延伸管线172的第一分段连接内管体13内的进气管线173及/或非反应气体输送管线175，并朝盖板111或反应空间12的底面122的方向延伸。延伸管线172的第二分段连接第一分段，其中第二分段与第一分段之间具有一转折角，且第二分段朝反应空间12的侧面124的方向延伸。延伸管线172的第三分段连接第二分段，并朝反应空间12的另一底面122或轴封装置13的方向延伸。

在不同实施例中，延伸管线172的第二分段与第三分段之间的转折角可大于90度，使得出风口1721的延伸线与反应空间12的侧面124具有一夹角，并朝向反应空间12的斜下方的方向输出非反应气体，以吹动反应空间12内的粉末121，如图5及图6所示。图5的出风口1721朝轴封装置13的方向，而图6的出风口1721则朝盖板111的方向。

在本实用新型一实施例中，延伸管线172可为一直线，例如延伸管线172仅包括一个分段，并由轴封装置13朝盖板111的方向延伸，以缩短延伸管线172的出风口1721与盖板111之间的距离。此外延伸管线172可为弧状，而转折角为圆角。在本实用新型另一实施例中，延伸管线172包括四个分段及三个转折角，如图5所示。此外延伸管线172亦可包括两个分段及一个转折角，如图6所示。具体而言，延伸管线172的分段及转折角的数量及角度并非本实用新型权利范围的限制。

一般而言，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经由过滤单元139流体连接真空腔体11的反应空间12。

通过过滤单元139的设置，可避免抽气管线171抽出反应空间12内的气体时，将反应空间12内的粉末121一并抽出，亦可避免粉末121由进气管线173及/或非反应气体输送管线175离开反应空间12，而造成粉末121的损耗。

在本实用新型一实施例中，延伸管线172可穿过过滤单元139，并延伸至反应空间12，其中延伸管线172的出风口1721朝向轴封装置13，如图2所示。在本实用新型另一实施例中，延伸管线172穿过过滤单元139，并延伸至反应空间12，其中延伸管线172的出风口1721朝向盖板111，如图4所示。

在本实用新型一实施例中，轴封装置13的内管体133可由外管体131的容置空间132延伸至真空腔体11的反应空间12，使得内管体133在反应空间12内形成一凸出管部130。延伸管线172可穿过凸出管部130上的内管体133，并朝反应空间12的侧面124的方向延伸，其中延伸管线172的出风口1721可朝向轴封装置13或盖板111，如图5及图6所示。

在实际应用时，可调整延伸管线172的出风口1721的高度，或者是控制反应空间12内粉末121的量，使得真空腔体11静置不转动时，反应空间12内的粉末121不会覆盖延伸管线172的出风口1721，以减少粉末121的损耗。此外可于延伸管线172的出风口1721设置另一过滤单元，以进一步减少粉末121的损耗。

在本实用新型另一实施例中，延伸管线172可持续将非反应气体输送至反应空间12，并可调整非反应气体的流量。具体而言，延伸管线172输出非反应气体的模式可包括搅动模式及一般模式，在搅动模式下延伸管线172输出的非反应气体的流量较大，并可以输出的非反应气体搅动反应空间12内的粉末121。在一般模式下延伸管线172输出的非反应气体的流量较小，可能无法搅动反应空间12内的粉末121，但在一般模式下输出的非反应气体会在延伸管线172的出风口1721形成正压，以防止粉末121由出风口1721进入延伸管线172。

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

本实用新型优点：

至少一进气管线由轴封装置延伸至真空腔体的反应空间内，并通过进气管线吹出的非反应气体吹动反应空间内的粉末，以利于在各个粉末的表面上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)

1.一种可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，包括：

一真空腔体，包括一反应空间用以容置复数个粉末，其中该反应空间为一柱状体；

一轴封装置；

一驱动单元，通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；及

至少一进气管线，由该轴封装置延伸至该反应空间内，并朝该反应空间下半部的一表面的方向延伸，位于该反应空间内的该进气管线被定义为一延伸管线，用以将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粉末。

2.根据权利要求1所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，其中该反应空间包括两个底面及至少一侧面，该侧面连接该两个底面，而该进气管线朝该反应空间的该侧面的方向延伸。

3.根据权利要求2所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，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，由该轴封装置延伸至该反应空间内，并朝该反应空间的该侧面的方向延伸，用以将该非反应气体输送至该反应空间，以该非反应气体吹动该反应空间内的该粉末。

4.根据权利要求3所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，其中该延伸管线位于该反应空间内，并朝该反应空间的该侧面的方向延伸。

5.根据权利要求4所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，其中该延伸管线包括一出风口朝向该轴封装置的方向，并由该出风口输出该非反应气体以吹动该反应空间内的该粉末。

6.根据权利要求4所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，其中该真空腔体包括一腔体及一盖板，该盖板用以覆盖该腔体，并在两者之间形成该反应空间，而该延伸管线包括一出风口朝向该盖板的方向，并由该出风口输出该非反应气体以吹动该反应空间内的该粉末。

7.根据权利要求1所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，其中该进气管线将一前驱物输送至该反应空间。

8.根据权利要求1所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，其中该轴封装置包括一外管体及一内管体，该外管体用以容置该内管体，该内管体由该外管体延伸至该真空腔体的该反应空间，并在该反应空间内形成一凸出管部。

9.根据权利要求8所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，其中该延伸管线穿过该凸出管部的该内管体，并朝该反应空间的该侧面的方向延伸。

10.根据权利要求4所述的可吹动粉末的原子层沉积装置，其特征在于，包括一过滤单元位于该内管体连接该反应空间的一端，该抽气管线经由该过滤单元流体连接该反应空间，而该延伸管线穿过该过滤单元，并朝该反应空间的该侧面的方向延伸。

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