DE102010007111B4

DE102010007111B4 - Verfahren und Pulvermischung zur Beschichtung von Substraten aus der Dampfphase

Info

Publication number: DE102010007111B4
Application number: DE102010007111A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gross Harald
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-02-06
Also published as: DE102010007111A1; WO2011095594A1; KR20120120404A

Abstract

Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit organischen Materialien, wobei das organische Material, bestehend aus einer Pulvermischung aus dem zu verdampfenden organischen Material und einem pulverförmigen, chemisch inerten Material als wärmeübertragendes Absorptionsmaterial, in einer Verdampfungschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung des Verdampfungsguts durch Eintrag von Mikrowellenstrahlung in die Pulvermischung des Verdampfungsguts in einer Verdampfungszone erfolgt, welche zumindest einen Teil des Verdampfungsguts umfasst und in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit organischen Materialien, wobei das organische Material, bestehend aus einer Pulvermischung aus dem zu verdampfenden organischen Material und einem pulverförmigen, chemisch inerten Material als Absorptionsmaterial, in einer Verdampfungsvorrichtung verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird, sowie die zugehörige Pulvermischung.
Für die Herstellung von organischen Halbleitern für die Anwendung in Leuchtmitteln, in Monitoren, in der Photovoltaik, in der Elektronik oder in anderen Produkten werden kleine Molekülen durch thermisches Verdampfen im Vakuum auf einem Substrat abgeschieden.
Unter kleinen Molekülen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen Molmassen zwischen 100 und 1000 verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere können diese kleinen Moleküle auch photoaktiv sein, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteinfall ihren Ladungszustand ändern. Materialabhängig kann es sich bei der Verdampfung dabei um eine direkte Sublimation handeln oder einen Schmelzvorgang mit anschließender Verdampfung. Mehr als 4/5 aller kleinen Moleküle liegen bei Raumtemperatur in Pulverform vor und können nur durch Sublimation in einer Vakuumkammer auf ein Substrat aufgebracht werden.
Ein großes Problem bei der Verdampfung ist, dass die Zersetzungstemperatur der Moleküle oftmals nur wenige zehn Kelvin über der minimalen Verdampfungstemperatur liegt oder bereits bei der Verdampfungstemperatur eine schleichende Zersetzung stattfindet. Für einen kontinuierlichen Produktionsprozess müssen die Verdampferquellen mit so viel Material befüllt werden, dass idealerweise eine ununterbrochene Produktion für eine Woche möglich ist. Selbst falls mehrere Quellen an einer Position installiert sind und ohne Zeitverlust oder Änderung der Verdampfungsrate zwischen den Quellen gewechselt werden kann (so genannte Revolversysteme) müssen die organischen Materialien zumindest die hohen Temperaturen innerhalb des Verdampfers zersetzungsfrei überstehen.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die kleinen Moleküle eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Bereits in Versuchsanlagen, in denen von außen beheizte Tiegel mit kleinen Volumina zur Verdampfung eingesetzt werden, entstehen an den Tiegelwänden Zersetzungsprodukte der Moleküle durch Überhitzung.
Für die Massenproduktion von Bauteilen aus kleinen Molekülen (Small Molecules), wie z. B. OLEDs müssen höhere Raten und größere Tiegelvolumina für hohe Durchsätze und langen Standzeiten bereitgestellt werden. Hohe Raten werden i. a. durch höhere Temperaturen erreicht.
Die EP 1132493 A2 offenbart ein Verfahren zur Verdampfung von organischen Materialien, wobei dem pulverförmigen organischen Material zur Verdampfung eine Pulvermischung bestehend aus keramischen, metallischen Partikeln und/oder keramischen Partikeln mit metallischen Überzeug zugesetzt wird, um eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zu erzielen. Problematisch hierbei ist allerdings, dass eine gleichmäßige Erwärmung des Materials nicht erfolgt. Durch Verwendung von Heizelementen im Tiegelrandbereich und deren Wärmeeintrag erfolgt die Ausbildung eines Temperaturgradienten von den Randbereichen beginnend. Infolgedessen bilden sich an den Tiegelwänden die bereits erwähnten Zersetzungsprodukte.
In EP 1 418 250 B1 der Firmen Tohoku-Pioneer und Nippon-Steel-Chemical wird mit Hilfe einer wabenförmigen Tiegelstruktur, welche mit Small Molecules gefüllt ist induktiv geheizt. Damit stellt sich eine gleichmäßige Temperatur innerhalb des Verdampfungsguts ein, sodass sich höhere Raten ohne Zersetzungsprodukte realisieren lassen. Nachteilig hierbei ist, dass i. a. nur Waben aus ferromagnetischen Materialien induktiv geheizt werden können. Ferromagnetische Materialien sind bis auf Ausnahmefälle nicht mit den kleinen Molekülen kompatibel, d. h. sie reagieren miteinander. Es kommt also die Schwierigkeit hinzu die Waben mit einem Schutzüberzug, z. B. aus Aluminiumoxid auszustatten. Zudem müssen die Waben eine Minimalgröße aufweisen, um das organische Pulver einfüllen zu können.
Eine Verbesserung gegenüber dem zuvor genannten Patent ist die Patentanmeldung DE 10 2005 013 875 A1 der Firma CreaPhys. Über eine einfache Widerstandsheizung wird eine elektrisch leitfähige, schaumförmige Keramik mit organischem Material gefüllt, sodass eine gleichmäßige Widerstandsheizung des Volumens erfolgen kann. In diesem Fall ist die Keramik, z. B. Siliziumkarbid (SiC), chemisch inert gegenüber den kleinen Molekülen. Allerdings ist auch hier eine Minimalgröße der Schaumporen für die Befüllung erforderlich.
Aus der JP 10-0504473 und aus der DE 691 14 293 T2 ist es bekannt, pulverförmige oder als Granulate ausgebildete Substrate mittels Mikrowellen zu erhitzen und so zum Wärmetransfer auf zu erwärmende Substrate einzusetzen. Eine Verwendung dieser technischen Lehre für die hier vorliegende Problemstellung bei der Verdampfung organischer Materialien ist jedoch nicht bekannt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Pulvermischung anzugeben, die eine gleichmäßige Verdampfung organischer Materialien, insbesondere kleiner Moleküle ermöglicht, wobei eine Ausbildung von Temperaturgradienten vermieden werden soll.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird ebenso durch eine Pulverschüttung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit organischen Materialien, wobei das organische Material in einer Verdampfungsvorrichtung verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird, vorgeschlagen. Dabei erfolgt die gleichmäßige Verdampfung eines Verdampfungsguts, welches aus einer Pulvermischung aus dem zu verdampfenden organischen Material und einem pulverförmigen, chemisch inerten Material als wärmeübertragendes Absorptionsmaterial besteht, durch Eintrag von Wärmeenergie in die Pulvermischung mittels Mikrowellenstrahlung.
Unter der Wärmeübertragung wird im Sinne der Erfindung der Transport Thermischer Energie infolge eines Temperaturunterschiedes über mindestens eine Thermodynamische Systemgrenze hinweg verstanden. Die transportierte Energie wird als Wärme bezeichnet. Die Wärmeübertragung erfolgt in Richtung kälterer Bereiche. Damit verbunden ist ein Wärmeausgleich über die Systemgrenzen hinweg. Die Wärmeübertragung kann auf drei Arten erfolgen:
Bei der Wärmeleitung wird kinetische Energie zwischen benachbarten Atomen oder Molekülen ohne Materialtransport übertragen. Diese Art der Wärmeübertragung ist irreversibel und transportiert die Wärme im statistischen Mittel vom höheren Energieniveau (mit höherer absoluter Temperatur) auf das niedrigere Niveau (mit niedrigerer Temperatur).
Die Wärmestrahlung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ist ein Teil der elektromagnetischen Wellen. Meist wird die Energie durch infrarote Wellen, die ein Teil des elektromagnetischen Spektrums sind, transportiert. Im kosmischen, aber auch im submolekularen Bereich, sind auch andere Wellenlängen bzw. Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums am Energietransport in prozentual nennenswertem Umfang beteiligt. Bei der Wärmestrahlung gibt es nicht nur eine Wärmeübertragung von warm nach kalt, sondern auch von kalt nach warm. Der Wärmestrom von warm nach kalt ist aber immer größer als umgekehrt, so dass die Resultierende von beiden Wärmeströmen immer von warm nach kalt zeigt. Mit anderen Worten: Der Temperaturunterschied wird insgesamt immer weiter verringert. Wärmestrahlung ist die einzige Wärmeübertragungsart, die auch das Vakuum durchdringen kann.
Bei der Konvektion oder Wärmeströmung wird Wärme von einem festen System auf ein strömendes Fluid übertragen und als innere Energie oder Enthalpie mitgeführt oder es wird umgekehrt ein fester Körper von einem wärmeren Fluid angeströmt und erwärmt
Unter dem Begriff der Mikrowellen werden elektromagnetische Wellen wie Dezi-, Zenti- und Millimeterwellen zusammengefasst, deren Wellenlänge zwischen 1 m und 1 mm liegt, was einem Frequenzbereich von etwa 300 MHz bis etwa 300 GHz entspricht.
Aufgrund ihrer Wellenlänge sind Mikrowellen besonders zum Anregen von Dipol- und Multipolschwingungen von Molekülen geeignet. Besonders anschaulich ist dieser Effekt bei der Schwingungsanregung von Wassermolekülen im Mikrowellenherd. Dabei beruht die Erwärmung von Wasser nicht auf einer bestimmten Resonanzfrequenz, sondern darauf, dass die Wassermoleküle als Dipole versuchen sich laufend nach dem elektromagnetischen Wechselfeld auszurichten, wobei als dielektrischer Verlust Wärme entsteht. Der Dielektrische Verlustfaktor, der spezifische elektrische Widerstand sowie magnetische Verluste bestimmen die frequenzabhängige Absorption der Mikrowellen an oder in Stoffen und somit deren Erwärmung.
Das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Absorptionsmaterial zeichnet sich insbesondere durch seine gute – Wärmeübertragung aus. Im Gegensatz zu dem zu verdampfenden organischen Material, welches selbst keine oder nur eine geringe Absorption von Mikrowellen erlaubt, weist das Absorptionsmaterial eine gute Absorption der Mikrowellenstrahlung auf. Dadurch erfolgt eine Erwärmung des Absorptionsmaterials durch Mikrowellenstrahlung. Das so erwärmte Absorptionsmaterial kann nun die Wärmeenergie an das umgebende organische Material durch Wärmeübergang, Wärmeströmung und/oder Wärmestrahlung abgeben. Infolgedessen kommt es zu einer Erwärmung und Verdampfung des organischen Materials.
Ein Vorteil der Verwendung von Mikrowellen zur Erwärmung von Materialien ergibt sich aus der volumetrische Erwärmung der Materialien. Die dielektrische Verlustleistung ist unabhängig vom Wärmefluss an der Oberfläche des Materials. Die Erwärmung eines Werkstoffes mittels Mikrowellenenergie findet von innen nach außen statt.
Die Mikrowellenerwärmung wird durch folgende Formel beschrieben: P = 2·π·f·ε₀·ε''·E²·V
P = vom Material absorbierte Leistung; f = Mikrowellenfrequenz; ε₀ = elektrische Feldkonstante; ε'' = Imaginärteil des komplexen Dielektrizitätskoeffizienten; E = elektrische Feldstärke; V = Materialvolumen
Diese Gleichung verdeutlicht die Abhängigkeit der Mikrowellenerwärmung von der Mikrowellenfrequenz, dem Material, der Mikrowellenleistung und dem Materialvolumen.
Im Gegensatz zu konventionellen Erwärmungsmethoden spielt das Material und seine Form bei der Mikrowellenerwärmung eine größere Rolle. Der Dielektrizitätskoeffizient eines Materials bestimmt dabei, wie gut es von Mikrowellen erwärmt werden kann; die Form (genauer, das Volumen) bestimmt, wie viel Mikrowellenenergie das Produkt aufnehmen kann.
Viele Materialien können vollständig von den Mikrowellen durchdrungen werden, wobei das Material innen und außen gleichzeitig erwärmt wird. Dies würde theoretisch ein gleichmäßiges Temperaturprofil im Material erzeugen, wobei jeder Punkt die gleiche Temperatur hat. Jedoch gibt die Oberfläche des Materials wärme an die Umgebung ab, wodurch sie sich abkühlt. Das Innere kann keine Wärme abgeben und hat daher eine höhere Temperatur als die Oberfläche. Daraus ergibt sich ein Temperaturprofil, das Invers zu dem bei konventioneller Erwärmung ist (d. h. Oberfläche heiß, innen kalt).
Dies ist einer der großen Vorteile der Mikrowellenerwärmung und ermöglicht eine viel schnellere Erwärmung und Trocknung als bei konventionellen Methoden.
Vorteilhafterweise kann die Mikrowellenenergie in einem Prozess ganz gezielt in einem dafür notwendigen Zeitfenster eingesetzt werden. Sie wird nur dann zur Verfügung gestellt, wenn sie für den Prozess benötigt wird. Verzögerungen aufgrund von Aufheiz- bzw. Abkühlvorgängen entsprechender Bauelemente finden nicht statt.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Verdampfung des Verdampfungsguts in einer Verdampfungszone, die zumindest einen Teil des Verdfampfungsguts umfasst, wobei die Verdampfungszone des Verdampfungsguts über die Eindringtiefe der Mikrowellen eingestellt wird. Die Eindringtiefe der Mikrowellen wird durch folgende Formel beschrieben:
PD = Eindringtiefe der Mikrowellen; λ₀ = Wellenlange im Vakuum; ε' = Realteil des komplexen Dielektrizitätskoeffizienten; ε'' = Imaginärteil des komplexen Dielektrizitätskoeffizienten.
Damit ist die Eindringtiefe der Mikrowellen in das Verdampfungsgut und die damit einhergehende Erwärmung und Verdampfung des organischen Materials in der Verdampfungszone über Änderungen der Wellenlänge der Mikrowellen einstellbar.
Die Eindringtiefe ist definiert als die Tiefe, in der die ursprüngliche Feldstärke auf 1/e (etwa 37%) zurückgegangen ist. Dies bedeutet, dass auch unterhalb der Eindringtiefe noch eine Mikrowellenerwärmung stattfindet. Jedoch ist natürlich die Energiemenge für die Erwärmung deutlich geringer als Oberhalb der Eindringtiefe.
Die Verdampfungszone wird vorzugsweise durch die Eindringtiefe im Bereich der Verdampfungsoberfläche gebildet. Sie bezeichnet einen räumlichen Bereich, in dem eine Temperatur so eingestellt wird, dass eine Verdampfung an der Verdampfungsoberfläche eintritt. Dadurch wird das organische Material vorzugsweise nur im Oberflächenbereich erwärmt und verdampft, sodass das verbleibende Verdampfungsgut vor schädlichen thermischen Einflüssen, die eine Zersetzung des organischen Materials bewirken könnten, geschützt bleibt, weshalb die Verdampfungszone kleiner als das gesamte Verdampfungsgut ist, d. h. die räumliche Ausdehnung der Verdampfungszone umfasst nur einen Teil des Verdampfungsgutes in dessen räumlicher Ausdehnung. Es ist auch im Sinne der Erfindung denkbar, dass das gesamte Verdampfungsgut erwärmt und verdampft wird, wobei die Verdampfungszone dann das gesamte Verdampfungsgut umfasst.
Durch die Verdampfung des Verdampfungsguts im Bereich der Verdampfungszone ist eine kontinuierliche Verdampfung des organischen Materials realisierbar, da bei fortlaufender Verdampfung die Verdampfungszone, welche über die Eindringtiefe reguliert wird, der verdampfenden Oberfläche des Verdampfungsguts (Verdampfungsoberfläche) nachfolgt. Auf diese Weise kann bevorzugt eine kontinuierliche Verdampfung des Verdampfungsmaterials realisiert werden, was insbesondere für den Einsatz in Durchlaufbeschichtungsanlagen wünschenswert ist, wo gleichbleibende Beschichtungen von Substraten mit organischen Materialien gefordert werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Absorptionsgrad des Verdampfungsguts für die Mikrowellenstrahlung durch die Einstellung des Mischungsverhältnisses des organischen Materials und des Absorptionsmaterials in der Pulvermischung eingestellt. Dies ist insbesondere für die Verwendung der Verdampfungsvorrichtung in Durchlaufbeschichtungsanlagen vorteilhaft. Über die Einstellung des Absorptionsgrad kann bei vorgegebener Mikrowellenfrequenz und bekannten Materialkonstanten die Erwärmung des Absorptionsmaterials in der Pulvermischung gezielt beeinflusst werden, um eine kontinuierliche Verdampfung des organischen Materials zu bewirken.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Absorptionsgrad des Verdampfungsguts für die Mikrowellenstrahlung durch einen Konzentrationsgradienten des pulverförmigen, chemisch inerten, wärmeübertragenden Absorptionsmaterials innerhalb der Pulvermischung eingestellt, wobei der Konzentrationsgradient von der Verdampfungsoberfläche weg in tiefere Regionen des Verdampfungsguts zunehmend oder abnehmend ausgebildet ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn mit fortlaufender Verdampfung der Anteil des organischen Materials in der Pulverschüttung im Vergleich zum chemisch, inerten pulverförmigen Material abnimmt. Unter dem Begriff der tieferen Region des Verdampfungsguts ist die Orientierung von der Oberfläche des Verdampfungsguts in Richtung Inneres des Verdampfungsguts zu verstehen. Es ist dabei auch im Sinne der Erfindung denkbar, dass das Absorptionsmaterial einen Konzentrationsgradienten in Richtung tiefere Regionen des Verdampfungsguts aufweist, sondern daneben auch einen ungleichen Anteil gegenüber dem organischen Material in der Pulverschüttung aufweist. Es ist daneben auch denkbar, dass anstatt des Absorptionsmaterials das organische Material einen Konzentrationsgradienten in der Pulvermischung aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei fortschreitender Verdampfung des organischen Materials dieses in die Pulverschüttung zugeführt, um eine gleichmäßige Verdampfung während der Beschichtung zu realisieren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das vorbeschriebene Verfahren zur Beschichtung in diskontinuierlichen Beschichtungsanlagen eingesetzt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass eine zeitliche Steuerung der Verdampfung des Verdampfungsguts über den zeitlichen Eintrag der Mikrowelleneinstrahlung in das Verdampfungsgut realisiert werden kann. Dadurch kann die Verdampfung des Verdampfungsmaterials auf die notwendigen Zeiträume der Beschichtung beschränkt werden, wodurch eine Schonung des organischen Materials zwischen den Beschichtungsvorgängen gewährleistet wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verdampfungsgut außerhalb der sich durch die Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung ergebenden Verdampfungszone gekühlt. Dies erfolgt durch eine Kühleinrichtung, mit deren Hilfe das Verdampfungsgut, welches nicht verdampft werden soll gekühlt werden kann und somit ein schädlicher Wärmeeintrag in das organische Material unterbunden wird. Dabei muss die Kühleinrichtung so ausgestaltet sein, dass bei fortlaufender Verdampfung des Verdampfungsguts die Kühlung der Verdampfungszone folgend nachgeführt wird, wobei die Kühlung sich ausschließlich auf das Verdampfungsgut außerhalb der Verdampfungszone beschränkt. Durch die Verwendung einer solchen Kühleinrichtung kann eine vorzeitige Erwärmung des organischen Materials außerhalb der Verdampfungszone wirksam unterbunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird neben dem zu verdampfenden organischen Material in der Pulverschüttung ein zweites organisches Material zur Beschichtung von Substraten durch Wärmeübertrag vom Absorptionsmaterial auf das zweite organische Material mittels Eintrag von Mikrowellenstrahlung erwärmt und verdampft. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Coverdampfung von ein oder mehreren organischen Materialien zur Abscheidung von Mischschichten der organischen Materialien auf dem Substrat vorgesehen ist. Zu beachten ist hierbei allerdings, dass die beiden organischen Materialien ähnliche Verdampfungstemperaturen aufweisen und keine längere Wärmeexposition durch die Wärmeübertragung vom Absorptionsmaterial erfahren, was wiederum eine Zersetzung des organischen Materials bedeuten würde. Insbesondere sollte die Verdampfungstemperatur der organischen Materialien jeweils unterhalb der Zersetzungstemperatur des anderen organischen Materials liegen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Absorptionsmaterial, welches dem Verdampfungsgut zugesetzt wird, Siliziumkarbid (SiC) verwendet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Absorptionsmaterial, welches dem Verdampfungsgut zugesetzt wird, ein kohlenstoffbasiertes Material verwendet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorbeschriebenen Ausführungsform werden Kohlenstoff-Nanotubes als Absorptionsmaterial in der Pulverschüttung verwendet. Diese zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Strahlung in einem sehr breiten Frequenzbereich von 400 MHz bis 12 GHz aus. Durch diesen breiten Absorptionsbereich lässt sich die bevorzugte Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung einstellen. Daneben wiesen die Kohlenstoff-Nanotubes auch hervorragende wärmeleitende Eigenschaften auf, weshalb diese sich zur Verwendung in der Pulverschüttung des Verdampfungsguts eignen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Absorptionsbereich der Kohlenstoff-Nanotubes in der Pulverschüttung des Verdampfungsguts durch den Einsatz unterschiedlicher Kohlenstoffmaterialien einstellbar und kann damit auf bestimmte Frequenzen angepasst werden. Dadurch lassen sich die gewünschten Absorptionseigenschaften und deren Verwendung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verdampfungsverfahrens einstellen.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden als Absorptionsmaterialien mikrowellenabsorbierende und -warmeübertragende Nanopartikel verwendet. Nanopartikel oder Nanoteilchen bezeichnen einen Verbund von wenigen bis einigen tausend Atomen oder Molekülen. Der Name bezieht sich auf ihre Größe, die typischerweise bei 1 bis 100 Nanometern liegt. Durch den Einsatz von Nanopartikeln wird gegenüber Partikeln im Mikronbereich eine weiterhin vergrößerte Oberfläche zur Wärmeübertragung, was insgesamt zu einer effizienteren Wärmeübertragung und einer schnelleren Verdampfung führen kann.
Die Aufgabe wird auch durch eine Pulvermischung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gellst. Die Pulvermischung umfasst erfindungsgemäß zumindest ein organisches Material und zumindest ein pulverförmiges, chemisch inertes Material als wärmeübertragendes Absorptionsmaterial, welches dem Verdampfungsgut zum Wärmeeintrag mittels Mikrowellenstrahlung zugesetzt wird und einen Absorptionsbereich im Bereich der Mikrowellenstrahlung aufweist. Dabei ist der Absorptionsgrad innerhalb der Pulverschüttung bei konstanter Eindringtiefe durch Variation des Anteils des Absorptionsmaterials in der Pulverschüttung einstellbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Pulvermischung ein Mischungsverhältnis mit ungleichen Anteilen des organischen Materials und des Absorptionsmaterials in der Pulvermischung auf. Dadurch kann entsprechend den Anforderungen während des Beschichtungsvorgangs durch Einstellung des Mischungsverhältnisses von zu verdampfenden organischen Material und dem Absorptionsmaterial in der Pulverschüttung gezielt Einfluss auf den Verdampfungsprozess genommen werden. Beispielweise lässt sich der Absorptionsgrad innerhalb der Pulverschüttung bei konstanter Eindringtiefe durch Variation des Anteils des Absorptionsmaterials in der Pulverschüttung einstellen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist zumindest ein Bestandteil der Pulvermischung einen Verteilungsgradienten innerhalb der Pulverschüttung auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn mit fortlaufender Verdampfung der Anteil des organischen Materials in der Pulverschüttung im Vergleich zum Absorptionsmaterial abnimmt. So kann beispielsweise durch einen Konzentrationsgradienten des Absorptionsmaterials von der Verdampfungsoberfläche weg in tiefere Regionen des Verdampfungsguts zunehmend oder abnehmend eine Einstellung zur gleichmäßigen Verdampfung des organischen Materials während des Beschichtungsvorgangs erfolgen. Es ist daneben auch denkbar, dass anstatt des Absorptionsmaterials das organische Material einen Konzentrationsgradienten in der Pulvermischung aufweist. Es ist dabei auch im Sinne der Erfindung denkbar, dass das Absorptionsmaterial einen Konzentrationsgradienten in Richtung tiefere Regionen des Verdampfungsguts aufweist, sondern daneben auch einen ungleichen Anteil gegenüber dem organischen Material in der Pulverschüttung aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Pulvermischung als Absorptionsmaterial Siliziumkarbid (SiC) auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Pulvermischung als Absorptionsmaterial ein kohlenstoffbasiertes Material auf. Hierbei können beispielsweise Graphite verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Pulvermischung als Absorptionsmaterial Kohlenstoff-Nanotubes auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Pulvermischung ein Absorptionsmaterial auf, welches aus mikrowellenabsorbierenden und wärmeübertragenden Nanopartikeln gebildet wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Partikelgröße des Absorptionsmaterials im Mikron- bzw. Submikronbereich. Unter dem Begriff Mikronbereich werden Partikelgrößen im Mikrometerbereich verstanden. Der Begriff Submikronbereich bezeichnet dagegen Partikelgrößen, welche vorzugsweise im Nanometerbereich liegen, wobei hier keine Beschränkung auf bestimmte Nanometerbereiche vorgesehen ist. Im Sinne der Erfindung werden durch den Begriff Submikronbereich auch Partikelgrößen unterhalb des Nanometerbereichs erfasst. Vorzugsweise weisen die Partikel des chemisch, inerten Materials Partikelgrößen im Bereich von 0,5 μm bis 5 μm auf.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen eingehender erläutert werden.
Ausführungsbeispiel:
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird erfindungsgemäß eine Pulverschüttung aus einem organischen Material aus kleinen Molekülen für die Herstellung von OLED's und Siliziumkarbid (SiC) als Absorptionsmaterial verwendet. Dabei wird das SiC-Pulver, welches elektrisch nicht leitfähig ist, mit dem Pulver aus kleinen Molekülen vermischt und in einem Tiegel aus Quarzglas gefüllt. Das Mischungsverhältnis beträgt in der einfachsten Ausgestaltung 1:1. Anschließend erfolgt durch Eintrag von Mikrowellenstrahlung in die Pulvermischung die Verdampfung des organischen Materials durch Wärmeübertragung vom absorbierenden chemisch, inerten SiC auf die nicht mikrowellenabsorbierenden, kleinen organischen Moleküle. Durch diesen Wärmeübertrag erfolgt eine gleichmäßige Erwärmung und infolgedessen eine Verdampfung des organischen Materials. Durch Einstellung der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung kann die Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung eingestellt werden und den Bedürfnissen der Beschichtung angepasst werden. Über die Eindringtiefe wird erfindungsgemäß die Verdampfungszone eingestellt und infolgedessen die verdampfungsrate des organischen Materials.
Bei Verwendung von Partikelgrößen im Bereich von 0,5 μm bis 5 μm ergibt sich im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Verdampfung unter Zuhilfenahme von Metallschäumen neben dem Vorteil der Unabhängigkeit von den Porengrößen des Schaums auch eine größere Oberfläche. Nimmt man eine minimale Porengröße des Schaums bzw. der Waben von etwa 2 mm Durchmesser bei einer Wandstärke von 0.5 mm an, so ergibt sich eine 2000 mal so große Oberfläche bei einem Pulver aus SiC mit einer Korngröße von einem Mikrometer. Damit ist der Wärmeübertrag für die erfindungsgemäße Pulver-Methode wesentlich effizienter.
Mit zunehmender Größe des Tiegels steigt bei der im Stand der Technik verwendeten Schaum- bzw. Wabenvariante auch die Schwierigkeit der Befüllung ohne Hohlräume zwischen den Waben.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden als chemisch, inertes Material Kohlenstoff-Nanotubes (Carbon Nanotubes (CNTs)) in der Pulverschüttung verwendet. Diese besitzen außergewöhnlich hohe Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Strahlung in einem sehr breiten Frequenzbereich.
Im Vergleich zu anderen Carbonmaterialien oder Ferriten setzt die Absorption in CNT-basierten Kompositen bereits bei erheblich geringeren Feststoffanteilen ein.

Claims

Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit organischen Materialien, wobei das organische Material, bestehend aus einer Pulvermischung aus dem zu verdampfenden organischen Material und einem pulverförmigen, chemisch inerten Material als wärmeübertragendes Absorptionsmaterial, in einer Verdampfungsvorrichtung verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung des Verdampfungsguts durch Eintrag von Mikrowellenstrahlung in die Pulvermischung des Verdampfungsguts in einer Verdampfungszone erfolgt, welche zumindest einen Teil des Verdampfungsguts umfasst und in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeeintrag der Mikrowellenstrahlung in das Verdampfungsgut über den Absorptionsgrad des verwendeten Absorptionsmaterials und/oder die Frequenz der Mikrowellenstrahlung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorptionsgrad des Verdampfungsguts für die Mikrowellenstrahlung durch die Einstellung des Mischungsverhältnisses des organischen Materials und des Absorptionsmaterials und/oder durch einen Konzentrationsgradienten des Absorptionsmaterials innerhalb der Pulvermischung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Steuerung der Verdampfung des Verdampfungsguts über den zeitlichen Eintrag der Mikrowelleneinstrahlung in das Verdampfungsgut realisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsgut außerhalb der sich durch die Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung ergebenden Verdampfungszone gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorptionsmaterial, welches dem Verdampfungsgut zugesetzt wird, Siliziumkarbid verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorptionsmaterial, welches dem Verdampfungsgut zugesetzt wird, ein kohlenstoffbasiertes Material verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorptionsmaterial, welches dem Verdampfungsgut zugesetzt wird, Kohlenstoff-Nanotubes verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorptionsmaterial mikrowellenabsorbierende und wärmeübertragende Nanopartikel verwendet werden.
Pulvermischung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend zumindest ein organisches Material und zumindest ein pulverförmiges, chemisch inertes Material als wärmeübertragendes Absorptionsmaterial, welches dem Verdampfungsgut zum Wärmeeintrag mittels Mikrowellenstrahlung zugesetzt wird und einen Absorptionsbereich im Bereich der Mikrowellenstrahlung aufweist, wobei durch Variation des Anteils des Absorptionsmaterials in der Pulvermischung der Absorptionsgrad innerhalb der Pulvermischung bei konstanter Eindringtiefe einstellbar ist.
Pulvermischung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung ein Mischungsverhältnis mit ungleichen Anteilen des organischen Materials und des Absorptionsmaterials in der Pulvermischung aufweist.
Pulvermischung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bestandteil der Pulvermischung einen Konzentrationsgradienten innerhalb der Pulvermischung aufweist.
Pulvermischung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung als Absorptionsmaterial Siliziumkarbid aufweist.
Pulvermischung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung als Absorptionsmaterial ein kohlenstoffbasiertes Material aufweist.
Pulvermischung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung als Absorptionsmaterial Kohlenstoff-Nanotubes aufweist.
Pulvermischung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung als Absorptionsmaterial mikrowellenabsorbierende und wärmeübertragende Nanopartikel aufweist.
Pulvermischung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße des Absorptionsmaterials im Mikron- oder Submikronbereich liegt.