KR20120032114A - 전기 스프레이 방법을 이용한 무기 또는 유기물질의 고진공 증착 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 스프레이 방법을 이용한 무기 또는 유기물질의 고진공 증착 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 고진공 증착 시스템은 증착 대상 무기 또는 유기물질을 수용 및 분사시키기 위한 하나 이상의 분사체와 하나 이상의 증착 대상 기재가 대체로 서로 마주보도록 배치되어 있는 챔버; 및 상기 분사체로부터 분사되는 증착 대상 무기 또는 유기물질을 전기적으로 분사시키기 위한 고전압 전원장치;를 포함하며, 상기 분사체로부터의 무기 또는 유기물질 분사 방향에 대하여 반대 방향으로 질소 기체 흐름이 형성되게 구성되어 있다. 본 발명에 의하면, 생성되는 박막의 특성을 임의로 향상시킬 수 있으며, 다양한 용액의 적용을 가능하게 한다.

Description

전기 스프레이 방법을 이용한 무기 또는 유기물질의 고진공 증착 시스템 {High vaccum deposition of inorganic or organic material using electrospray method}

본 발명은 무기 또는 유기물질의 진공 증착에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기적 스프레이 방법을 이용하여 무기물질 또는 고분자 또는 저분자 유기물질을 고진공 내의 기판으로 직접 증착하기 위한 고진공 증착 시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 차등 진공 배기와 반대 방향으로 흐르는(counter flow) 질소 기체 및 가열기를 이용하여 생성되는 박막의 특성을 향상시키고, 다양한 용액을 사용하여 다양한 박막을 고진공 내에서 제작하는 것에 관한 것이다.

유기 전자소자 기술은 유기물(저분자, 거대분자 및 고분자)을 전자소자에 응용한 것으로, 2000년 노벨 화학상을 안겨준 전도성 고분자에 대한 연구 이후로 다양한 분야로 확대되어 왔다. 특히, 유기 재료가 갖는 고유의 물질 특성에 따라서 발광 특성이 좋은 재료는 주로 OLED의 발광층으로 사용되고 박막 결정성이나 분자간 패킹(packing)특성이 우수한 재료는 유기 TFT의 활성층으로 사용되며, 광흡수성이 우수한 재료는 유기 태양전지(OPV)를 제조하는데 주로 응용되게 된다. 이러한 유기 소자를 이용한 유기전자소자기술은 기존 반도체 기술과는 달리 도포와 인쇄공정을 이용하여 플렉서블한 플라스틱 기판상에 실온에 가까운 저온에서 디스플레이, 회로, 전지, 센서 등의 기능을 집적화할 수 있다. 이 기술은 플렉서블한 기판에 전자소자를 구현할 수 있는 장점을 가지고 있어 차세대반도체 기술의 하나로 큰 주목을 받고 있다.

이 중 유기전자소자 기술의 대표적인 예의 하나인 OLED 기술은 디스플레이 측면에서 자체발광 특성으로 인하여 시야각 특성이 우수하며, 낮은 소비전력과 고속응답과 더불어 유리기판 상에 박형으로 컬러 화소 어레이의 구현이 가능하기 때문에 꿈의 디스플레이로 불리며 각광을 받고 있다. 또한 최근에는 실리콘을 기반으로 한 트랜지스터의 구조와 유사한 분자 내에서 탄소와 탄소가 이중결합과 단일결합을 교대로 하는 구조를 지닌 저분자와 공액 고분자 재료를 다루는 유기물을 이용한 OTFT(유기반도체)가 활발하게 진행되고 있다. OTFT는 앞으로 e-paper, LCD, 플렉서블 디스플레이 등의 백플레인과 파이브 RFID 태그, 디지털 X-ray 디텍터 등 비정질 실리콘 TFT가 응용되는 거의 모든 분야에 널리 적용될 것으로 예상된다[참고문헌: 유기 전자소자 기술과 전망, Semiconductor FPD Monthly 200912, 62].

유기 전자소자에서 유기 재료 박막의 증착 방법은 저분자계 재료의 경우 대부분 진공 챔버 내에서 승화 공정[참고문헌 : Choonghan Ryu, Sung Min Cho, and Heeyeop Chae, KIC News, Volume 10, No. 2, 2007]을 통해서 박막을 형성하는 방법을 사용하고 있으나, 고분자계 재료는 높은 분자량으로 인해 진공의 챔버 내 승화 공정을 통해 재료를 증착하여 박막을 형성하는 것이 불가능하다. 또한 일부 저분자계 재료는 용매에 녹을 수 있는 작용단을 부착하여 용액 공정을 가능하게 하였으나, 낮은 점도로 인해서 균일한 박막결정성을 확보하기가 쉽지 않은 반면에 고분자계 재료는 용액 공정이 가능하고 박막의 결정 균일도도 저분자계에 비해서 높다. 이에 따라 고분자계 재료는 유기 박막을 제조하는 방법으로 스핀 코팅과 현재 다양한 분야에서 연구와 응용이 되고 있는 잉크젯, 스크린, 그라비아 등의 프린팅 방법[참고문헌 : S.H. Kim, J.H. Lee, S.C. Lim, J.B. Ku, C.H. Ku, G.Y. Sung, T.H. Zyung, 전자통신동향분석 제20권 제5호 2005년 10월, 56] 등이 사용되지만, 스핀코팅과 프린팅 방법은 기존에 만들어진 박막 위에 새로운 박막을 형성할 때 용질을 포함하고 있는 용액의 용매가 기존에 만들어진 박막에 침투하여 변형시키는 단점이 있기 때문에 다층 박막을 형성하는데 어려움을 가지고 있다. 또한, 프린팅 방법에서는 전하가 이동 중 갇히거나, 필름의 질서도를 낮추는 불순물의 영향에 의해 활성층의 전하이동특성이 저하되는 효과가 있다[참고문헌 : S.H. Kim, J.H. Lee, S.C. Lim, J.B. Ku, C.H. Ku, G.Y. Sung, T.H. Zyung, 전자통신동향분석 제20권 제5호 2005년 10월, 56].

이와 더불어, 저분자 재료에 비해서 높은 분자량으로 인해서 높은 결정성을 지닌 박막을 제조하는 어려움을 극복해야 하고, 다양한 형태의 박막을 제조하기 위해서는 유기 반도체 재료가 다양한 용매에 높은 용해도로 용해되어서 용액 형태의 잉크화가 가능해야 한다[참고문헌 : S.H. Kim, J.H. Lee, S.C. Lim, J.B. Ku, C.H. Ku, G.Y. Sung, T.H. Zyung, 전자통신동향분석 제20권 제5호 2005년 10월, 56].

이러한 한계점들을 극복하고자, 한국공개특허공보 제10-2010-0042345호(2010.4.26. 공개)에서는 고분자 유기물질 박막을 제조하는 방법으로 전기 스프레이 방법을 이용하는 방법이 제안되었다. 이 공개특허문헌에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 증착 또는 분석 대상의 전기 분무 용액이 저장되는 시린지 (또는 주사기)(100), 시린지(100)에 라인을 통해 연결된 노즐(200), 노즐에 전압을 인가하는 전압 공급 장치(300), 노즐을 통해 분사되는 유기물질이 증착되는 기판(400), 및 패터닝을 위한 마스크(500)가 포함되어 있다. 전기 분무 용액은 시린지(100)에 저장되고, 저장된 전기 분무 용액은 전압이 인가되는 노즐(200)을 통해 분사된다. 이때, 전압 공급 장치(300)에 의해 인가된 전압에 의해 액적이 분극화되어 증착되는 유기물질(즉, 용질)이 기체 상태의 이온이 된다. 분사된 용액은 분극화에 의해 용매와 증착되는 유기물질로 분리되고, 전압 공급 장치(300)에 의해 형성된 고전압계 안에서 액적 상태로 방출된 용매는 비행도중 점차적으로 작아지면서 제거되고, 유기물질은 기체상태의 이온으로 기판(400) 상에 유기 박막(600)으로 증착된다. 이 특허문헌에서는 진공 공정을 사용하지 않아, 여전히 용매가 같이 증착되는 문제점이 존재하여 먼저 증착되어 있는 유기물층을 다시 용해시키는 문제가 있다.

또한, 생성되는 박막의 특성을 임의로 조절하여 생성되는 박막의 특성 자체를 향상시킬 수 있으며 다양한 용액을 용이하게 적용할 수 있는 고진공 증착 시스템은 여전히 요구되고 있다.

본 발명은 종래기술의 한계점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기 스프레이 방식을 이용하여 분자량이 큰 고분자의 경우에도 박막의 형성이 용이하고, 생성되는 박막의 특성을 임의로 조절할 수 있으며, 더불어 다양한 용액을 적용할 수 있는 고진공 증착 시스템을 제공하는 데에 있다.

상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,

증착 대상 무기 또는 유기 물질을 수용 및 분사시키기 위한 하나 이상의 분사체와 하나 이상의 증착 대상 기재가 대체로 서로 마주보도록 배치되어 있는 챔버; 및

상기 분사체로부터 분사되는 증착 대상 무기 또는 유기물질을 전기적으로 분사시키기 위한 고전압 전원장치;를 포함하며,

상기 분사체로부터의 무기 또는 유기물질 분사 방향에 대하여 반대 방향으로 질소 기체 흐름이 형성되게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고진공 증착 시스템을 제공한다.

본 발명에 있어, 바람직하게는, 상기 증착 대상 물질 분사 기구로부터의 증착 대상 무기 또는 유기물질을 분사 경로 중에 가열시키기 위한 가열기를 더 포함한다.

본 발명에 있어, 상기 증착 대상 유기물질은 고분자 유기 물질 또는 저분자 유기 물질 또는 이들의 혼합 물질일 수 있다.

본 발명에 있어, 고전압 전원장치에 의해 바람직하게는 1 내지 5kV의 전압이 인가된다.

본 발명에 있어, 상기 고진공 증착 시스템이 차등적 배기 구조를 갖는다.

본 발명에 있어, 상기 증착 대상 물질과 용매가 인가되는 전압, 가열기구로부터의 온도 제어 및 차등 배기 구조의 조합에 의해 조절 분리된다.

본 발명이 유기 박막 제조에 미치는 의의는 다음과 같다.

첫째로, 대기압 상태 또는 고진공을 유지한 상태에서 용액 공정을 통해 유기박막 형성이 가능하다.

둘째로, 반대되는 질소의 흐름으로 인하여 기존의 전기 스프레이 방법보다 매우 작은 미소 입자 형태의 이온들을 기판에 증착하는 것이 가능하다.

셋째로, 차등 배기 첫 단의 가열기를 통해서 박막 증착 이전에 용매의 제거가 가능하며, 입자들이 기판으로 도달하는 과정에서 상분리 현상 등의 물리적인 변화에 의한 박막특성 제어가 가능하다.

넷째로, 여러 개의 주사기를 통해서 2종 이상의 용액으로 유기 박막 형성이 가능하여 다양한 형태의 박막 제작이 가능하다.

다섯째, 고분자계 물질뿐만이 아니라 저분자계 물질도 증착이 가능하다.

여섯째, 분석장비와 결합된 차등 배기 시스템을 이용하여 분석하고자 하는 물질의 두께 제어를 통해, 유기물 다층 박막 계면에서 일어나는 물리적 현상 연구에 이용이 가능하다.

도 1은 종래의 고분자 유기물질 박막을 제조하는 증착 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 유기 박막 고진공 증착 시스템 및 전기 스프레이 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기 박막 고진공 증착 시스템을 이용하여 증착된 박막의 주사현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 유기 박막 고진공 증착 시스템 및 전기 스프레이 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 위해 사용한 시스템을 나타낸 도면이다.

본원에서 사용되는 용어 "고진공"은 당해 기술분야에 널리 알려져 있으며, 일반적으로는 1x10^-4 torr 이하로 정의된다.

또한, 본원에서는 주로 증착 대상 물질을 유기 물질로 한정하는 경우가 종종 있으나, 본 발명의 명세서를 숙지한 당업자라면 무기 물질도 가능함을 알 수 있을 것이다.

이하, 본 발명은 첨부된 예시 도면을 참조하여 더욱 더 상세하게 기술될 것이다.

도 2에는 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 유기 박막 고진공 증착 시스템이 개략적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 고진공 증착 시스템은 전기 분무 용액이 저장되는 분사체 구성요소 중 하나로서의 주사기(2-1), 분사체 구성요소 중의 다른 하나로서의 주사기(2-1)에 결합되어 있는 분사 노즐(2-2), 노즐에 전압을 인가하는 고전압 전원(2-3) 및 노즐(2-2)을 통해 분사되는 유기 물질이 증착되는 증착 대상 기재로서의 기판(2-6)을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 고진공 증착 시스템에는 상기한 종래기술과 다르게 도 2에 도시된 바와 같은 차등 배기 진공 구조(2-7, 2-8, 2-9, 2-10), 분사 노즐(2-2)을 통해 분사되는 용액의 흐름 방향에 대하여 반대 방향으로의 질소 기체 흐름(2-4) 및 분사되는 용액을 가열하기 위한 가열기(2-5)가 더 포함된다.

본 발명에서는, 먼저 다양한 특성을 갖는 고분자 및/또는 저분자 유기물질을 다양한 용매에 용해시킨 후 주사기(2-1)에 저장하고, 고전압 전원으로 전압을 인가하여 바늘 형태의 노즐(2-2)을 통해 분사되게 한다. 이와 함께, 용액의 분사 방향에 대하여 반대 방향으로의 질소 기체 흐름(2-4)을 발생시키면서 분사되는 용액을 도시된 바와 같이 가열기(2-5)에 의해 가열한다. 또한, 본 발명에서는 차등 배기 구조(2-7~10)가 추가로 구성된다. 이러한 구조 및 과정을 거치면서 용매를 추가로 휘발시킨 후 쿨롱 힘에 의해서 분리된 각각의 미소 입자 이온들이 기판(2-6)에 증착되어 박막을 형성하게 된다.

증착 또는 분석하고자 하는 다양한 특성을 가진 고분자 및/또는 저분자 유기물질을 용매에 용해시켜서 준비하는 단계에서 용매는 유기물질의 용해가 가능하도록 물질에 대한 용해도를 고려해야 하며, 기판에 증착되기 전 단계까지 용매가 휘발될 수 있도록 일정 정도 이상의 휘발성이 보장되어야 한다. 하나의 예로 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 P3HT(Polythiophene)와 같은 고분자 물질에 대한 용매로는 톨루엔(toluene), 아세톤(acetone) 또는 이들의 혼합 용매가 유용하다. 바람직하게는, 상기한 용매들의 점성이 달라 스프레이 방식을 보장하기 위해 적절한 비율로 혼합된 용매가 사용된다.

상기한 바와 같은 방법으로 준비된 용액은 주사기(2-1) 안에 저장되며, 주사기(2-1)에 연결되어 있는 노즐(2-2)을 통과하면서 스프레이 형태로 분사된다.

전기 스프레이는 스텝 모터에 의한 제어를 통해 0.1~5 ml/h 범위의 분사 속도로 분사된다. 이때 용액의 농도는 1 내지 3 mg/ml 사이에서 유지된다. 고전압 전원장치(2-3)에 의해서 노즐(2-2)과 진공 챔버간에 인가된 전기장이 노즐 끝부분에 맺혀 있는 용액의 표면 장력을 이기게 되면 테일러 콘을 형성하며, 전하를 띈 작은 이온 집단 형태의 스프레이 분사가 일어난다. 이와 함께, 분사 방향에 대하여 반대 방향으로의 질소 가스 흐름(2-4)에 의해 분사된 전하를 띈 용액 입자들로부터 용매가 휘발한다. 이때, 진공 챔버와 주사기(2-1) 사이에 하우징을 추가로 장착하여 대기와의 접촉을 감소시킨다. 전하를 띈 용액 입자들은 가열기(2-5)와 차등 배기 시스템(2-7~10)을 통과하는 과정에서 추가적인 용매의 휘발을 통해서 더 작은 이온 입자로 변화한다. 가열기(2-5)는 용매의 끓는점 이상의 온도를 제공하여 용매의 휘발을 돕고, 차등 배기 시스템은 나누어진 각 공간을 각각의 다른 펌프로 차등 배기를 하도록 구성되어 있다. 대기와 가장 근접한 2-7의 배기부터 기판 위에 박막이 형성되는 2-10의 배기로 갈수록 저진공으로부터 고진공을 유지하게 된다. 2-10의 배기를 통해서는 일반적인 진공 시스템에서 박막을 제조하기 위해 유지하는 진공의 유지가 가능하다. 이 시스템을 통과한 작은 하전 입자들은 기존의 용액에 포함되어 있던 용매가 제거되고, 이온들간의 쿨롱 힘에 의해 각각의 이온들로 분리되어, 기판(2-6) 위에 증착된다.

본 발명에 따른 전기 스프레이 고진공 증착 시스템 및 방법은 용매가 제거된 이온 형태의 용질만이 기판에 증착되어 박막을 형성하므로 기존의 용액공정의 단점인 박막간 상호 용해되는 단점을 극복하여 다층 박막의 형성을 가능하도록 한다. 또한, 차등 배기 시스템을 도입하여 스핀코팅 등 기존의 용액 공정 방법과는 달리 유기물 활성층 형성부터 금속 전극 증착까지 고진공 내에서 단일 공정으로 제작이 가능하다.

실제로 본 발명에 따른 전기 스프레이 시스템을 사용하여 제작된 박막의 형성 모습을 관찰하면 다음과 같이 박막 특성 제어가 가능함을 알 수 있다. 이를 위하여 개발된 스프레이 시스템을 이용하여 고진공 하에서 제작된 PCBM 박막의 특성을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 분석하였다. 이의 조건 및 결과는 하기 표 1 및 도 3에 각각 제시되어 있다. 실제 실험에 사용된 시스템은 도 5와 같이 설계된 것을 사용하였다. 스텝모터로 제어되는 주사기를 1차 차등배기의 입사공(핀홀) 앞쪽에 배치하며, 주사기 끝 노즐과의 거리는 핀홀에서 10 mm 가 되도록 설계하였다. 이때, 스프레이는 노즐과 1차 핀홀 사이에 고전압 (1~5 kV)를 인가하여 발생시킨다. 1차 핀홀은 직경 1 mm 의 원형으로 제작하며, 2차 차등배기 챔버로 연결되는 2차 핀홀의 크기 역시 진공도 상승을 막기 위하여 원형의 1 mm 크기로 설계 하였다. 2차 핀홀과 1차 핀홀과의 거리는 25 mm로 하였으며 2차 핀홀를 지나자마자 가열기(히터)를 설치하여, 입사된 용매를 80 mm의 구간 동안 휘발시키도록 설계하였다. 이때 충분한 휘발을 돕기 위하여, 스프레이 입자가 진행 할수록 가열 구간의 직경이 넓어지게 설계하여 최종 직경이 23 mm가 되도록 설계하였다. 히터 가열 휘발 구간을 지나 55 mm 지점에 3차 차등배기 챔버로 이어지는 직경 1 mm 원형의 3차 핀홀이 위치하도록 설계 하였으며, 3차 핀홀은 곧바로 3차 차등배기 챔버로 이어지지 않고 중간에 2차와 3차 차등배기 챔버를 차단할 수 있는 게이트 밸브(gate valve)를 두었다. 이는 증착 전후 빠른 고진공 회복이 가능하도록 하기 위함이다. 3차 차등배기 챔버로 들어온 스프레이 이온들은 직경 5 mm의 최종 핀홀을 통과하여 기판위에 증착된다. 기판은 고진공을 유지할 수 있는 별도의 챔버를 3차 차등배기 챔버에 직접 연결하여 구성하여, 고진공을 유지하면서 증착이 되도록 하였다. 여기에 제시한 핀홀들의 크기는 일반적으로 바람직한 크기이며, 사용하는 용매의 점도 및 증기압 등에 따라 적절한 크기를 선택해야 고진공 증착이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 용이한 핀홀 교체를 위하여 각 핀홀을 차등 배기 챔버와 일체형으로 설계하지 않고, 모듈 타입의 교체형으로 설계 하여, 수시로 핀홀 교체가 가능하도록 하였다.

박막 Nos.	용매 혼합 비율 (톨루엔 : 아세톤)	인가 전압 (kV)	가열기 온도
1	4 : 6	3.5	상온
2	4 : 6	2.9	상온
3	8 : 2	3.5	상온
4	8 : 2	3.5	205℃

첫째로, 노즐과 진공 챔버 사이에 걸리는 전압을 변화시키면, 노즐과 진공 챔버 사이의 전기장 변화에 의해 스프레이 특성이 변화하게 된다. <박막 1>에서는 용질 이온들이 용매와 분리되어 부분적으로 기판위에 증착된 형태로, 3.5 kV의 전압 인가를 통해 노즐로부터 용액이 분사되어 형성된 박막이고, <박막 2>는 스프레이 된 빔 형태의 용액이 기판위에 넓게 퍼져 박막을 형성한 형태로, 2.9 kV의 전압을 인가하여 스프레이 분사가 이루어진 경우이다. 즉 인가된 전압의 세기에 따라 용액이 노즐을 통해 진공 챔버로 분사되는 형태의 변화를 가져오게 되고, 이 변화를 이용해 <박막 1>과 <박막 2>에서와 같이 박막 특성 제어가 가능하다.

둘째로, 용액을 만들기 위한 용매의 혼합 비율을 변화 시키게 되면, 기판 위에 증착된 박막의 형태에도 변화를 가져온다. 노즐과 진공 챔버 사이에 같은 전압을 인가한 상태에서 <박막 1>에서는 아세톤에 비해 톨루엔의 낮은 비율에 따라 용매에 용질이 모두 용해되지 못한 상태에서 기판 위에 증착된 박막의 상태를 보여주며, <박막 3>은 용질이 용매에 용해되기 충분한 비율로 용매를 구성하였기 때문에, 보다 균질하며 표면이 거칠기가 낮은 박막이 형성된 것을 살펴볼 수 있다. 또한 톨루엔과 아세톤의 점성도에 차이에 기인해서 박막의 형성 형태가 달라지게 된다.

셋째로, 가열기의 온도 변화에 따라 기판 위의 형성된 박막의 형태도 변화한다. <박막 3>과 동일한 조건에서 가열기의 온도를 달리 하여 박막을 제조하면, <박막 4>와 같이 보다 미세한 스프레이 분사된 입자들이 고른 박막을 형성함을 알 수 있다. 이는 가열기 온도 조절을 통하여 박막 특성 제어가 가능함을 보여준다.

도 4에서는 다양한 고분자 및/또는 저분자 유기물 용액을 사용하여 박막을 제작하기 위해 물질의 종류에 따라 다성분 고분자 및/또는 저분자 다층 박막제작을 위한 멀티 노즐(4-2)을 준비하고 유기물질 용액에 고전압 전원장치(4-3)를 통하여 전압을 인가하여 노즐(4-2)을 통해서 분사, 반대방향의 질소기체의 흐름(4-4)과 가열기(4-5) 및 각 차등 배기 진공 단계(4-10~13)를 거치면서 스프레이 분사된 유기물질이 기판(4-6)에 증착된다.

각 유기물질 및 용매마다 용해도의 차이 때문에, 하나의 용매에 다양한 물질을 용해시키는 것이 불가능하다. 따라서 여러 개의 주사기(4-1)안에 다양한 물질 용액의 분사를 통해, 박막 자체가 다성분을 가지는 것을 포함하여, 서로 다른 성분의 다층박막의 제작도 가능하기 때문에, 모든 구조의 박막 제작이 가능하다. 각 주사기는 서로 다른 스텝 모터와 고전압 전원장치(4-3)가 제어한다. 반면, 노즐 수의 증가는 차등 배기 진공도에 영향을 준다. 즉 노즐의 수가 많아지면 챔버의 스프레이 입사구의 수도 증가하기 때문에 진공도가 상승한다. 이를 해결하기 위해서, 단일 노즐(2-2)은 챔버와의 거리를 5~10 mm 사이에서 유지 하는 반면, 멀티 노즐 공정이 가능한 전기 스프레이의 노즐(4-2)은 추가적인 진공 차폐 장치를 마련한다. 바이톤 실링(viton sealing)(4-8)과 아크릴 하우징(4-9)을 통하여 대기 부분과의 노출을 감소시켜 진공 상승을 방지한다. 차폐 하우징은 예를 들어 부도체인 아크릴로 제작하여 챔버의 입사구와 노즐 사이의 전기장이 영향을 받지 않도록 한다. 노즐(4-2)을 통해서 분사되는 입자들은 저진공 영역에서 혼합되며 기판(4-6) 방향으로 진행한다. 또한, 진공 배기 컨덕턴스를 조절하기 위해 각 차등 배기단 사이 구멍의 크기 및 길이(4-7)를 조절하여, 최적화된 각 단계별 진공도를 유지한다.

따라서, 주사기(4-1)에 담겨져 있는 용액은 전원 장치(4-3)에서 고전압이 인가된 노즐(4-2)을 통해 스프레이 형태로 분사되며, 분사 방향에 대하여 반대 방향으로의 질소가스 흐름(4-4), 가열기(4-5), 차등 배기 시스템(4-10~13)으로 구성된 각 단계별로 다른 진공을 유지하는 챔버를 통과하여 용매를 휘발시킨 후 쿨롱 힘에 의해서 분리된 각각의 미소 입자 이온들이 기판(4-6)에 증착되어 박막을 형성하게 된다.

본 발명에 따른 시스템 및 이의 균등물은 유기 디스플레이, 트랜지스터와 태양전지 분야 이외에도 무기 박막을 형성하는 분야와 공정을 단순화시키기 위한 공정에도 응용이 가능하여 산업적으로 매우 유용하다.

2-1, 4-1 : 주사기
2-2, 4-2 : 노즐
2-3, 4-3 : 고전압 전원 장치
2-4, 4-4 : 질소 가스 흐름
2-5, 4-5 : 가열기
2-6, 4-6 : 기판
2-7~10, 4-10~13 : 차등 배기 시스템
4-8 : 바이톤 실링
4-9 : 아크릴 하우징

Claims (6)

1. 증착 대상 유기 물질을 수용 및 분사시키기 위한 하나 이상의 분사체와 하나 이상의 증착 대상 기재가 대체로 서로 마주보도록 배치되어 있는 챔버; 및
   상기 분사체로부터 분사되는 증착 대상 무기 또는 유기물질을 전기적으로 분사시키기 위한 고전압 전원장치;를 포함하며,
   상기 분사체로부터의 무기 또는 유기물질 분사 방향에 대하여 반대 방향으로 질소 기체 흐름이 형성되게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고진공 증착 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 증착 대상 물질 분사 기구로부터의 증착 대상 물질을 분사 경로 중에 가열시키기 위한 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고진공 증착 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 증착 대상 유기물질이 고분자 유기 물질 또는 저분자 유기 물질 또는 이들의 혼합 물질인 것을 특징으로 하는 고진공 증착 시스템.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 고전압 전원장치에 의해 1 내지 5kV의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 고진공 증착 시스템.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 고진공 증착 시스템이 차등적 배기 구조를 가지며, 유기물질 분사 방향으로 점증적으로 진공도가 높은 것을 특징으로 하는 고진공 증착 시스템.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 증착 대상 물질과 용매가 인가되는 전압, 가열기구로부터의 온도 제어 및 차등 배기 구조의 조합에 의해 조절 분리되는 것을 특징으로 하는 고진공 증착 시스템.

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