KR20150136740A - 박막 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파 분무 장치부; 및 박막 형성부;를 포함하고, 초음파 분무 열분해에 의해 제조된 에어로졸을 기판 상부로 공급하고, 기판 상부에 에너지 인가 장치 및 전계 장치를 포함함으로써 박막 형성부로 유입된 에어로졸을 이용하여 박막을 제조할 수 있는 박막 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치는 초음파 분무 열분해에 의해 제조된 에어로졸을 기판 상부로 공급하고, 기판 상부에 에너지 인가 장치 및 전계 장치를 포함하여 기판 및 에어로졸에 에너지를 공급함과 동시에 이동 방향을 조절함으로써 초음파 분무 열분해에 의해 제조된 에어로졸을 이용하여 효율적으로 박막을 제조할 수 있다.

Description

박막 제조 장치{Manufacturing device for thin film}
본 발명은 박막 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파 분무 장치부; 및 박막 형성부;를 포함하고, 초음파 분무 열분해에 의해 제조된 에어로졸을 기판 상부로 공급하고, 기판 상부에 에너지 인가 장치 및 전계 장치를 포함함으로써 박막 형성부로 유입된 에어로졸을 이용하여 박막을 제조할 수 있는 박막 제조 장치에 관한 것이다.
초음파 분무 열분해 장치는 금속염을 녹인 출발 용액을 초음파 발생장치를 이용하여 안개와 같은 미세한 액적(mist) 상태로 만든 후, 고온의 반응로에서 열분해 및 반응을 시켜 금속 또는 산화물 분말을 만드는 장비로, 미세하고 입도 분포가 좁은 구형의 단분산 미분체 제조에 적합한 장치이다.
도 1에 종래 분말 제조를 위해 일반적으로 사용되는 초음파 분무 열분해 장치를 나타내었다. 도 1 에서 보는 바와 같이 종래 초음파 분무 열분해 장치는 액적을 대량으로 발생시키고 효과적으로 분배하는 부분(1, 4), 액적을 건조 및 열분해시키는 부분(2, 5) 및 생성된 입자를 모으는 부분(3, 6)으로 크게 세 부분으로 구분 구성된다.
도 1에 도시된 장치에 있어서, 액적발생기(1)를 이용하여 생성된 대량의 액적들은 분무용기(4)에서 운반기체에 의해 전기로(2) 내에 위치한 복수개의 반응관(5)으로 공급되어 건조·열분해되고 하소되어 미립자를 형성하고, 이들 미립자들은 상기 반응관(5)의 끝에 연결된 후드(6)에서 집결된 후 포집기(3)에 의해 회수되며, 상기 포집기(3)에는 운반기체를 원활하게 배출시키기 위한 진공펌프(16)가 연결될 수 있다.
그러나, 종래 이러한 초음파 분무열분해 공정을 이용한 미립자 제조시, 입자 생성량은 액적 발생량에 비례하지만, 분무되는 액적의 이동 방향이 일정하지 않아 제조되는 박막의 양에 비해 금속염 용액이 더 많이 소모되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 초음파 분무 열분해에 의해 제조된 에어로졸의 이동 방향을 조절하여 효율적으로 박막 제조에 사용할 수 있는 새로운 박막 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여
초음파 분무 장치부; 및 박막 형성부;를 포함하고,
상기 초음파 분무 장치부는
반응용액으로부터 액적을 발생시키기 위한 액적발생기;
액적 분무용기; 및
상기 액적 분무 용기로부터 발생되는 에어로졸이 이동되는 이동관; 을 포함하고,
상기 박막 형성부는
기판:
상기 기판 하부에 위치하는 열인가부;
상기 기판 상부에 위치하고 기판에 소정의 에너지를 인가하기 위한 에너지인가부;및
상기 기판 상부에 전계 발생을 위한 전계 발생 장치;를 포함하며,
상기 이동관은 상기 초음파 분무 장치부로부터 상기 박막 형성부의 기판 상부까지 연장 형성되어 상기 초음파 분무 장치부에서 제조되는 에어로졸이 상기 기판까지 공급되는 박막 제조 장치를 제공한다.
도 2에 본 발명에 의한 박막 제조 장치의 단면도를 도시하였다.
도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 박막 제조 장치는 초음파 분무 장치부(100); 및 박막 형성부(200);를 포함하고, 상기 초음파 분무 장치부; 및 상기 박막 형성부는 별도로 독립된 공간에 위치하며, 상기 초음파 분무 장치부에 형성되는 에어로졸의 이동관이 상기 박막 형성부의 기판 상부까지 연장 형성되어 상기 초음파 분무 장치부에서 제조되는 에어로졸이 상기 기판까지 공급되는 것을 특징으로 한다.
도 3에 본 발명에 의한 박막 제조 장치의 초음파 분무 장치부(100)의 단면도를 나타내었다.
도 3 에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 박막 제조 장치의 초음파 분무 장치는 반응용액을 연속적으로 공급하기 위한 용액 주입구(120), 발생된 액적을 연속적으로 이동시키기 위한 기류 발생 장치 또는 운반 기체를 주입하는 운반기체 주입구(140)를 구비하는 액적 분무 용기;와 복수개의 초음파 진동자(170)를 포함하는 액적 발생기(110) 및 상기 액적 분무 용기로부터 발생되는 에어로졸이 이동되는 이동관(180); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치의 초음파 분무 장치에 있어서, 상기 액적발생기와 액적 분무용기의 연결부에 상기 초음파 진동자와 반응용액을 분리시키기 위한 고분자 막(160)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 4에 본 발명에 의한 박막 제조 장치의 박막 형성부의 단면도를 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 박막 제조 장치의 박막형성부는 초음파 분무 장치로부터 연장되는 이동관(180)으로부터 유입되는 에어로졸을 이용하여 박막을 형성하기 위해 전계발생장치(240) 및 에너지인가부(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치에 있어서, 상기 박막형성부의 전계발생장치(240)는 박막형성부의 상부에 형성되는 전극(242), 박막 형성을 위한 기판(241), 및 상기 전극 및 기판을 연결하는 전원(243)을 포함한다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치는 이와 같은 전계발생장치에 의해 에어로졸이 유입되는 유입구로부터 기판 사이에 전계가 형성되기 때문에 유입된 에어로졸이 기판으로 방향성을 갖기 때문에 용액의 낭비를 줄일 수 있다. 또한, 박막 형성부로 유입된 에어로졸이 대전되어 에어로졸 상호간 반발성을 나타내면서 에어로졸의 뭉침 현상을 막아주기 때문에 균일한 박막을 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의한 박막 제조 장치의 박막 형성부는 도 2 및 도 4 에서 보는 바와 같이 에너지인가부(230)를 포함한다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치의 박막 형성부는 상기 에너지인가부(230)에 의해 박막 형성 과정 중에 기판에 계속하여 에너지를 인가하여 기판의 표면 장력을 감소시켜 균일한 박막의 증착이 가능하게 된다. 또한, 상기 에너지인가부(230)에 의해 인가된 열 에너지에 의하여 에어로졸 자체에도 에너지가 공급되기 때문에 낮은 온도에서도 박막이 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치에 있어서, 상기 에너지인가부(230)는 기판에 대한 에너지 인가 효과를 높이고, 초음파 분부 장치부에서 유입되는 에어로졸에 의해 에너지 인가부에 포함되는 에너지원의 표면이 오염되는 것을 막기 위해, 열원(232)이 후면 반사부(231) 및 전면 차폐부(233)로 구성되는 하우징 내에 수용되는 것을 특징으로 한다. 또한, 에어로졸이 효과적으로 유입되면서도 에너지 인가 효율을 높이기 위해 상기 에너지인가부는 수평면에 대해서 경사진 형태로 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치의 박막 형성부에 있어서, 상기 에너지 인가부에 포함되는 에너지원은 특별히 제한되지 않으며, 자외선 램프, 또는 적외선 램프인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치에 있어서, 상기 박막 형성부는 상기 초음파 분무 장치부에서 발생된 액적이 원활하게 배출되도록 진공펌프(250)가 연결될 수 있다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치에 있어서, 상기 박막이 ZnO, Mn3O4, TiO2, SiO2, CuO, PbO, SnO2, MoO3, MoO2, WO3, CdO, 및 NiO 중에서 선택된 단성분 산화물; Ag, Ni, Cu, Pd 및 Au 중에서 선택된 금속 박막; YBa2Cu3O7 , BaTiO3, SrTiO3 , BST 및 PZT 중에서 선택된 다성분 박막; ZnO:In, ZnO:Sn, Y2O3:Eu, Gd2O3 :Eu, (YGd)BO3:Eu, Zn2SiO4 :Mn, BaMgAl10O17:Mn, Sr5(PO4)3Cl:Eu, (Ba,Sr)SiO4:Eu, Y2SiO 5 :Tb, YAG:Ce, SrTiO3 :Pr,Al 및 BaAl12O19 :Mn 중에서 선택된 산화물계 박막; 또는 MoS2, ZnS 및 CdS 중에서 선택된 황화물계 박막임을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 박막 제조 장치는 초음파 분무 열분해에 의해 제조된 에어로졸을 기판 상부로 공급하고, 기판 상부에 에너지 인가 장치 및 전계 장치를 포함하여 기판 및 에어로졸에 에너지를 공급함과 동시에 이동 방향을 조절함으로써 초음파 분무 열분해에 의해 제조된 에어로졸을 이용하여 효율적으로 박막을 제조할 수 있다.
도 1 은 종래 초음파 분무 열분해 장치를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 의한 박막 제조 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 박막 제조 장치에 있어서, 초음파 분무 장치의 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 박막 제조 장치에 있어서, 박막 형성부의 단면도를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 초음파 분무 장치부; 및 박막 형성부;를 포함하고,
    상기 초음파 분무 장치부는
    반응용액으로부터 액적을 발생시키기 위한 액적발생기;
    액적 분무용기;
    상기 액적 분무 용기로부터 발생되는 에어로졸이 이동되는 이동관; 을 포함하고,
    상기 박막 형성부는
    기판:
    상기 기판 하부에 위치하는 열인가부;
    상기 기판 상부에 위치하고 기판에 소정의 에너지를 인가하기 위한 에너지인가부;및
    상기 기판 상부에 전계 발생을 위한 전계 발생 장치; 포함하는 것인 박막 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 분무 장치부; 및 상기 박막 형성부는 별도로 독립된 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적발생기가 복수개의 초음파 진동자를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적 분무 용기는 반응용액을 연속적으로 공급하기 위한 용액 주입구, 발생된 액적을 연속적으로 이동시키기 위한 운반 기체를 주입하는 운반기체 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적발생기와 상기 액적 분무용기의 연결부에 상기 초음파 진동자와 반응 용액을 분리시키기 위한 고분자 막이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적 분무 용기와 연결되는 이동관은 상기 기판 상부까지 연장 형성되어 상기 초음파 분무 장치부에서 제조되는 에어로졸이 상기 기판에 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 인가부는 후면 반사부; 및 전면 투명 차폐부;로 구성되는 하우징 및 상기 하우징 내부에 수용되는 에너지원을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 발생 장치는 박막 형성부 상부에 위치하는 전극, 상기 전극과 기판을 연결하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 형성부는 상기 초음파 분무 장치부에서 발생된 액적이 원활하게 공급되도록 진공펌프가 연결되는 것을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막이 ZnO, Mn3O4, TiO2, SiO2, CuO, PbO, SnO2, MoO3, MoO2, WO3, CdO, 및 NiO 중에서 선택된 단성분 산화물; Ag, Ni, Cu, Pd 및 Au 중에서 선택된 금속 박막; YBa2Cu3O7 , BaTiO3, SrTiO3 , BST 및 PZT 중에서 선택된 다성분 박막; ZnO:In, ZnO:Sn, Y2O3:Eu, Gd2O3:Eu, (YGd)BO3:Eu, Zn2SiO4 :Mn, BaMgAl10O17:Mn, Sr5(PO4)3Cl:Eu, (Ba,Sr)SiO4:Eu, Y2SiO5:Tb, YAG:Ce, SrTiO3:Pr,Al 및 BaAl12O19 :Mn 중에서 선택된 산화물계 박막; 또는 MoS2 , ZnS 및 CdS 중에서 선택된 황화물계 박막임을 특징으로 하는 박막 제조 장치.
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