TW202415782A - 基板內部之阻障物沉積 - Google Patents
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Abstract
本揭露係揭露一種用於在包括缺陷的基板內部形成阻障物沉積的方法。該方法包括將該基板引入反應空間，其中：該基板係含有水及/或暴露於水，且同時該基板係暴露於第一化學品，其中，該第一化學品係配置成與該水反應；以及該基板係經受擴散處理，以允許該水和該第一化學品擴散到該基板的該缺陷中，以便在該基板內部相互反應而於該基板內部形成阻障物沉積堵塞該基板中的該缺陷。此外，本揭露係揭露一種內部包括阻障物沉積的基板以及該方法的用途。
Description
本揭露係關於一種用於在包括缺陷的基板內部形成阻障物沉積的方法。此外，本揭露係關於一種於內部包括阻障物沉積的基板。本揭露復關於該方法的用途。
通常保護不同種類的基板免受周圍環境的影響係藉由在基板上沉積阻障物塗層(barrier coating)來實現的。這樣的塗覆技術可以包括原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)及物理氣相沉積(PVD)。然而，這種阻障物塗層可能包含諸如針孔之類的缺陷，例如通過該些缺陷，來自周圍環境的濕氣可能滲入並穿過阻障物塗層而到達基板，從而影響例如該基板的壽命。解決上述問題的一種方法是生產數層阻障物材料，一層一層地覆蓋另一層。然而，仍需找到一種方法來保護用於不同應用的基板。
本揭露係揭露一種用於在包括缺陷的基板內部形成阻障物沉積的方法。該方法包括將基板引入反應空間，其中，該基板係含有水及/或暴露於水，且同時該基板係暴露於第一化學品，其中，該第一化學品係配置成與該水反應；
以及該基板係經受擴散處理，以允許該水和該第一化學品擴散到該基板的該缺陷中，以便在該基板內部相互反應而於該基板內部形成阻障物沉積堵塞該基板中的該缺陷。
本揭露復揭露一種基板，其在內部包含堵塞該基板中存在的缺陷的阻障物沉積，其中，該阻障物沉積能通過本說明書中揭露的方法獲得。
本揭露復揭露一種基板，其在內部包含堵塞該基板中存在的缺陷的阻障物沉積，其中，該阻障物沉積包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽或金屬氫氧化物，或由該金屬氧化物、該金屬碳酸鹽或該金屬氫氧化物組成。
本揭露復揭露一種於本說明書中定義的用於降低該基板之電導率的方法的用途。
本揭露復揭露一種於本說明書中定義的用於最小化從該基板的周圍環境擴散到該基板中及/或穿過該基板的分子擴散的方法的用途。
1:基板
1a:第一外表面
1b:第二外表面
2:反應空間
3:阻障物沉積
所附圖式被包括以提供對方法和基板的進一步理解並且構成本說明書的一部分，示出實施例並配合描述一起幫助解釋上述之原理。在該些圖式中：
圖1示出根據一個實施例的一種用於在基板內部形成阻障物沉積的方法；
圖2示出根據另一個實施例的一種用於在基板內部形成阻障物沉積的方法；以及
圖3示出根據另一個實施例的一種用於在基板內部形成阻障物沉積的方法。
本揭露係揭露一種用於在包括缺陷的基板內部形成阻障物沉積的方法。該方法包括將基板引入反應空間，其中，該基板係含有水及/或暴露於水，且同時該基板係暴露於第一化學品，其中，該第一化學品係配置成與該水反應；以及該基板係經受擴散處理，以允許該水和該第一化學品擴散到該基板的該缺陷中，以便在該基板內部相互反應而於該基板內部形成阻障物沉積堵塞該基板中的該缺陷。
本揭露復揭露一種基板，其在內部包含堵塞該基板中存在的缺陷的阻障物沉積，其中，該阻障物沉積能通過本說明書中揭露的方法獲得。
本揭露復揭露一種基板，其在內部包含堵塞該基板中存在的缺陷的阻障物沉積，其中，該阻障物沉積包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽或金屬氫氧化物，或由該金屬氧化物、該金屬碳酸鹽或該金屬氫氧化物組成。
本揭露復揭露一種於本說明書中定義的用於降低該基板之電導率的方法的用途。
本揭露復揭露一種於本說明書中定義的用於最小化從該基板的周圍環境擴散到該基板中及/或穿過該基板的分子擴散的方法的用途。
除非另有說明，本說明書中「缺陷」的表述應當理解為指的是存在於基板中的裂紋、裂縫及/或針孔。例如，由於其生產過程，基板可能在基板內部包含不同尺寸和形狀的缺陷。在一個實施例中，至少一些缺陷被基板的材料包圍。這些缺陷不會開通向基板的(頂)表面，而是位於基板內部。在一個實施例中，基板中的至少一些缺陷開通向基板的表面。在一種實施方式中，阻障物沉
積至少部分地填充基板的缺陷，使得阻障物沉積可以符合缺陷的表面的形狀。在一種實施方式中，阻障物沉積填充及/或基本上堵塞基板的所有缺陷。
不同的基板(例如薄膜或塗層)係用於例如工業中的許多應用。典型的缺點是此類基板，例如，其上具有塗層的薄膜的基板，可能包括針孔或其他缺陷，該些缺陷將其性能限制在低於完整基板的固有性能的水平。發明人意外地發現一種堵塞此類存在於基板中的缺陷的方法，以改善基板的性能。發明人意外地發現，當在基板內部的缺陷中形成阻障物沉積時，阻障物沉積亦受到基板本身的機械保護。這可以有利地減少其磨損並因此延長基板的壽命。
待處理的基板可以以不同的方式並且由不同的材料形成。在一種實施方式中，基板由聚合物、紙、陶瓷、多孔金屬、多孔玻璃及/或木材形成。在一種實施方式中，基板包含聚合物、紙、陶瓷、多孔金屬、多孔玻璃及/或木材或該基板由聚合物、紙、陶瓷、多孔金屬、多孔玻璃及/或木材所組成。
在一個實施例中，基板係由在由聚合物、紙或木材形成的幅材(web)上的阻障物塗層所形成。即，基板可包括形成在膜上的單獨阻障物塗層或由形成在膜上的單獨阻障物塗層組成。
在一個實施方式中，基板係多孔的。
通常，沉積在基板上的阻障物塗層可能包含缺陷，例如針孔，通過該些缺陷，例如來自周圍環境的濕氣能滲入並穿過阻障物塗層到達基板。例如，基板可以是用於例如食品加工業中的塑料膜。這種塑料膜很容易通過其缺陷吸收環境中的濕氣，從而對由塑料膜保護的產品產生負面影響。本說明書中揭露的方法具有堵塞此類缺陷的額外效用。藉由本說明書中揭露的方法，可利用更多的塗層材料來沉積這樣的缺陷，從而形成阻障物沉積。
基板可含有水。基板可含有的水係來自例如其生產過程或基板係由從周圍或環境中吸收水分的材料製成。水可以作為濕氣存在於基板中。
該方法中使用的第一種化學品係能夠與水反應從而在基板的缺陷內部形成阻障物沉積的化學品。在一個實施例中，第一化學品係選自由金屬鹵化物、金屬有機物或有機金屬組成的群組。還有例如在通過氣相反應形成固體材料的原子層沉積(ALD)或化學氣相沉積(CVD)中使用作為前體的其他化學品可以用作第一化學品。TiCl4、SiCl4及SnCl4可以作為金屬鹵化物的例子。Ti(OEt)4、Ti(OiPr)4和Cu(hfac)2可以作為金屬有機物的例子。AlMe3、Ti(N(Me2))4及MgCp2可作為有機金屬的例子。然而，根據要形成的阻障物沉積的材料，也可以在本技術領域中具有通常知識者的知識範圍內選擇其他化學品。
阻障物沉積可包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽或金屬氫氧化物或由金屬氧化物、金屬碳酸鹽或金屬氫氧化物組成。僅作為此類阻障物沉積的實例，可分別提及TiO2、MgCO3及Al(OH)3。
在一個實施例中，基板係含有水或暴露於水。在一個實施例中，基板係含有水且暴露於水。在一個實施例中，基板係含有水。在一個實施例中，基板係暴露於水。
在一個實施例中，基板係含有水且同時基板係暴露於第一化學品。在一個實施例中，將基板暴露於水，同時將基板暴露於第一化學品。在一個實施例中，基板係含有水且暴露於水，同時基板係暴露於第一化學品。
在該方法中，基板係同時受到水和第一化學品的影響，或者暴露於其中，使得水和第一化學品擴散到基板的缺陷中，並因此在其中，例如，通過
水和第一化學品之間發生的反應，形成阻障物沉積。當允許水和第一化學品同時存在於反應空間中時，它們之間的反應係有效地發生。
擴散處理可以與將基板暴露於第一化學品及(可選的)水同時進行。或者，可以首先將基板暴露於第一化學品及(可選的)水，之後再進行擴散處理。
術語「擴散處理」應理解為允許水和第一化學品擴散到基板的缺陷中，使得它們可以在基板內部相互反應。
在一個實施例中，擴散處理係在0-1000℃、或20-600℃、或40-400℃、或60-300℃、或80-200℃、或100-150℃的溫度下進行。擴散處理中使用的溫度可以取決於待處理的基板的材料以及第一化學品。在一個實施例中，基板包括塑料或由塑料組成，並且擴散處理係在0-300℃、或20-200℃、或40-100℃的溫度下進行。在一個實施例中，基板包括陶瓷或多孔金屬或由陶瓷或多孔金屬組成，並且擴散處理係在0-1000℃、或100-600℃、或200-400℃的溫度下進行。所使用的溫度可以具有促進水和第一化學品之間發生反應的效果。反應可以是例如藉由所使用的溫度而加速。
在一實施例中，擴散處理係藉由在基板的不同側面之間配置壓力差來進行。
在一實施例中，基板包括第一外表面及與第一外表面相對的第二外表面，且擴散處理係藉由在反應空間內於基板之第一外表面之側配置不同於基板之第二外表面之側的壓力來進行。
在一實施例中，基板包括第一外表面及與第一外表面相對的第二外表面，且擴散處理係藉由在反應空間內於基板之第一外表面之側配置不同於
基板之第二外表面之側的壓力來進行，其中，該壓力差導致水和第一化學品擴散到基板的缺陷中。
基板的第一外表面之側上的壓力可以高於基板的第二外表面之側上的壓力，或者反之亦然。該壓力差具有額外的效用，導致第一化學品(和視需要的水)擴散到基板的缺陷中，以便相互反應。
在一個實施例中，所述壓力差係為1-1000000帕(Pa)、或10-10000帕、或100-1000帕。在一個實施例中，所述基板的第一表面和第二表面的其中一者之側的壓力為1-1000000帕、或100-200000帕、或1000-110000帕，第一表面和第二表面中的另一者之側的壓力為1-110000帕、或100-101325帕、或1000-101325帕。在一個實施例中，所述基板的第一表面和第二表面的其中一者之側的壓力為1-1000000帕、或100-200000帕、或1000-110000帕，而第一表面和第二表面中的另一者之側的壓力為1-110000帕、或100-101325帕、或1000-101325帕，其中選擇壓力使得壓力差為1-1000000帕、或10-10000帕、或100-1000帕。可以藉由調節所使用的壓力或壓力差來加速反應的發生。
在一個實施例中，擴散處理係持續0.01-1000分鐘、或0.1-100分鐘、或1-10分鐘。允許擴散處理持續多長時間的時間段可以取決於基板中存在的缺陷的數量及/或尺寸，以及例如取決於要形成多少阻障物沉積。在一個實施例中，形成的阻障物沉積的厚度為1-10000nm、或5-500nm、或20-100nm。所形成的阻障物沉積的厚度可以使用掃描電子顯微鏡從具有阻障物沉積的基板的橫截面測量。擴散處理亦可以重複一次或多次。
在一個實施例中，基板包括第一外表面和與第一外表面相對的第二外表面。
在一個實施例中，基板包括第一外表面和與第一外表面相對的第二外表面，且其中基板的第一表面和第二表面中的其中一者係暴露於水和第一化學品其中之一，且第一表面和第二表面中的另一者係暴露於水和第一化學品中之另一個。
在一個實施例中，基板含有水且僅單獨暴露於第一化學品。在一個實施例中，基板含有水且僅從第一外表面之側及/或第二外表面之側單獨暴露於第一化學品。由於其生產過程及/或由於在例如儲存期間從周圍環境吸收濕氣，基板可能含有水(例如濕氣)。
在一個實施例中，該方法包括在基板內部形成阻障物沉積，以最小化從基板的周圍環境擴散到基板中及/或穿過基板的分子擴散。
在一個實施例中，該方法包括在基板內部形成阻障物沉積以降低基板的電導率。
本說明書中揭露的方法具有堵塞基板內部存在的缺陷的額外效用，由此例如可以延長基板的壽命並且可以提高基板的性能。
堵塞基板內部存在的缺陷具有所形成的阻障物沉積受到基板機械保護的額外效用。
示例
現在將詳細參考所描述的實施例，其示例在附圖中示出。
下面的描述詳細地揭露一些實施例，使得本技術領域中具有通常知識者能夠實現基於本揭露之方法。由於對於本技術領域中具有通常知識者來說基於本說明書的許多步驟係顯而易見的，故並未詳細討論實施例的所有步驟。
為了簡單起見，在以下示例性實施例中，重複的組件將維持相同的元件符號。
圖1示出根據本說明書中描述的一個實施例如何在基板內部形成阻障物沉積。在此實施例中，基板1係由聚合物形成的幅材上的阻障物塗層形成。基板包括第一外表面1a和第二外表面1b。將基板1插入反應空間2中，其中基板1係從第一外表面1a之側暴露於第一化學品，且同時從第二外表面1b之側暴露於水。使基板經受擴散處理以將第一化學品和水擴散到基板中，結果於基板中存在的缺陷中形成阻障物沉積。
圖2示出根據本說明書中描述的另一個實施例如何在基板內部形成阻障物沉積。在此實施例中，基板是乾聚合物膜。基板包括第一外表面1a和第二外表面1b。將基板1插入反應空間2中，其中基板1係從第一外表面1a之側暴露於第一化學品，且同時從第二外表面1b之側暴露於水。使基板經受擴散處理以將第一化學品和水擴散到基板中，結果於基板中存在的缺陷中形成阻障物沉積3。
圖3示出根據本說明書中描述的又一個實施例如何在基板內部形成阻障物沉積。在此實施例中，基板是由於從周圍環境吸收濕氣而含有濕氣的聚合物膜。基板包括第一外表面1a和第二外表面1b。將基板1插入反應空間2中，其中基板1係從第一外表面1a之側暴露於第一化學品。藉由在第一外表面之側配置較高的壓力並在第二外表面之側配置較低的壓力來進行擴散處理。由於第一外表面和第二外表面之間的壓力差，第一化學品擴散到基板中。當第一化學品擴散到基板中時，其與基板所含的濕氣接觸並因此與濕氣反應，由此形成阻障物沉積3。
在圖1至圖3中，阻障物沉積以層的形式呈現。然而，阻障物沉積可以僅形成在基板的缺陷中，由此不形成連續層而是在缺陷中形成單獨的沉積物。
示例1-在基板內部形成阻障物沉積
在此示例中，在基板內形成阻障物沉積。使用模製聚合物外殼(聚丙烯，50x50x10mm)作為基板，該外殼內具有電子裝置。聚合物外殼係含有從周圍大氣中吸收的一些濕氣(H2O)。將聚合物外殼放置在反應空間中，在該反應空間中，基板從第一外表面之側暴露於具有飽和濃度的Al(Me)3的氮氣環境中，在溫度為70℃下，持續60分鐘。在暴露於Al(Me)3期間，Al(Me)3係擴散到聚合物外殼中並在聚合物外殼的表面處與聚合物外殼中存在的H2O相遇並發生反應。這導致聚合物部件表面形成Al2O3層。部分的Al(Me)3係擴散到聚合物外殼的「壁」中，並與聚合物外殼內的濕氣發生反應，導致在聚合物外殼內形成Al2O3阻障物沉積。
隨著擴散處理的繼續，形成的阻障物沉積變得越來越緻密。Al(Me)3通過聚合物外殼之擴散係主要經由阻障物沉積中的剩餘缺陷發生。這導致缺陷周圍發生更多反應，造成缺陷被Al2O3阻擋。
因此，聚合物外殼具有從外殼的外表面延伸到聚合物外殼的相對表面的Al2O3阻障物沉積。
示例2-在基板內部形成阻障物沉積
在此示例中，在基板內部形成阻障物沉積。使用預先乾燥的1200mm寬的聚合物膜(聚乙烯，厚度50μm)作為基板。將聚合物膜連續移動通過反應空間，其中聚合物膜的第一外表面之側暴露於70℃下用TiCl4飽和的氮氣環
境，並且第二外表面之側同時暴露於包含以下物質的空氣環境：水蒸氣(70℃時90% RH)。反應空間長一米(1m)並且聚合物膜以1m/min的線速度從一端移動到另一端而通過反應空間。在膜的一部分穿過反應空間的1分鐘內，TiCl4和H2O從聚合物膜的相對方向或相對側擴散到薄膜中，並在聚合物膜內部相遇並相互反應。這導致在聚合物膜內部形成TiO2阻障物沉積。
隨著擴散處理的繼續，形成的阻障物沉積變得越來越緻密。TiCl4和H2O通過聚合物膜之擴散係主要經由阻障物沉積中的剩餘缺陷發生。這導致缺陷周圍發生更多反應，造成缺陷被TiO2阻擋。
因此，形成在內部具有TiO2阻障物沉積的聚合物膜。
示例3-在基板內部形成阻障物沉積
在此示例中，在基板內部形成阻障物沉積。使用100x100mm聚合物膜(PET，厚度100μm)作為基板，其吸收周圍大氣中的濕氣。將聚合物膜放置在反應空間中，其中聚合物膜的第一外表面之側連接至真空泵，並且聚合物膜的該側的絕對壓力保持在3000+/-100帕的壓力。將聚合物膜的第二外表面之側連接到另一個真空泵並保持在1000+/-100帕的壓力。具有聚合物膜的反應空間保持在100℃的溫度。使100sccm的Al(Me)3蒸氣之穩定流在聚合物膜的第一外表面之側上持續10分鐘。在暴露於該Al(Me)3期間，Al(Me)3係擴散到聚合物膜中並與聚合物膜內的濕氣反應。這導致在聚合物膜內形成Al2O3阻障物沉積。
隨著擴散處理的繼續，形成的阻障物沉積變得越來越緻密。Al(Me)3通過聚合物膜之擴散係主要經由阻障物沉積中的剩餘缺陷發生。這導致缺陷周圍發生更多反應，造成缺陷被Al2O3阻擋。
因此，形成在聚合物膜內部具有Al2O3阻障物沉積的聚合物膜。
對於本技術領域中具有通常知識者來說顯而易見的是，隨著技術的進步，基本思想可以通過多種方式實現。因此，實施例不限於上述示例；反之，它們可以在申請專利範圍內變化。
上文描述的實施例可以彼此任意組合使用。多個實施例可以組合在一起以形成進一步的實施例。本文公開的方法、基板或用途可以包括上文描述的實施例中的至少一個。應當理解，上述益處和優點係可關於一個實施例或多個實施例。實施例不限於解決任何或所有所述問題的實施例或那些具有任何或所有所述益處和優點的實施例。還應當理解，對“一個”項目的引用是指那些項目中的一個或多個。本說明書中使用的術語“包括”意指包括隨後的特徵或動作，而不排除一個或多個附加特徵或動作的存在。
1:基板
1a:第一外表面
1b:第二外表面
2:反應空間
3:阻障物沉積
Claims (16)
- 一種用於在包括缺陷的基板內部形成阻障物沉積的方法，其中，該方法包括將該基板引入反應空間，其中：該基板係含有水及/或暴露於水，且同時該基板係暴露於第一化學品，其中，該第一化學品係配置成與該水反應；以及該基板係經受擴散處理，以允許該水和該第一化學品擴散到該基板的該缺陷中，以便在該基板內部相互反應而於該基板內部形成阻障物沉積堵塞該基板中的該缺陷。
- 如請求項1所述之方法，其中，該第一化學品係選自由金屬鹵化物、金屬有機物或有機金屬所組成的群組。
- 如請求項1所述之方法，其中，該擴散處理係在0-1000℃、或20-600℃、或40-400℃、或60-300℃、或80-200℃、或100-150℃的溫度下進行。
- 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中，該基板包括第一外表面及與該第一外表面相對的第二外表面，且該擴散處理係藉由在該反應空間內於該基板之該第一外表面之側配置不同於該基板之該第二外表面之側的壓力來進行，其壓力差導致該水和該第一化學品擴散到該基板的該缺陷中。
- 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中，該擴散處理係持續0.01-1000分鐘、或0.1-100分鐘、或1-10分鐘。
- 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中，該基板係由聚合物、紙、陶瓷、多孔金屬、多孔玻璃及/或木材形成。
- 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中，該基板係由在由聚合物、紙及/或木材形成的幅材上的阻障物塗層所形成。
- 如請求項1至7中任一項所述之方法，其中，該基板係多孔的。
- 如請求項1至8中任一項所述之方法，其中，已形成的該阻障物沉積的厚度為1-10000nm、或5-500nm、或20-100nm。
- 如請求項1至9中任一項所述之方法，其中，該基板包括第一外表面和與該第一外表面相對的第二外表面，且其中，該基板的該第一表面與該第二表面中的其中一者係暴露於水與該第一化學品其中之一，且該第一表面與該第二表面中的另一者係暴露於水與該第一化學品中之另一者。
- 如請求項1至10中任一項所述之方法，其中，該方法包括在該基板內部形成該阻障物沉積，以最小化從該基板的周圍環境擴散到該基板中及/或穿過該基板的分子擴散。
- 如請求項1至11中任一項所述之方法，其中，該方法包括在該基板內部形成該阻障物沉積以降低該基板的電導率。
- 一種基板，其包括在該基板內部堵塞該基板中存在的缺陷的阻障物沉積，其中，該阻障物沉積係藉由如請求項1至12中任一項所述的方法獲得。
- 一種基板，其包括在該基板內部堵塞該基板中存在的缺陷的阻障物沉積，其中，該阻障物沉積包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽或金屬氫氧化物，或由該金屬氧化物、該金屬碳酸鹽或該金屬氫氧化物組成。
- 一種如請求項1至12中任一項所定義之方法的用途，其用於降低該基板的電導率。
- 一種如請求項1至12中任一項所定義之方法的用途，其用於最小化從該基板的周圍環境擴散到該基板中及/或穿過該基板的分子擴散。
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