TWI400739B - 陰極放電裝置 - Google Patents

Description

陰極放電裝置

本案係指一種陰極放電裝置，特別是一種可大尺寸化的中空陰極放電裝置。

在石化燃料日漸短缺的情勢下，尋求各類替代能源已刻不容緩。替代能源方案又以太陽能最為經濟與環保，因此各國政府如美國及德國已將太陽能的開發列為國家能源發展計畫。然而受限於太陽電池的效率，太陽能的利用率有限，為了提升利用率，有兩種做法：其一提升太陽能電池的效率，其二是降低太陽能電池的製造成本，然而因為受限於半導體的固態特性，提升太陽能電池的效率不易達成，但是增加太陽能電池的覆蓋面積卻是可行的。

製作太陽能電池薄膜的方法主要為電漿輔助化學氣相沉積技術，由於都會大樓的玻璃建材已趨大面積化，為提高產能，應用於大面積玻璃基板的太陽能電池薄膜製程也有大面積化與連續式生產的趨勢，此趨勢剛好符合TFT－LCD面積的不斷演進。近年來，光電技術突飛猛進，包括太陽能電池、液晶薄膜電晶體顯示器等，皆須要能做大面積連續製程的電漿源裝置，然而目前應用在TFT－LCD電漿製程的電漿源裝置在擴大電漿面積的情況下，面臨電漿均勻度的問題。

針對上述問題，本案發明團隊經深入研究分析，終於開發出可應用於太陽能電池等光電裝置的大面積薄膜製程的中空陰極放 電之電漿源裝置，藉由工作氣體流道的穩壓作用，電漿具有高均勻度與高解離度的特性，並可提高成膜速率，可根本解決上述問題，大幅提昇太陽能電池等光電裝置的製造技術、產品性能、產品的品質穩定性及品質可靠度，並顯著降低生產成本，造福大眾使用者。

本案之目的為提供一種陰極放電裝置，其包括一陽極、一陰極及複數個陰極腔室。該陰極位於該陽極內，該陰極內部具有複數個氣體流道及至少一流道通孔，該複數個氣體流道經由該流道通孔相通。該複數個陰極腔室位於該陰極內，每一該陰極腔室具有一腔室氣體入口與一腔室氣體出口，且每一該陰極腔室經由其腔室氣體入口與該氣體流道相通。

根據上述構想，其中該陽極與該陰極之間隔著一絕緣材料。

根據上述構想，其中該陰極放電裝置更包括一流道氣體入口，其中該陰極放電裝置吸入一工作氣體，該工作氣體經由該流道氣體入口，流入該複數個氣體流道之一，並經由該流道通孔，流入其它氣體流道，再經由該腔室氣體入口，流入該陰極腔室。

根據上述構想，其中經由該複數個陰極腔室的該腔室氣體出口所噴出的電漿的噴出方向不平行。

根據上述構想，其中該陰極包括一陰極第一部分及一陰極第二部分，該陰極第一部分位於該陰極第二部分之內，該陰極第一部分與該陰極第二部分為一體成型或分離配置。

根據上述構想，其中該陰極腔室包括一陰極腔室第一部分及 一陰極腔室第二部分，該陰極腔室第一部分位於該陰極第一部分之內，而該陰極腔室第二部分位於該陰極第二部分之內。

根據上述構想，其中該陰極腔室第一部分與該陰極腔室第二部分具有不同的大小或形狀。

根據上述構想，其中陰極放電裝置更包括一饋電元件與一電源供應器，該饋電元件與該陰極電性連接，該電源供應器電性連接至該饋電元件，提供電力至該陰極。

本案之另一目的為提供一種陰極放電裝置，其包括一陽極、複數個陰極及複數個饋電元件。該複數個陰極位於該陽極內，每一該陰極內部具有至少一氣體流道及至少一陰極腔室，該陰極腔室具有一腔室氣體入口與一腔室氣體出口，且該陰極腔室經由其腔室氣體入口與該氣體流道相通。該複數個饋電元件與該複數個陰極電性連接。

根據上述構想，其中該陰極放電裝置包括一電源供應器，其電性連接至該複數個饋電元件的至少其中之一。

根據上述構想，其中該陰極放電裝置更包括至少一流道氣體入口，其中該陰極放電裝置吸入一工作氣體，該工作氣體經由該流道氣體入口，流入該氣體流道，再經由該腔室氣體入口，流入該陰極腔室。

根據上述構想，其中該工作氣體於該陰極腔室中，產生電漿，該電漿經由該陰極腔室的該腔室氣體出口噴出。

本案之又一目的為提供一種陰極放電裝置，其包括複數個陰極放電組件及一電極連接元件。其中每一該陰極放電組件包括一 陽極、一陰極、複數個陰極腔室及複數個饋電元件。該陰極位於該陽極內，該陽極與該陰極之間隔著一絕緣材料，該陰極內部具有至少一氣體流道。該複數個陰極腔室位於該陰極內，每一該陰極腔室具有一腔室氣體入口與一腔室氣體出口，每一該陰極腔室經由其腔室氣體入口與該氣體流道相通。該複數個饋電元件與該陰極電性連接。該電極連接元件電性連接至每一該陰極放電組件的該複數個饋電元件的至少其中之一。

根據上述構想，其中該氣體流道包括一第一氣體流道、一第二氣體流道及至少一流道通孔，該第一氣體流道及該第二氣體流道藉由該流道通孔相通。

根據上述構想，其中該陰極放電裝置更包括至少一流道氣體入口，其中該陰極放電裝置吸入一工作氣體，該工作氣體經由該流道氣體入口，流入該第一氣體流道，再經由該流道通孔，流入該第二氣體流道，再經由該腔室氣體入口，流入該複數個陰極腔室。

根據上述構想，其中該工作氣體通常選自氫氣、氦氣、氬氣、氧氣、氮氣、氨氣及矽烷至少其中之一。

根據上述構想，其中該工作氣體於該複數個陰極腔室中，產生電漿，該電漿經由該複數個陰極腔室的該腔室氣體出口噴出。

根據上述構想，其中該陰極放電裝置更包括一電源供應器，其電性連接至該電極連接元件，該電源供應器經由該電極連接元件所電性連接的饋電元件，提供電力至每一該陰極放電組件的該陰極。

本發明將藉由下述之較佳實施例並配合圖示，作進一步之詳細說明。

〔第一實施例〕

圖1為本發明第一實施例的陰極放電裝置的側面剖面示意圖，圖2為本發明第一實施例的陰極放電裝置沿著圖1中的A－A’橫斷面的剖面示意圖，意即沿陰極管方向的剖面示意圖。請參照圖2，陰極放電裝置10A包括陽極11、陰極21及陰極腔室25。陰極21位於陽極11內部，其間可隔著絕緣材料元件22a、22b及22c。

陰極21包括多個陰極腔室25，陰極21可分為陰極第一部分21a及陰極第二部分21b，即相接觸的兩物件，以方便機械加工製作，也可以是一體成型。陰極腔室25可分為陰極腔室第一部分25a及陰極腔室第二部分25b，其中，陰極腔室第一部分25a位於陰極第一部分21a內，陰極腔室第二部分25b位於陰極第二部分21b內。

請同時參照圖1及圖2，陰極第一部分21a內部具有第一氣體流道23a、第二氣體流道23b、流道通孔23c、陰極腔室第一部分25a，以及腔室氣體入口27a。腔室氣體出口27b則位於陰極腔室第二部分25b的下方，並位於陽極11內。

請參照圖2，陰極放電裝置10A可包括饋電裝置41與電源供應器43。饋電裝置41與陰極21電性連接；電源供應器43則提供 電力，經由饋電裝置41，輸入陰極21。

從圖1可以看出，陰極21及陽極11之間可間隔著多個絕緣材料元件22。陰極放電裝置10A可包括饋電裝置41a及41b、多個饋電裝置插槽44a、44b、44c、44d、44e、44f及電極連接元件42。圖2中的電源供應器43(未示於圖1中)與電極連接元件42電性連接，可提供電力經由電極連接元件42、饋電裝置41a及41b，輸入電力至陰極21。

請繼續參照圖1，工作氣體26經由兩端氣體流道入口24a及24b，流入第一氣體流道23a，再經由多個流道通孔23c，流入第二氣體流道23b，然後經由腔室氣體入口27a，流入陰極腔室25中。工作氣體26在陰極腔室25內產生放電現象，生成電漿5(示於圖2中，未示於圖1中)，經由腔室氣體出口27b噴出。

上述的陰極腔室第一部分25a及陰極腔室第二部分25b可設計為圓柱體、圓錐體、四方形柱體或四方形錐體，在本實施例中採用圓柱體。至於陰極腔室第二部分25b的截面積可較陰極腔室第一部分25a的截面積稍大，所以電漿流入陰極腔室第二部分25b有擴大，再經由腔室氣體出口27b產生噴出的效果。此二截面積也可以相同。

上述的第一氣體流道23a及第二氣體流道23b可設計為互相平行，但也可以不平行。工作氣體26則通常選自氫氣、氦氣、氬氣、氧氣、氮氣、氨氣及矽烷等氣體，並可依所要鍍膜的材料，做對應性的選擇。例如要鍍氮化矽，則選擇氨氣，配合矽烷的使用；要鍍矽，則選擇矽烷；而氬氣為惰性氣體，不易與其它物質產生化學反應，可用於產生電漿。

在本實施例中，工作氣體26雖然由兩端氣體流道入口24a及24b通入，由於本發明具有第一氣體流道23a、第二氣體流道23b及流道通孔23c的設計，會使得工作氣體26的壓力密度在第二氣體流道23b中均勻分佈。此乃因為工作氣體26會在第一氣體流道23a中較接近飽和狀態時，經由多個流道通孔23c流入第二氣體流道23b中。由於多個流道通孔23c的分佈設計，使得第二氣體流道23b中各段的氣體壓力十分均勻。

習知技術由於僅有單一氣體流道，因此靠近流道兩端的氣體壓力較大，靠近中間部份的氣體壓力較小，所以便會發生流入靠近兩端的陰極腔室中的工作氣體的氣體壓力較高，而流入靠近中間部份的陰極腔室中的工作氣體的氣體壓力較低的現象。工作氣體於陰極腔室中的氣體壓力會嚴重影響電漿密度，進而嚴重影響鍍膜的厚度及密度。習知技術由於整排陰極腔室中的電漿密度差異很大，尤其當管狀的陰極很長，其內部的陰極腔室的數量很多時，特別是運用在大尺寸鍍膜時，電漿密度不均勻的問題便極嚴重。

本實施例，由於具有第一氣體流道23a、第二氣體流道23b及流道通孔23c的設計，使得第二氣體流道23b中各段的氣體壓力十分均勻，進而使各陰極腔室中的工作氣體的氣體壓力十分接近，所以能大幅提昇整體電漿的均勻度，解決習知技術的問題，成功突破大尺寸鍍膜技術瓶頸。

〔第二實施例〕

本實施例所提供的陰極放電裝置與第一實施例大部份皆相 同，唯一的區別在於：第一實施例中的多個陰極腔室25設計為平行排列且垂直向下，所以電漿經由其腔室氣體出口27b噴出時，皆為垂直向下噴出。至於本實施例則將陰極腔室設計為與垂直方向傾斜一角度。圖3為本發明第二實施例的陰極放電裝置的剖面示意圖。請同時參考圖2及圖3，即可看出本實施例與第一實施例的差異。本實施例的陰極放電裝置，從陰極管方向的剖面看去，陰極腔室與垂直方向夾一小角度，例如：5~30度，同時可將排列為第奇數個的陰極腔室設計為逆時針夾一小角度(例如-12度)，而將排列為第偶數個的陰極腔室設計為順時針夾一小角度(例如+12度)。如此，可擴大電漿噴出的範圍。

〔第三實施例〕

圖4為本發明第三實施例的的陰極放電裝置的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例中，陰極放電裝置100包括一個陽極110及兩個陰極121a與121b，其中每個陰極與第一實施例中的陰極21的構造幾乎完全相同，意即並排兩個管狀的陰極121a與121b，其被包含在陽極110之內，即兩個陰極121a與121b共用一個陽極110。兩個陰極121a及121b各具有一饋電裝置141a及141b。陰極放電裝置100可具有電極連接元件142及電源供應器143，電源供應器143與電極連接元件142電性連接，可提供電力經由電極連接元件142、饋電裝置141a及141b，輸入電力至陰極121a及121b。

圖5為本發明第三實施例的陰極放電裝置的立體示意圖。一 般而言，陰極上靠近電力輸入點(即饋電裝置的位置)的部份較遠離電力輸入點的部份所接收的電力稍強。請參照圖5，本實施例中，饋電裝置141a位於靠近陰極121a(圖中未標示)的一端，而饋電裝置141b則位於靠近陰極121b(圖中未標示)的另一端。

由於饋電裝置141a及141b分別位於兩個陰極121a及121b的兩端，所以能平衡兩端的電力強度，使得電漿均勻度更佳，尤其對大尺寸鍍膜的效果特別顯著。由圖5中可以看到陰極放電裝置100還包括多個饋電裝置插槽144，可以視實際需要，調整饋電裝置的位置，以達到電力分佈最佳均勻化，因為所輸入的電力量大小也會些許影響電力分佈。

〔第四實施例〕

圖6為本發明第四實施例的的陰極放電裝置的剖面示意圖。請參照圖6，本實施例中，陰極放電裝置200包括兩個陰極放電組件210a及210b，每個陰極放電組件與第一實施例中的陰極放電裝置10A構造幾乎完全相同，意即並排兩個陰極放電裝置10A。兩個陰極放電組件210a及210b各具有一饋電裝置241a及241b。陰極放電裝置200具有電極連接元件242及電源供應器243，電源供應器243與電極連接元件242電性連接，可提供電力經由電極連接元件242、饋電裝置241a及241b，輸入電力至陰極放電組件210a及210b的陰極。

圖7為本發明第四實施例的陰極放電裝置的立體示意圖。一般而言，陰極上靠近電力輸入點(即饋電裝置的位置)的部份較遠離 電力輸入點的部份所接收的電力稍強。請參照圖7，本實施例中，饋電裝置241a位於靠近陰極放電組件210a(圖中未標示)的一端，而饋電裝置241b則位於靠近陰極放電組件210b(圖中未標示)的另一端。

由於饋電裝置241a及241b分別位於兩組陰極放電組件210a及210b的兩端，所以能平衡兩端的電力強度，使得電漿均勻度更佳，尤其對大尺寸鍍膜的效果特別顯著。由圖7中可以看到陰極放電裝置200還包括多個饋電裝置插槽244，可以視實際需要，調整饋電裝置的位置，以達到電力分佈最佳均勻化。

綜上所述，本案提供嶄新的陰極放電裝置，以新穎的技術思維及設計，能使得整體來說輸入陰極各段的電力更加均勻化，並使得產生電漿的工作氣體於各個陰極腔室中的壓力也更加均勻化，進而達到整體電漿的均勻化，可以解決習知技術中用於大尺寸的鍍膜時，電漿均勻度太差的問題，成功突破大尺寸鍍膜技術瓶頸，對於太陽能發電設備及液晶顯示器等對大尺寸鍍膜技術殷切期盼的產業來說，乃是一大福音，尤其能促進太陽能產業，並對環境保護做出貢獻。

本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

5‧‧‧電漿

10A、10B、100、200‧‧‧陰極放電裝置

210a、210b‧‧‧陰極放電組件

11、110‧‧‧陽極

21、21a、21b、121a、121b、221a、221b‧‧‧陰極

22、22a、22b、22c‧‧‧絕緣材料元件

23a、23b‧‧‧氣體流道

23c‧‧‧流道通孔

24a、24b‧‧‧流道氣體入口

25、25a、25b‧‧‧陰極腔室

26‧‧‧工作氣體

27a‧‧‧腔室氣體入口

27b‧‧‧腔室氣體出口

41、41a、41b、141a、141b、241a、241b‧‧‧饋電裝置

42、142、242‧‧‧電極連接元件

43、143、243‧‧‧電源供應器

44a、44b、44c、44d、44e、44f、144、244‧‧‧饋電裝置插槽

圖1為本發明第一實施例的陰極放電裝置的側面剖面示意圖。

圖2為本發明第一實施例的陰極放電裝置沿著圖1中的A-A’橫斷 面的剖面示意圖。

圖3為本發明第二實施例的的陰極放電裝置的剖面示意圖。

圖4為本發明第三實施例的的陰極放電裝置的剖面示意圖。

圖5為本發明第三實施例的陰極放電裝置的立體示意圖。

圖6為本發明第四實施例的的陰極放電裝置的剖面示意圖。

圖7為本發明第四實施例的陰極放電裝置的立體示意圖。

10A‧‧‧陰極放電裝置

11‧‧‧陽極

21、21a、21b‧‧‧陰極

22‧‧‧絕緣材料元件

23a、23b‧‧‧氣體流道

23c‧‧‧流道通孔

24a、24b‧‧‧流道氣體入口

25、25a、25b‧‧‧陰極腔室

26‧‧‧工作氣體

27a‧‧‧腔室氣體入口

27b‧‧‧腔室氣體出口

41a、41b‧‧‧饋電裝置

42‧‧‧電極連接元件

44a、44b、44c、44d、44e、44f‧‧‧饋電裝置插槽

Claims (20)

1. 一種陰極放電裝置，包括：一陽極；一陰極，位於該陽極內，該陰極內部具有複數個氣體流道及至少一流道通孔，該複數個氣體流道經由該流道通孔相通；以及複數個陰極腔室，位於該陰極內，每一該陰極腔室具有一腔室氣體入口與一腔室氣體出口，且每一該陰極腔室經由其腔室氣體入口與該氣體流道相通。
2. 如申請專利範圍第1項之陰極放電裝置，其中該陽極與該陰極之間隔著一絕緣材料。
3. 如申請專利範圍第1項之陰極放電裝置，更包括一流道氣體入口，其中該陰極放電裝置吸入一工作氣體，該工作氣體經由該流道氣體入口，流入該複數個氣體流道之一，並經由該流道通孔，流入其它氣體流道，再經由該腔室氣體入口，流入該陰極腔室。
4. 如申請專利範圍第3項之陰極放電裝置，該工作氣體選自氫氣、氦氣、氬氣、氧氣、氮氣、氨氣及矽烷至少其中之一。
5. 如申請專利範圍第3項之陰極放電裝置，其中該工作氣體於該複數個陰極腔室中，產生電漿，該電漿經由該複數個陰極腔室的該腔室氣體出口噴出。
6. 如申請專利範圍第5項之陰極放電裝置，其中經由該複數個陰極腔室的該腔室氣體出口所噴出的電漿的噴出方向不平行。
7. 如申請專利範圍第1項之陰極放電裝置，其中該陰極包括一陰極第一部分及一陰極第二部分，該陰極第一部分位於該陰極第二部分之內，該陰極第一部分與該陰極第二部分為一體成型或分離配置。
8. 如申請專利範圍第7項之陰極放電裝置，其中該陰極腔室包括一陰極腔室第一部分及一陰極腔室第二部分，該陰極腔室第一部分位於該陰極第一部分之內，而該陰極腔室第二部分位於該陰極第二部分之內。
9. 如申請專利範圍第8項之陰極放電裝置，其中該陰極腔室第一部分與該陰極腔室第二部分具有不同的大小或形狀。
10. 如申請專利範圍第1項之陰極放電裝置，更包括一饋電元件與該陰極電性連接。
11. 一種陰極放電裝置，包括：一陽極；複數個陰極，位於該陽極內，每一該陰極內部具有至少一氣體流道及至少一陰極腔室，該陰極腔室具有一腔室氣體入口與一腔室氣體出口，且該陰極腔室經由其腔室氣體入口與該氣體流道相通；以及複數個饋電元件，與該複數個陰極電性連接。
12. 如申請專利範圍第11項之陰極放電裝置，包括一電源供應器，其電性連接至該複數個饋電元件的至少其中之一。
13. 如申請專利範圍第11項之陰極放電裝置，更包括至少一流道氣體入口，其中該陰極放電裝置吸入一工作氣體，該工作氣體 經由該流道氣體入口，流入該氣體流道，再經由該腔室氣體入口，流入該陰極腔室。
14. 如申請專利範圍第13項之陰極放電裝置，其中該工作氣體於該陰極腔室中，產生電漿，該電漿經由該陰極腔室的該腔室氣體出口噴出。
15. 一種陰極放電裝置，包括：複數個陰極放電組件，其中每一該陰極放電組件包括：一陽極；一陰極，位於該陽極內，該陽極與該陰極之間隔著一絕緣材料，該陰極內部具有至少一氣體流道；複數個陰極腔室，位於該陰極內，每一該陰極腔室具有一腔室氣體入口與一腔室氣體出口，每一該陰極腔室經由其腔室氣體入口與該氣體流道相通；以及複數個饋電元件，與該陰極電性連接；以及一電極連接元件，電性連接至每一該陰極放電組件的該複數個饋電元件的至少其中之一。
16. 如申請專利範圍第15項之陰極放電裝置，其中該氣體流道包括一第一氣體流道、一第二氣體流道及至少一流道通孔，該第一氣體流道及該第二氣體流道藉由該流道通孔相通。
17. 如申請專利範圍第16項之陰極放電裝置，更包括至少一流道氣體入口，其中該陰極放電裝置吸入一工作氣體，該工作氣體經由該流道氣體入口，流入該第一氣體流道，再經由該流道通孔，流入該第二氣體流道，再經由該腔室氣體入口，流入該複 數個陰極腔室。
18. 如申請專利範圍第17項之陰極放電裝置，其中該工作氣體選自氫氣、氦氣、氬氣、氧氣、氮氣、氨氣及矽烷至少其中之一。
19. 如申請專利範圍第17項之陰極放電裝置，其中該工作氣體於該複數個陰極腔室中，產生電漿，該電漿經由該複數個陰極腔室的該腔室氣體出口噴出。
20. 如申請專利範圍第15項之陰極放電裝置，更包括一電源供應器，其電性連接至該電極連接元件，該電源供應器經由該電極連接元件所電性連接的饋電元件，提供電力至每一該陰極放電組件的該陰極。