TWI547309B - Reaction method and device thereof - Google Patents

Description

反應方法及其裝置

本發明是有關於一種材料之處理設備，特別是指一種使材料在低溫就可以進行加速熟化、純化或優化，也能使高分子聚合物或化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)在低溫條件就能進行反應的方法及裝置。

近年來，由於電子產業的蓬勃發展以及搭上行動裝置的普及，半導體技術持續發展已經是不爭的事實且變成不可或缺的角色，而且在現有的半導體產品之加工生產製程中，大部分要透過物理氣相沉積(PVD)、電弧式物理氣相沉積(PVD)，或化學氣相沉積(CVD)等沉積方法在一基板上沉積出一薄膜，再利用微影黃光(Lithography)與蝕刻(Etching)技術將欲成型之圖樣轉移至該基板上並堆疊出所需的立體結構(Architecture)。然而因所有軟性基板的玻璃轉化溫度都很低，因此，在未來軟性基板的浪潮下，製造上勢必會碰到層層的考驗，必須發展出能使基板在低溫條件(<100℃)下即可沉積出高品質薄膜之低溫化學反應腔。

此外，所有射出成型所製成之產品在成型後仍 需施予熟化步驟以使其鍵結更完全，傳統的做法是將產品靜置於烘爐(Oven)中，透過風扇之吹風以促進熟化進行，但是此種做法缺點是熟化時間較長，且均勻度不佳。

再者，目前所有化學反應是將參與反應之化學藥劑置入於溶液中再添加催化劑與增加反應腔溫度來加速化學反應速率，然而這類型化學反應因為是在液態溶劑裡面，相關參與反應的化學分子必須相遇(碰撞)才會發生反應作用，再加上需遵守化學平衡的反應式過程，所以很難在短時間內就使化學反應百分之百完全完成，況且化學反應結束後尚需施予分離溶劑與純化等曠日廢時的過程，無形中使傳統化學反應的合成方法之時間與成本增加很多，所以發展一套在新式氣態反應腔內去進行取代傳統化學反應的技術是有必要的。

因此，本發明之一目的，即在提供一種能使材料在低溫就可以進行加速熟化、純化或優化，也能使高分子聚合或化學氣相沉積在低溫條件就能進行反應之反應裝置。

本發明之另一目的，則是在於提供一種能使材料在低溫條件下同時進行除污及熟化、純化或優化之反應方法。

本發明之又一目的，即在提供一種能在可導電超臨界流體作用過程中搭配照射光線(紫外線光或雷射光)以誘發材料熟化、純化或優化反應，並能縮短熟化時間且 增加均勻度之反應裝置。

本發明之再一目的，則是在於提供一種能在可導電超臨界流體作用過程中搭配化學反應氣體之加入，使得高分子聚合物或化學氣相沉積在低溫條件就能進行反應之反應方法。

於是，本發明反應裝置，包含一本體單元、一流體供應單元、一超臨界催化單元、一供電單元，以及一電極單元。該本體單元包括一殼體，以及一可分離地蓋設於該殼體之蓋體，該殼體與該蓋體並共同界定出一密閉腔室。該流體供應單元用以將預定量之可導電工作流體輸入該密閉腔室中。該超臨界催化單元設置於該本體單元並用以對該密閉腔室內的所述可導電工作流體施以加熱及加壓作用，使得該密閉腔室內的所述可導電工作流體成為可導電超臨界流體。該供電單元設置於該本體單元外而用以供應運作所需電力，該供電單元具有一正極與一負極。該電極單元設置於該殼體內且包括一正電極件及一負電極件，該正電極件與該負電極件分別電連接於該供電單元之該正極與該負極，該正電極件並用以承載一待熟化材料，藉由該正電極件與該負電極件之通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體，進而對該待熟化材料進行雜質原子拔離、加速熟化反應及結構純化或重整作用。

另外，本發明反應裝置之該流體供應單元還可以用以將預定量之化學反應氣體輸入該密閉腔室中。且該電極單元之該正電極件則是可用以承載一待處理材料，藉 由該正電極件與該負電極件之通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體，進而對該待處理材料進行雜質原子拔離及結構純化或重整作用，同時化學反應氣體並會於該待處理材料表面形成一鍍覆層。

另一方面，本發明反應方法，包含一備置步驟、一可導電超臨界流體作用步驟，及一材料優化步驟。

在該備置步驟中，是備置一密閉腔室，並於該密閉腔室內部設置一正電極件及一負電極件，該正電極件與該負電極件分別與一供電單元之一正極與一負極電連接，並將一待熟化材料置於該正電極件上。

在該可導電超臨界流體作用步驟，是使該密閉腔室內盛裝有預定量之可導電超臨界流體，藉由所述可導電超臨界流體溶解該待熟化材料表面或內部雜質。

在該材料優化步驟中，是藉由該供電單元供電，使得該正電極件與該負電極件通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體，進而對該待熟化材料進行雜質原子拔離、加速熟化反應及結構純化或重整作用。

再者，本發明反應方法之可導電超臨界流體作用步驟，還可以是使該密閉腔室內盛裝有預定量之可導電超臨界流體，且將一化學反應氣體輸入該密閉腔室內，藉由所述可導電超臨界流體溶解該待處理材料表面或內部雜質。進而在該材料優化步驟中，當該正電極件與該負電極件通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體而對該待處理材料進行雜質原子拔離及結構純化或重整 作用時，且化學反應氣體並會於該待處理材料表面形成一鍍覆層。

本發明之功效在於藉由所述可導電超臨界流體溶解該待熟化材料或該待處理材料之表面或內部雜質，同時利用該正電極件與該負電極件之通電，使得所述帶電荷超臨界流體能溶解並去除該待熟化材料或該待處理材料表面或內部雜質，使得該待熟化材料或該待處理材料純化、優化。另外，藉由同時輸入化學反應氣體，可使該待熟化材料或該待處理材料的熟化過程在低溫條件下就可以進行，縮短反應時間且使均勻度增加。此外，該密閉腔室也可以作為氣相化學反應腔，高分子聚合或化學氣相沉積在低溫條件就可進行反應。

2‧‧‧反應裝置

21‧‧‧本體單元

211‧‧‧殼體

212‧‧‧蓋體

213‧‧‧密閉腔室

22‧‧‧流體供應單元

221‧‧‧可導電工作流體供應源

222‧‧‧化學反應氣體供應源

23‧‧‧超臨界催化單元

231‧‧‧加熱器

232‧‧‧加壓器

24‧‧‧供電單元

241‧‧‧正極

242‧‧‧負極

25‧‧‧電極單元

251‧‧‧正電極件

252‧‧‧負電極件

26‧‧‧照光單元

31‧‧‧待熟化材料

32‧‧‧待處理材料

41‧‧‧備置步驟

42‧‧‧可導電超臨界流體作用步驟

43‧‧‧材料優化步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明反應裝置之第一較佳實施例；圖2是一流程圖，說明本發明反應方法之第一較佳實施例；圖3是一示意圖，說明本發明反應裝置之第二較佳實施例；圖4是一示意圖，說明本發明反應裝置之第三較佳實施例；以及圖5是一示意圖，輔助說明圖4。

參閱圖1，本發明反應裝置2之第一較佳實施例，其包含一本體單元21、一流體供應單元22、一超臨界催化單元23、一供電單元24，以及一電極單元25。

該本體單元21包括一殼體211，以及一可分離地蓋設於該殼體211之蓋體212，該蓋體212蓋置於該殼體211後，二者並共同界定出一密閉腔室213。

該流體供應單元22是用以使該密閉腔室213中盛裝有預定量之可導電工作流體(圖未示)。所述可導電工作流體是選自所列其中之一：水、二氧化碳與水之組合、二氧化碳與甲醇之組合。在本較佳實施例中是以水做說明。

該超臨界催化單元23包括一設置於該本體單元21並用以對該密閉腔室213內的可導電工作流體進行加熱作用之加熱器231，以及一設置於該本體單元21並用以對該密閉腔室213內的可導電工作流體進行加壓作用之加壓器232，藉由啟動該加熱器231之加熱及該加壓器232之加壓作用，使得該密閉腔室213內的可導電工作流體成為可導電超臨界流體。

該供電單元24為直流電源且具有一正極與一負極。該供電單元24設置於該本體單元21外以供應運作所需電力。

該電極單元25設置於該殼體211內且包括一正電極件251及一負電極件252，該正電極件251與該負電極件252分別與該供電單元24之正極241、負極242電連接。

參閱圖1、2，至於本發明反應方法之第一較佳實施例，包含一備置步驟41、一可導電超臨界流體作用步驟42，以及一材料優化步驟43。在該備置步驟41中，是備置一如上述之反應裝置2，並將一待熟化材料31置於該正電極件251上，並將該蓋體212蓋設於該殼體211上後，且使該密閉腔室213抽成真空狀態。

接著，在該可導電超臨界流體作用步驟42中，是利用該流體供應單元22將可導電工作流體輸入該密閉腔室213內，待確認該密閉腔室213內的可導電工作流體已達預定量後，隨即藉由調整該加熱器231之加熱溫度及該加壓器232所施加之壓力，使得該密閉腔室213內的可導電工作流體成為可導電超臨界流體。由於所述可導電超臨界流體具有極高的溶解能力，因而可溶解所述待熟化材料31之表面或內部雜質。

之後，進行該材料優化步驟43，藉由該供電單元24供電，使得該電極單元25之正電極件251及負電極件252通電，此時正電極件252作為犧牲陽極而對待熟化材料31進行雜質原子拔離作用。待預設執行時間屆滿，再打開蓋體212，取出所述待熟化材料31即可。

特別說明的是，所謂待熟化材料31是指需經熟化反應過程之材料，如聚氨酯(Polyurethane，PU)經射出成型作業後，尚需靜置冷卻一段時間，以進行熟化反應過程，如此才能使結構熟化並趨於穩定。因而透過本發明之方法的實施，不但可拔離該待熟化材料31於前置作業(如射出 成型作業等)所殘留之雜質原子，且雜質原子去除的同時還能使該待熟化材料31的結構純化或重整，使得該待熟化材料31純化、優化，且縮短反應時間、均勻度及緻密度也會增加。

參閱圖3，本發明反應裝置2之第二較佳實施例，本較佳實施例與前述反應裝置2之第一較佳實施例大致相同，不同的地方是在於還可包括一設置於該殼體211內而用以對該待熟化材料31照射光線之照光單元26，該照光單元26所輸出的光線是選自紫外線光(即UV光)或雷射光。

續參閱圖2、3，本發明反應方法之第二較佳實施例，本較佳實施例與前述方法之第一較佳實施例大致相同，不同的地方是在於：在該備置步驟41中，是備置一如反應裝置2之第二較佳實施例所示者。在該材料優化步驟43中，還藉由設置於該密閉腔室213內之照光單元26能同時對該待熟化材料31照射光線，更能誘發及加速該待熟化材料31之熟化反應，有效地縮短熟化反應時間。

參閱圖4，本發明反應裝置2之第三較佳實施例，本較佳實施例與前述反應裝置2之第一較佳實施例大致相同，不同的地方是在於：該流體供應單元22包括一用以供應所述可導電工作流體之可導電工作流體供應源221，以及一用以供應所述化學反應氣體之化學反應氣體供應源222。藉由可導電工作流體供應源221及化學反應氣體供應源222分別將預定量之可導電工作流體及化學反應氣 體輸入該密閉腔室213中。後續所進行之作業如下詳述。

續參閱圖2、4，本發明反應方法之第三較佳實施例，本較佳實施例與前述方法之第一較佳實施例大致相同，不同的地方是在於：在該備置步驟41中，是備置一如反應裝置2之第三較佳實施例所示者，並將一待處理材料32置於該正電極件251上，所述待處理材料32是以基板形態做說明，但不應以此為限。在可導電超臨界流體作用步驟42中，是利用可導電工作流體供應源221及化學反應氣體供應源222分別將預定量之可導電工作流體及化學反應氣體輸入該密閉腔室213中，藉由所述可導電超臨界流體溶解該待處理材料表面或內部雜質。在材料優化步驟43中，則是藉由該供電單元24供電而使該正電極件251與該負電極件252通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體，進而對該待處理材料32進行雜質原子拔離作用，同時藉由所述可導電超臨界流體催化成為帶電荷超臨界流體之過程中所實施的高壓條件也會使該待處理材料32的原子重新排列而進行結構熟化、純化或重整作用，此時化學反應氣體並會同時於該待處理材料32表面以薄膜沉積方式均勻地形成一鍍覆層(圖未示)。

本實施例之反應裝置2同樣還可包括一設置於該殼體211內而用以對該待處理材料32照射光線之照光單元26，該照光單元26所輸出的光線是選自紫外線光或雷射光。而所搭配實施之反應方法，在該材料優化步驟43中，藉由該正電極件251與該負電極件252之通電及該照光單 元26對該待處理材料32照射紫外線光或雷射光，以使所述化學反應氣體於該待處理材料32表面形成該鍍覆層(圖未示)，加速誘發該待處理材料32之熟化、純化或優化反應，有效地縮短反應時間。

特別說明的是，如圖5所示，所述待處理材料32也可以是化學反應槽形態，但不應以此為限。藉此經本較佳實施例的方法操作後，可於該待處理材料32內、外表面內沉積出該鍍覆層(圖未示)，使得該待處理材料32能供特定的化學反應之使用所需。

因此，藉由上述本發明反應方法及其裝置之設計，不但可使該待熟化材料31在低溫條件仍可進行結構重整以快速地進行熟化過程，或該待處理材料32在低溫條件仍可進行優化過程，經過結構純化或重整後的材料可以從非晶質(amorphous)轉變成多晶質(polycrystalline)或單晶質(single crystal)材料，也可能將多晶質(polycrystal-line)轉變成單晶質(single crystal)材料，原因是該反應裝置2可以在低溫條件下仍使待處理材料32中之原子或分子規律性區域變大，也就是將待處理材料32原先原子或分子排列方向並不一致之微晶粒(grain)作修正的動作，除了將晶界之異質原子以類似電鍍過程的犧牲陽極作用被抽離至負極，且原子在足夠能量下進行重新排列，造成擁有週期性排列之區域可以擴充變大，此外，該待熟化材料31或該待處理材料32之整體表面也變得較平坦。

綜上所述，本發明反應方法及其裝置藉由所述 可導電超臨界流體溶解該待熟化材料31或該待處理材料32表面或內部雜質，同時利用該正電極件251與該負電極件252之通電，搭配該照光單元26是否引入紫外線光或雷射光而產生不同反應：當沒有引入紫外線光或雷射光時，該正電極件251作為犧牲陽極而對該待熟化材料31或該待處理材料32進行雜質原子拔離作用，使得該待熟化材料31或該待處理材料32熟化或純化或優化。另當有引入紫外線光或雷射光時，則可在該正電極件251與該負電極件252間對該待熟化材料31或該待處理材料32進行低溫熟化作用，如此不但可縮短熟化反應時間，而且均勻度增加。此外，該密閉腔室213也可以作為氣相化學反應腔，使高分子聚合或化學氣相沉積在低溫條件就能進行反應。故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧反應裝置

21‧‧‧本體單元

211‧‧‧殼體

212‧‧‧蓋體

213‧‧‧密閉腔室

22‧‧‧流體供應單元

23‧‧‧超臨界催化單元

231‧‧‧加熱器

232‧‧‧加壓器

24‧‧‧供電單元

241‧‧‧正極

242‧‧‧負極

25‧‧‧電極單元

251‧‧‧正電極件

252‧‧‧負電極件

26‧‧‧照光單元

32‧‧‧待處理材料

Claims (10)

1. 一種反應裝置，包含：一本體單元，包括一殼體，以及一可分離地蓋設於該殼體之蓋體，該殼體與該蓋體並共同界定出一密閉腔室；一流體供應單元，用以將預定量之可導電工作流體輸入該密閉腔室中；一超臨界催化單元，設置於該本體單元並用以對該密閉腔室內的所述可導電工作流體施以加熱及加壓作用，使得該密閉腔室內的所述可導電工作流體成為可導電超臨界流體；一供電單元，設置於該本體單元外而用以供應運作所需電力，該供電單元具有一正極與一負極；以及一電極單元，設置於該殼體內且包括一正電極件及一負電極件，該正電極件與該負電極件分別電連接於該供電單元之該正極與該負極，該正電極件並用以承載一待熟化材料，藉由該正電極件與該負電極件之通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體，進而對該待熟化材料進行雜質原子拔離、加速熟化反應及結構純化或重整作用。
2. 如請求項1所述的反應裝置，還包括一設置於該殼體內而用以對該待熟化材料照射光線以使該待熟化材料加速熟化之照光單元，該照光單元所輸出的光線是選自紫外線光或雷射光。
3. 如請求項2所述的反應裝置，其中，所述可導電工作流體是選自所列其中之一：水、二氧化碳與水之組合、二氧化碳與甲醇之組合；另外，該超臨界催化單元包括一設置於該本體單元並用以對該密閉腔室內的所述可導電工作流體進行加熱作用之加熱器，以及一設置於該本體單元並用以對該密閉腔室內的所述可導電工作流體進行加壓作用之加壓器。
4. 一種反應裝置，包含：一本體單元，包括一殼體，以及一可分離地蓋設於該殼體之蓋體，該殼體與該蓋體並共同界定出一密閉腔室；一流體供應單元，用以將預定量之可導電工作流體及化學反應氣體輸入該密閉腔室中；一超臨界催化單元，設置於該本體單元並用以對該密閉腔室內的所述可導電工作流體施以加熱及加壓作用，使得該密閉腔室內的所述可導電工作流體成為可導電超臨界流體；一供電單元，設置於該本體單元外而用以供應運作所需電力，該供電單元具有一正極與一負極；以及一電極單元，設置於該殼體內且包括一正電極件及一負電極件，該正電極件與該負電極件分別電連接於該供電單元之該正極與該負極，該正電極件並用以承載一待處理材料，藉由該正電極件與該負電極件之通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體，進而 對該待處理材料進行雜質原子拔離及結構純化或重整作用，同時化學反應氣體並會於該待處理材料表面形成一鍍覆層。
5. 如請求項4所述的反應裝置，其中，該流體供應單元包括一用以供應需所述可導電工作流體之可導電工作流體供應源，以及一用以供應所述化學反應氣體之化學反應氣體供應源；另外，所述可導電工作流體是選自所列其中之一：水、二氧化碳與水之組合、二氧化碳與甲醇之組合。
6. 如請求項5所述的反應裝置，還包括一設置於該殼體內而用以對該待熟化材料照射光線以加速熟化作用之照光單元，該照光單元所輸出的光線是選自紫外線光或雷射光。
7. 一種反應方法，包含：一備置步驟，備置一密閉腔室，並於該密閉腔室內部設置一正電極件及一負電極件，該正電極件與該負電極件分別與一供電單元之一正極與一負極電連接，並將一待熟化材料置於該正電極件上；一可導電超臨界流體作用步驟，使該密閉腔室內盛裝有預定量之可導電超臨界流體，藉由所述可導電超臨界流體溶解該待熟化材料表面或內部雜質；以及一材料優化步驟，藉由該供電單元供電，使得該正電極件與該負電極件通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體，進而對該待熟化材料進行雜質 原子拔離、加速熟化反應及結構純化或重整作用。
8. 如請求項7所述的反應方法，其中，在該材料優化步驟中，還藉由一設置於該密閉腔室內之照光單元能同時對該待熟化材料照射光線以加速該待熟化材料之結構純化或重整作用，該照光單元所輸出的光線是選自紫外線光或雷射光；另外，所述可導電工作流體是選自所列其中之一：水、二氧化碳與水之組合、二氧化碳與甲醇之組合。
9. 一種反應方法，包含：一備置步驟，備置一密閉腔室，並於該密閉腔室內部設置一正電極件及一負電極件，該正電極件與該負電極件分別與一供電單元之一正極與一負極電連接，並將一待處理材料置於該正電極件上；一可導電超臨界流體作用步驟，使該密閉腔室內盛裝有預定量之可導電超臨界流體，且將一化學反應氣體輸入該密閉腔室內，藉由所述可導電超臨界流體溶解該待處理材料表面或內部雜質；以及一材料優化步驟，藉由該供電單元供電而使該正電極件與該負電極件通電，使得所述可導電超臨界流體成為帶電荷超臨界流體，進而對該待處理材料進行雜質原子拔離及結構純化或重整作用，同時化學反應氣體並會於該待處理材料表面形成一鍍覆層。
10. 如請求項9所述的反應方法，其中，在該材料優化步驟中，還藉由一設置於該密閉腔室內之照光單元能同時對 該待處理材料照射光線以加速該待處理材料之結構純化或重整作用，該照光單元所輸出的光線是選自紫外線光或雷射光；另外，所述可導電超臨界流體是選自所列其中之一：水、二氧化碳與水之組合、二氧化碳與甲醇之組合。