專利名稱：超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，特別是一種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，屬于薄膜材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化物薄膜具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)熱良好，硬度高，光學(xué)性質(zhì)優(yōu)良。多數(shù)氧化物薄膜電氣絕緣性能好，但少數(shù)也可以具有相當(dāng)好的導(dǎo)電性。目前，應(yīng)用于微電子，光學(xué)等領(lǐng)域的高性能氧化物薄膜大多通過(guò)磁控濺射、蒸發(fā)、等離子體化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積等真空技術(shù)制備。而以太陽(yáng)電池、建筑節(jié)能玻璃為代表的超大面積應(yīng)用則延用沉積速度較高的常壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備。但其制備成本與該兩領(lǐng)域大規(guī)模發(fā)展所要求的價(jià)格還有不小的差距。
超聲噴霧納米薄膜沉積工藝是對(duì)傳統(tǒng)的熱噴涂薄膜沉積工藝和常壓氣相薄膜沉積工藝的重大革新。它一方面保留了熱噴涂工藝設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單和原料范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，又保留了常壓氣相薄膜沉積可在大面積上均勻沉積的能力，同時(shí)還由于引入了微米和納米尺度的液相及其與氣相界面這一特殊條件下的成膜化學(xué)反應(yīng)，可使反應(yīng)激活能降低，從而使所需的襯底溫度可以顯著降低并且沉積速度顯著增高。從而有望成為通用性強(qiáng)，沉積面積大，生產(chǎn)成本低的薄膜沉積技術(shù)。近年來(lái)通過(guò)小面積沉積裝置實(shí)現(xiàn)超聲噴霧薄膜沉積制備SnO2，ITO等氧化物薄膜已有報(bào)導(dǎo)，也有一些相關(guān)的專利申請(qǐng)。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?9116819.4，公開號(hào)為1259405，該專利提出了一種小面積的超聲噴霧沉積裝置和以及通過(guò)此裝置進(jìn)行SnO2、ITO等氧化物薄膜沉積工藝，這些技術(shù)主要針對(duì)研究型小面積樣品的制備及相應(yīng)的工藝，沒(méi)有考慮用于應(yīng)用型大面積沉積所相應(yīng)的設(shè)備特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此不能適用于大面積、連續(xù)式薄膜沉積。新的氧化物薄膜正在作為關(guān)鍵材料在新技術(shù)領(lǐng)域不斷得到應(yīng)用，如高溫燃料電池，大面積透明平面顯示器便是其中的典型代表。許多這些應(yīng)用屬于大面積并有大規(guī)模應(yīng)用前景。因此，進(jìn)一步增加了對(duì)成本更低的大面積氧化物薄膜制備設(shè)備和技術(shù)的需求。在成本更低的大面積氧化物薄膜制備技術(shù)中，超聲噴霧沉積技術(shù)具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而大面積沉積設(shè)備的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)和后續(xù)產(chǎn)業(yè)化中難度最大的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，使其具有成本低、設(shè)備簡(jiǎn)化的特點(diǎn)，從而為制備超聲噴霧薄膜技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供了條件。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明主要包括加熱爐、超聲起霧器、霧氣輸送系統(tǒng)、霧氣均勻分配噴頭、負(fù)壓尾氣抽取與處理系統(tǒng)、樣品裝載機(jī)構(gòu)和樣品輸送機(jī)構(gòu)，其連接方式為霧氣均勻分配噴頭和樣品輸送機(jī)構(gòu)直接與加熱爐相連接，而霧氣輸送系統(tǒng)、超聲起霧器、霧氣均勻分配噴頭、尾氣抽取與處理系統(tǒng)則通過(guò)小口徑管路依次相連接，樣品裝載機(jī)構(gòu)是獨(dú)立的部件，與樣品一起裝載和卸載，循環(huán)使用。
加熱爐是設(shè)備的主體，主要包括密封爐體、密封爐門、電加熱元件、保溫外層、爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)，其連接方式為密封爐門通過(guò)鉸鏈機(jī)構(gòu)與密封爐體相連接，電加熱元件通過(guò)緊固件與密封爐體的底部相連接，保溫外層通過(guò)密封爐體外殼設(shè)置在密封爐體的外面，爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫元件的測(cè)溫端通過(guò)緊固件或密封爐體上的小孔密封爐體相連接，而其另一端則與爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)電氣連接，樣品輸送機(jī)構(gòu)通過(guò)緊固件與加熱爐中密封爐體的端部相連接。
超聲起霧器主要包括超聲發(fā)生裝置、傳能液體介質(zhì)與其承載腔、霧源與其承載腔、起震膜、霧源液面保持及補(bǔ)給容器、連通管路，其連接方式為傳能液體介質(zhì)承載腔通過(guò)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)與超聲發(fā)生裝置的超聲換能元件相連接，傳能液體介質(zhì)注入傳能液體介質(zhì)承載腔內(nèi)，起震膜通過(guò)機(jī)械張緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在霧源承載腔的底部開口上，霧源通過(guò)霧源液面保持及補(bǔ)給容器注入霧源承載腔內(nèi)，霧源承載腔浸泡在傳能液體介質(zhì)內(nèi)，霧源液面保持及補(bǔ)給容器通過(guò)連通管路與霧源承載腔相連。
霧氣輸送系統(tǒng)主要包括氣瓶、減壓閥、氣體流量測(cè)量和控制元件、斷開閥減壓閥、及輸送管路(一)，其連接方式為氣瓶、減壓閥、氣體流量測(cè)量和控制元件、斷開閥通過(guò)輸送管路(一)依次相連，并通過(guò)輸送管路(一)與超聲起霧器中的霧源承載腔的進(jìn)氣口相連。
霧氣均勻分配噴頭主要包括霧氣緩沖腔室、水冷套層、噴霧小孔陣列、循環(huán)水泵、冷卻水儲(chǔ)存容器，及輸送管路(二)，其連接方式為水冷套層包圍霧氣緩沖腔室的外部，噴霧小孔陣列設(shè)置在霧氣緩沖腔室的底部出口處，冷卻水儲(chǔ)存容器的出水口、水冷套層的進(jìn)水口、水冷套層的出水口、循環(huán)水泵的進(jìn)水口、循環(huán)水泵的出水口、冷卻水儲(chǔ)存容器的進(jìn)水口通過(guò)輸送管路(二)依次相連。
尾氣抽取與處理系統(tǒng)主要包括鹼性溶液及其承載容器、耐鹼泵、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)、氣體輸送管路、液體輸送管路、尾氣抽取口，其連接方式為稀鹼性溶液設(shè)置在稀鹼性溶液承載容器內(nèi)，鹼性溶液承載容器的出水口、耐鹼泵的進(jìn)水口、耐鹼泵的出水口、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的進(jìn)水口、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的出水口、鹼性溶液承載容器的進(jìn)水口通過(guò)液體輸送管路相連，而流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的負(fù)壓端則與密封爐體的尾氣抽取口通過(guò)氣體輸送管路相連。
樣品裝載機(jī)構(gòu)由高比熱，高導(dǎo)熱，低摩擦系數(shù)陶瓷為材料，設(shè)有機(jī)械構(gòu)造、推拉點(diǎn)、滑塊，其連接方式為樣品定位通過(guò)樣品裝載機(jī)構(gòu)的機(jī)械構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，推拉點(diǎn)也是通過(guò)樣品裝載機(jī)構(gòu)推送邊中部的機(jī)械構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，滑塊通過(guò)鑲鎧等方式與樣品裝載機(jī)構(gòu)的底部和側(cè)邊相連。
樣品輸送機(jī)構(gòu)主要包括密封外套、推拉臂、精密驅(qū)動(dòng)部件，其連接方式為推拉臂通過(guò)支撐元件與密封外套相聯(lián)，設(shè)置于密封外套的中心軸線上。精密驅(qū)動(dòng)部件的內(nèi)磁極與推拉臂通過(guò)緊固件相連。
精密驅(qū)動(dòng)部件主要包括步進(jìn)電機(jī)、絲杠機(jī)構(gòu)、線性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平移元件，其連接方式為精密驅(qū)動(dòng)部件的內(nèi)磁極與推拉臂通過(guò)緊固件相連，精密驅(qū)動(dòng)部件的外磁極通過(guò)并通過(guò)支撐元件與密封外套的外部相連，精密驅(qū)動(dòng)部件的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲杠機(jī)構(gòu)與線性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平移元件通過(guò)緊固件相連。
本發(fā)明工作時(shí)，將配置好的溶液裝入霧源液面保持及補(bǔ)給容器，并通過(guò)連通器原理經(jīng)水平管注入霧源承載腔，然后將作為傳能介質(zhì)的水注入超聲發(fā)生裝置的傳能腔室內(nèi)，使其達(dá)到預(yù)定的液面高度，加熱爐按工藝要求對(duì)裝載預(yù)熱區(qū)、加溫區(qū)、恒溫沉積區(qū)、降溫區(qū)、卸載區(qū)分區(qū)段升溫。將干凈的玻璃等襯底裝入襯底輸送托板上，經(jīng)裝載門送入裝載預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，然后按預(yù)定的傳送速度將襯底經(jīng)加溫區(qū)被進(jìn)一步加溫到預(yù)定的溫度，再按預(yù)定的功率啟動(dòng)超聲發(fā)生裝置，其超聲功率經(jīng)傳能介質(zhì)水傳遞到位于霧源承載腔的源溶液內(nèi)，使其按預(yù)定的速率起霧。按預(yù)定的流量開啟氧氣等載體和反應(yīng)氣體，該氣流經(jīng)溶液罐液面上方與霧氣混合并載氣體源的壓力下流入噴頭的緩沖腔內(nèi)，產(chǎn)生并在腔室內(nèi)維持恒定的的壓力，在霧氣均勻分配噴頭小孔陣列形成均勻的霧流幕，再按預(yù)定的流量開啟霧氣均勻分配噴頭冷卻水回路，使噴頭緩沖腔內(nèi)壁溫度保持遠(yuǎn)比爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)低的溫度，由于液面對(duì)起霧率影響很大，與起霧溶液罐相通的大液面大容積的儲(chǔ)液罐通過(guò)連通器原理一方面起原料補(bǔ)給和液面高度保持作用。將被加溫的襯底按預(yù)定的傳送速度通過(guò)恒溫沉積區(qū)，霧滴中的溶劑部分在垂直分布的溫度場(chǎng)內(nèi)快速蒸發(fā)而轉(zhuǎn)化為尺度為幾十納米的表面積極大的飽和固溶體顆粒并與氣流中的氧氣等在酒精等物質(zhì)的催化作用下在高溫襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成氧化薄膜。鍍膜后的襯底材料被繼續(xù)輸送到降溫區(qū)降溫，隨后被輸送到卸載區(qū)繼續(xù)降溫后經(jīng)卸載密封門卸載。發(fā)應(yīng)產(chǎn)生的尾氣在預(yù)先設(shè)定的負(fù)壓作用下被抽到循環(huán)鹼水容器內(nèi)，氯氣等易溶于水的成分被鹼水吸收并被中和。
以上整個(gè)過(guò)程是以一塊襯底為例描述的，實(shí)際上設(shè)備的運(yùn)行是連續(xù)式生產(chǎn)的，即每當(dāng)襯底被往前輸送過(guò)一塊襯底距離時(shí)，一塊鍍完膜底襯底便徑卸載門從加熱爐取出，而另一塊襯底便經(jīng)裝載門送入裝載預(yù)熱區(qū)，如此反復(fù)循環(huán)。
本發(fā)明采用與低真空設(shè)備類似的全密封結(jié)構(gòu)，使外界環(huán)境對(duì)其爐腔內(nèi)的溫度和氣流的干擾減到最少；采用熱容量較大的爐腔體設(shè)計(jì)，使其通過(guò)熱幅射和氣流的熱傳導(dǎo)使樣品溫度受溫度較低的霧氣的接觸而引起的降溫效應(yīng)減到最?。槐M量減小暴露在反應(yīng)爐腔內(nèi)部的噴頭底部外側(cè)的表面積，并采用導(dǎo)熱差的材料做噴頭底部外側(cè)面，采用氣冷或水冷空腔將噴頭內(nèi)腔與高溫外側(cè)隔離，使內(nèi)腔保持低溫但又避免了對(duì)陽(yáng)品襯底溫度的干擾，同時(shí)也避免了爐腔內(nèi)高溫對(duì)噴頭內(nèi)腔內(nèi)的低溫氣流的流線穩(wěn)定性的干擾；采用負(fù)壓反應(yīng)尾氣抽取方式使尾氣在腔內(nèi)的流線均勻且穩(wěn)定；采用串連方式把數(shù)臺(tái)超聲起霧器聯(lián)合使用以增加產(chǎn)霧量，并利用連通管原理將與超聲起霧器的液體源容器與一個(gè)大液面液體源儲(chǔ)存容器相連，以解決起霧器的液體源容器中液面在薄膜制備過(guò)程中下降過(guò)快的問(wèn)題；采用高鎳不銹鋼做內(nèi)爐腔以解決高溫條件下的耐腐蝕問(wèn)題；為克服不銹鋼導(dǎo)熱性差，對(duì)維持樣品襯底在噴霧條件下溫度不利的問(wèn)題，采用高導(dǎo)熱陶瓷做樣品載體，起著樣品輸送的機(jī)械載體和在噴頭下維持樣品溫度的雙重功能，因其較大的厚度和較小的摩擦系數(shù)使樣品的平滑輸送成為可能。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明構(gòu)造采用超聲起霧效應(yīng)獲得的霧氣在加溫襯底上沉積薄膜材料的基本原理，應(yīng)用小截面密封腔體，負(fù)壓尾氣抽取，小暴露面內(nèi)冷式霧氣均勻分配噴頭，取得大面積恒壓恒溫恒流環(huán)境，使在大面積上獲得膜厚均勻的各種薄膜在技術(shù)上成為可能。本發(fā)明設(shè)備成本大大降低，由于襯底溫度的顯著降低和氣流系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性簡(jiǎn)化，設(shè)備成本僅為同樣生產(chǎn)能力的常壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備的1/3左右，而相應(yīng)的透明導(dǎo)電膜玻璃的制造成本則可降為USS6/m2，即為普通建筑用玻璃的2倍，這樣的價(jià)格減少正是透明導(dǎo)電膜玻璃在這些領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用的必要條件。


圖1本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明組成部分結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明主要包括加熱爐1、超聲起霧器2、霧氣輸送系統(tǒng)3、霧氣均勻分配噴頭4、負(fù)壓尾氣抽取與處理系統(tǒng)5、樣品裝載機(jī)構(gòu)6和樣品輸送機(jī)構(gòu)7，其連接方式為霧氣均勻分配噴頭4通過(guò)樣品輸送機(jī)構(gòu)7直接與加熱爐1相連接，霧氣輸送系統(tǒng)3、超聲起霧器2、霧氣均勻分配噴頭4、尾氣抽取與處理系統(tǒng)5則通過(guò)小口徑管路依次相連接，樣品裝載機(jī)構(gòu)6是獨(dú)立的部件，與樣品一起裝載和卸載。
加熱爐1是設(shè)備的主體，主要包括密封爐體11、密封爐門12和13、電加熱元件14、保溫外層15、外殼16，爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)17，其連接方式為密封爐門12和密封卸載13通過(guò)鉸鏈機(jī)構(gòu)與密封爐體11相連接，電加熱元件14通過(guò)緊固件與密封爐體11的底部相連接，保溫外層15通過(guò)密封爐體外殼16設(shè)置在密封爐體11的外面，爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)17的熱電偶測(cè)溫元件18的測(cè)溫端通過(guò)緊固件或密封爐體上的小孔密封爐體11相連接，而其另一端則與爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)17電氣上相連接，樣品輸送機(jī)構(gòu)7通過(guò)緊固件與密封爐體11的端部相連接。
超聲起霧器2主要包括超聲發(fā)生裝置21、傳能液體介質(zhì)22與其承載腔23、霧源24與其承載腔25、起震膜26、霧源液面保持及補(bǔ)給容器27和連通管路28，其連接方式為傳能液體介質(zhì)承載腔23通過(guò)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)與超聲發(fā)生裝置21的超聲換能元件29相連接，傳能液體介質(zhì)22注入傳能液體介質(zhì)承載腔23內(nèi)，起震膜26通過(guò)機(jī)械張緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在霧源承載腔25的底部開口上，霧源24通過(guò)霧源液面保持及補(bǔ)給容器27注入霧源承載腔25內(nèi)，霧源承載腔25浸泡在傳能液體介質(zhì)22內(nèi)，霧源液面保持及補(bǔ)給容器27通過(guò)連通管路28與霧源承載腔25相連。
霧氣輸送系統(tǒng)3主要包括氣瓶31、減壓閥32、氣體流量測(cè)量和控制元件33、斷開閥34、及輸送管路35，其連接方式為氣瓶31、減壓閥32、氣體流量測(cè)量和控制元件33、斷開閥34通過(guò)輸送管路35依次相連，并通過(guò)輸送管路35與超聲起霧器2中的霧源承載腔25的進(jìn)氣口相連。
霧氣均勻分配噴頭4主要包括霧氣緩沖腔室41、水冷套層42、噴霧小孔陣列43、循環(huán)水泵44、冷卻水儲(chǔ)存容器45，輸送管路46，其連接方式為水冷套層42包圍霧氣緩沖腔室41的外部，噴霧小孔陣列43設(shè)置在霧氣緩沖腔室41的底部出口處，冷卻水47被注入導(dǎo)冷卻水儲(chǔ)存容器45內(nèi)，冷卻水儲(chǔ)存容器45的出水口，水冷套層42的進(jìn)水口、水冷套層42的出水口、循環(huán)水泵44的進(jìn)水口、循環(huán)水泵44的出水口、冷卻水儲(chǔ)存容器45的進(jìn)水口通過(guò)輸送管路46依次相連。
尾氣抽取與處理系統(tǒng)5主要包括鹼性溶液51及其承載容器52、耐鹼泵53、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)54、氣體輸送管路55、液體輸送管路56、尾氣抽取口57，其連接方式為稀鹼性溶液51設(shè)置在稀鹼性溶液承載容器52內(nèi)，鹼性溶液承載容器52的出水口、耐鹼泵53的進(jìn)水口、耐鹼泵53的出水口、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)54的進(jìn)水口、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)55的出水口、鹼性溶液承載容器52的進(jìn)水口通過(guò)液體輸送管路56相連，而流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)54的負(fù)壓端則與密封爐體11的尾氣抽取口57通過(guò)氣體輸送管路相連。
樣品裝載機(jī)構(gòu)6以高比熱、高導(dǎo)熱、低摩擦系數(shù)陶瓷為材料，設(shè)有機(jī)械構(gòu)造61、推拉點(diǎn)62、滑塊63，其連接方式為樣品定位通過(guò)樣品裝載機(jī)構(gòu)6的機(jī)械構(gòu)造61實(shí)現(xiàn)，推拉點(diǎn)62通過(guò)樣品裝載機(jī)構(gòu)推送邊中部的機(jī)械構(gòu)造61實(shí)現(xiàn)，滑塊63與樣品裝載機(jī)構(gòu)6的底部和側(cè)邊相連。
樣品輸送機(jī)構(gòu)7主要包括密封外套71、推拉臂72、精密驅(qū)動(dòng)部件73，其連接方式為推拉臂72通過(guò)支撐元件與密封外套71相聯(lián)，設(shè)置于密封外套71的中心軸線上，精密驅(qū)動(dòng)部件73與推拉臂72通過(guò)緊固件相連。
精密驅(qū)動(dòng)部件73主要包括精密驅(qū)動(dòng)部件的外磁極74、步進(jìn)電機(jī)75、絲杠機(jī)構(gòu)76、線性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平移元件77、精密驅(qū)動(dòng)部件的內(nèi)磁極78，其連接方式為精密驅(qū)動(dòng)部件的內(nèi)磁極78與推拉臂72通過(guò)緊固件相連，并通過(guò)支撐元件與精密驅(qū)動(dòng)部件的外磁極74通過(guò)支撐元件與密封外套71的外部相連，精密驅(qū)動(dòng)部件的步進(jìn)電機(jī)75通過(guò)絲杠機(jī)構(gòu)76與線性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平移元件77通過(guò)緊固件相連。
權(quán)利要求
1.一種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，主要包括加熱爐1、超聲起霧器(2)、霧氣輸送系統(tǒng)(3)，其特征在于還包括霧氣均勻分配噴頭(4)、負(fù)壓尾氣抽取與處理系統(tǒng)(5)、樣品裝載機(jī)構(gòu)(6)和樣品輸送機(jī)構(gòu)(7)，連接方式為霧氣均勻分配噴頭(4)通過(guò)樣品輸送機(jī)構(gòu)(7)直接與加熱爐(1)相連接，霧氣輸送系統(tǒng)(3)、超聲起霧器(2)、霧氣均勻分配噴頭(4)、尾氣抽取與處理系統(tǒng)(5)則通過(guò)小口徑管路依次相連接，樣品裝載機(jī)構(gòu)(6)是獨(dú)立的部件，與樣品一起裝載和卸載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，其特征是加熱爐(1)是設(shè)備的主體，主要包括密封爐體(11)、密封爐門(12)和(13)、電加熱元件(14)、保溫外層(15)、外殼(16)、爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)(17)，其連接方式為密封爐門(12)和密封卸載(13)通過(guò)鉸鏈機(jī)構(gòu)與密封爐體(11)相連接，電加熱元件(14)通過(guò)緊固件與密封爐體(11)的底部相連接，保溫外層(15)通過(guò)密封爐體外殼(16)設(shè)置在密封爐體(11)的外面，爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)(17)的熱電偶測(cè)溫元件(18)的測(cè)溫端通過(guò)緊固件或密封爐體(11)上的小孔密封爐體相連接，而其另一端則與爐腔測(cè)溫與控制系統(tǒng)(17)電氣上相連接，樣品輸送機(jī)構(gòu)(7)通過(guò)緊固件與密封爐體(11)的端部相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，其特征是超聲起霧器(2)主要包括超聲發(fā)生裝置(21)、傳能液體介質(zhì)(22)與其承載腔(23)、霧源(24)與其承載腔(25)、起震膜(26)、霧源液面保持及補(bǔ)給容器(27)和連通管路(28)，其連接方式為傳能液體介質(zhì)承載腔(23)通過(guò)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)與超聲發(fā)生裝置(21)的超聲換能元件(29)相連接，傳能液體介質(zhì)(22)注入傳能液體介質(zhì)承載腔(23)內(nèi)，起震膜(26)通過(guò)機(jī)械張緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在霧源承載腔(25)的底部開口上，霧源(24)通過(guò)霧源液面保持及補(bǔ)給容器(27)注入霧源承載腔(25)內(nèi)，霧源承載腔(25)浸泡在傳能液體介質(zhì)(22)內(nèi)，霧源液面保持及補(bǔ)給容器(27)通過(guò)連通管路(28)與霧源承載腔(25)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，其特征是霧氣輸送系統(tǒng)(3)主要包括氣瓶(31)、減壓閥(32)、氣體流量測(cè)量和控制元件(33)、斷開閥(34)、及輸送管路(35)，其連接方式為氣瓶(31)、減壓閥(32)、氣體流量測(cè)量和控制元件(33)、斷開閥(34)通過(guò)輸送管路(35)依次相連，并通過(guò)輸送管路(35)與超聲起霧器(2)中的霧源承載腔(25)的進(jìn)氣口相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，其特征是霧氣均勻分配噴頭(4)主要包括霧氣緩沖腔室(41)、水冷套層(42)、噴霧小孔陣列(43)、循環(huán)水泵(44)、冷卻水儲(chǔ)存容器(45)、輸送管路(46)，其連接方式為水冷套層(42)包圍霧氣緩沖腔室(41)的外部，噴霧小孔陣列(43)設(shè)置在霧氣緩沖腔室(41)的底部出口處，冷卻水(47)設(shè)置在導(dǎo)冷卻水儲(chǔ)存容器(45)內(nèi)，冷卻水儲(chǔ)存容器(45)的出水口，水冷套層(42)的進(jìn)水口、水冷套層(42)的出水口、循環(huán)水泵(44)的進(jìn)水口、循環(huán)水泵(44)的出水口、冷卻水儲(chǔ)存容器(45)的進(jìn)水口通過(guò)輸送管路(46)依次相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，其特征是尾氣抽取與處理系統(tǒng)(5)主要包括鹼性溶液(51)及其承載容器(52)、耐鹼泵(53)、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(54)、氣體輸送管路(55)、液體輸送管路(56)、尾氣抽取口(57)，其連接方式為稀鹼性溶液(51)設(shè)置在稀鹼性溶液承載容器(52)內(nèi)，鹼性溶液承載容器(52)的出水口、耐鹼泵(53)的進(jìn)水口、耐鹼泵(53)的出水口、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(54)的進(jìn)水口、流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(55)的出水口、鹼性溶液承載容器(52)的進(jìn)水口通過(guò)液體輸送管路(56)相連，而流體負(fù)壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(54)的負(fù)壓端則與密封爐體(11)的尾氣抽取口(57)通過(guò)氣體輸送管路相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，其特征是樣品裝載機(jī)構(gòu)(6)以高比熱、高導(dǎo)熱、低摩擦系數(shù)陶瓷為材料，設(shè)有機(jī)械構(gòu)造(61)、推拉點(diǎn)(62)、滑塊(63)，其連接方式為樣品定位通過(guò)樣品裝載機(jī)構(gòu)(6)的機(jī)械構(gòu)造(61)實(shí)現(xiàn)，推拉點(diǎn)(62)通過(guò)樣品裝載機(jī)構(gòu)推送邊中部的機(jī)械構(gòu)造(61)實(shí)現(xiàn)，滑塊(63)與樣品裝載機(jī)構(gòu)(6)的底部和側(cè)邊相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，其特征是樣品輸送機(jī)構(gòu)(7)主要包括密封外套(71)、推拉臂(72)、精密驅(qū)動(dòng)部件(73)，其連接方式為推拉臂(72)通過(guò)支撐元件與密封外套(71)相聯(lián)，設(shè)置于密封外套(71)的中心軸線上，精密驅(qū)動(dòng)部件(73)與推拉臂(72)通過(guò)緊固件相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的這種超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備，其特征是精密驅(qū)動(dòng)部件(73)主要包括精密驅(qū)動(dòng)部件的外磁極(74)、步進(jìn)電機(jī)(75)、絲杠機(jī)構(gòu)(76)、線性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平移元件(77)、精密驅(qū)動(dòng)部件的內(nèi)磁極(78)，其連接方式為精密驅(qū)動(dòng)部件的內(nèi)磁極(78)與推拉臂通過(guò)緊固件相連，并通過(guò)支撐元件與精密驅(qū)動(dòng)部件的外磁極(74)通過(guò)支撐元件與密封外套(71)的外部相連，精密驅(qū)動(dòng)部件的步進(jìn)電機(jī)(75)通過(guò)絲杠機(jī)構(gòu)(76)與線性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平移元件(77)通過(guò)緊固件相連。
全文摘要
超聲起霧效應(yīng)制備薄膜的大面積沉積設(shè)備屬于薄膜材料領(lǐng)域。主要包括加熱爐、超聲起霧器、霧氣輸送系統(tǒng)、霧氣均勻分配噴頭、負(fù)壓尾氣抽取與處理系統(tǒng)、樣品裝載機(jī)構(gòu)和樣品輸送機(jī)構(gòu)，霧氣均勻分配噴頭和樣品輸送機(jī)構(gòu)直接與加熱爐相連接，霧氣輸送系統(tǒng)、超聲起霧器、霧氣均勻分配噴頭、尾氣抽取與處理系統(tǒng)則通過(guò)小口徑管路依次相連接，樣品裝載機(jī)構(gòu)是獨(dú)立的部件，與樣品一起裝載和卸載。本發(fā)明使在大面積上獲得膜厚均勻的各種薄膜在技術(shù)上成為可能，設(shè)備成本大大降低，設(shè)備成本僅為同樣生產(chǎn)能力的常壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備的1/3左右，這樣的價(jià)格減少正是氧化物透明導(dǎo)電膜玻璃在這些領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用的必要條件。
文檔編號(hào)C23C4/12GK1424424SQ0215778
公開日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者奚建平, 徐東, 蔡炳初 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)