用于有机薄膜的堆积的分子束源

摘要

一种用于堆积有机薄膜的分子束源，能够在大尺寸基底的膜形成表面上形成均匀薄膜，而不会在释放膜形成材料的分子的开口处产生膜形成材料的沉积或分离，其中阀33设置在从所述分子加热部12开始到所述用于向膜形成表面释放产生的膜形成材料的分子的分子释放开口14的空间内，此外，加热器18和19设置在分子释放开口14的侧面，用于加热要释放的膜形成材料的分子。在分子释放开口14侧面设置有具有锥形导壁的外导件13，以及还有具有锥形导壁的内导件16，其设置在所述外导件内。在外导件13和内导件16之间，形成有分子释放通道17，其直径沿分子释放的方向逐渐增大。加热器18和19分别设置在外导件13和内导件16上，此外，除了这些，加热器20设置为贯穿分子释放开口14，由此在释放开口处几乎不会发生变窄及/或阻塞。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于有机薄膜的堆积(accumulate)的分子束源，用于加热将以薄膜形态形成在固体物体或物质如基底等的表面上的材料，从而熔化并蒸发薄膜形成材料；即产生蒸发分子以在固体物体的表面上长成薄膜，更特定地，它涉及一种用于有机材料的薄膜的堆积的分子束源，其适于用于将有机材料的薄膜的堆积在如基底等的固体物体的薄膜形成表面。

背景技术

近年来，对有机薄膜元件有所关注，例如，作为其中典型的或代表性的成员，有机电致发光(即EL)及/或有机半导体。对这样的薄膜元件，在真空中加热有机材料，以便将蒸气喷到基底的表面，然后让它冷却；由此其被固化或粘合在上面。通常使用下列方法，其中有机材料被放在由例如钨等具有高熔点的材料制成的熔炉或坩锅中，然后借助于加热器通过加热坩锅的周围来加热该要形成薄膜的材料；由此产生要喷在基底上的蒸气。

然而，由于几乎所有有机材料即膜形成材料都较差，特别是在热传导率上，借助于如上面提到的蒸发装置，不可能均匀地加热该膜形成材料，因此产生一个缺点即它导致蒸气产生的不均匀或不一致。也很明显，这样的缺点会带来更大的问题，特别是，如果试图将大量有机材料放入坩锅中的话。

于是，如在下面的专利文献1中所述，提出将一种热稳定并化学稳定的材料，及也在热传导率上明显优于膜形成材料的材料，与膜形成材料一起放入到坩锅中，由此，使上面提到的缺陷得到解决。

另外，作为涉及膜形成材料的蒸发手段的另一缺陷，也指出其一恶果；即由于在高蒸发压力和低温的环境下有机膜形成材料可产生蒸气，只要将该材料放入坩锅中并将其设置在真空中则会无意地或意料不到地产生膜形成材料的蒸气，由此对基底带来污染。为了处理上面提到的这种缺陷，如在下面的专利文献2中所述，提出一种想法，其通过针形阀调节蒸气的量，同时使坩锅在结构上是封闭型的。

专利文献1：日本专利公开号2003-2778；及

专利文献2：日本专利公开号2003-95787。

发明内容

从本发明发明人所作的研究中发现，通过将一种在热传导率上优于膜形成材料的材料，与膜形成材料一起放入到坩锅中，可能均匀地产生蒸气。然而，也发现，如果试图在大尺寸基底的膜形成表面上，一致地或均匀地形成有机材料薄膜，必须在蒸发源和基底之间采用大的间隔，因此其极大地损害或降低了材料使用的效率。同样，通过借助于如针形阀中断用于放出分子的开口，也是实现对蒸发材料的排出/阻塞的控制的较好的方法，然而作为释放分子的开口，它过于狭窄，即接近于点状，因此它也带来一种缺陷即它不能应用于在大尺寸基底的膜形成表面上形成均匀薄膜。

同样，有机膜形成材料也具有高蒸发压力，它在低温下产生蒸气。；然而，在温度降低时它可容易地再凝结。由于这个原因，当膜形成材料的蒸气接触到邻近用于释放分子的开口的壁表面而温度下降时，那么有机膜形成材料分离或沉积在壁表面上。这种情况的结果是，用于释放分子的开口变窄或其被阻塞；由此，降低了在基底上形成膜的效率或对膜形成带来有害效果。除了这些，在用于释放分子的开口附近再凝结或固化的有机膜形成材料会从壁表面上片状脱落，而在粉状环境下在真空空间中漂浮散落；即增大了其附着在要形成薄膜的薄膜表面上的几率。

根据本发明，它的实现是通过考虑到关于上面提到的用于堆积有机薄膜的常规分子束源所具有的缺陷，特别是，通过研究该释放分子的部分的结构，特别是释放分子的开口，以及作为其结果，目的是提供用于堆积有机薄膜的分子束源，该分子束源能够在大尺寸基底的膜形成表面上形成均匀薄膜，也能防止膜形成材料在释放膜形成材料的分子的开口处分离或沉积，由此几乎不会在释放用的开口处引起窄化及/或阻塞。

为了实现上面提到的目的，根据本发明，首先提供一种用于堆积有机薄膜的分子束源，特别是，用于蒸发有机材料的，包括：蒸气产生源；外导件，其在释放膜形成材料的分子的开口的侧面具有锥形导壁，该膜形成材料的分子在所述蒸气产生源中产生，朝向膜形成表面；内导件，其设置在所述外导件内部，具有锥形导壁；分子释放通道，其形成在所述外导件和所述内导件之间，具有其中有直径的锥形，其沿释放分子的方向逐渐增大。在外导件和内导件内分别设置有加热器，由此在分子释放通道内部和外部形成加热器。

用这样的将加热器设置在蒸气容易再凝结的分子释放开口处的分子束源，从而防止蒸发材料分离或沉积在分子释放开口附近，而几乎不会在释放分子的开口处发生由于蒸气的再凝结或分离而引起的变窄及/或阻塞。这使得能稳定地释放蒸气。

而且，根据本发明，该分子束源如上面提到的那样设置加热器，它还包括一个加热器，其设置为穿过所述分子释放通道，靠近用于支撑所述外导件和所述内导件的组件；因此，可以防止引起蒸气在穿过分子释放通道的支撑组件上再凝结或固化。这样，也可以保护分子释放通道变窄及/或被阻塞，特别是其在快要到分子释放开口的部分。

而且，根据本发明，该分子束源如上面提到的那样设置加热器，它还包括一个阀，其设置在从所述蒸气产生源开始到所述用于向膜形成表面释放在所述蒸气产生源产生的膜形成材料的分子的分子释放开口的路径上；因此通过在开始蒸发时关闭该阀，可以加热该材料而不会泄漏蒸气。由于这个原因，可以容易地将压力保持为稳定在依赖于在蒸气产生源侧面的材料温度的平衡压力。在这种情况下，可以在蒸气产生源该侧保持完全一致或均匀的压力。

然而，根据本发明，如上面提到的在分子束源内设置加热器，设置在分子释放开口的侧面的该加热器具有一缠绕密度，与设置在蒸气产生源的侧面的加热器相比，其为密集的或拥挤的。这样作，可以确保防止蒸气在分子释放开口处再凝结或固化。

此外，根据本发明，如上面提到的在分子束源内设置加热器，该内导件和外导件制作为在指向膜形成表面方向上可互相相对移动。这样，可以调节分子释放开口的开口部为宽或窄。而且，由于可以改变分子释放开口的开口部的中央位置，因此可依赖于例如要形成薄膜的膜形成表面的区域的尺寸等，任意地决定分子的释放条件。

附图说明

参考附图，从下面的详细描述中，本发明这些及其他目的、特征和优点将变得更明显，在附图中：

图1是示出根据本发明一实施例的用于堆积有机薄膜的分子束源的实施例的垂直剖视图；

图2是上面提到的用于堆积有机薄膜的分子束源的正视图；

图3是放大的垂直剖视图，示出上面提到的用于堆积有机薄膜的分子束源的主要的部分，包括分子释放部和设置在其外部的致冷/加热部件；

图4是放大的垂直剖视图，示出该主要部分，特别是，在用上面提到的用于堆积有机薄膜的分子束源对一基底形成膜时的情况下；

图5是放大的垂直剖视图，示出该主要部分，特别是，在将内导件从上面的图4所示的位置改变到一位置处对该基底形成膜时的情况下；

图6是垂直剖视图，示出加热材料包含在上面提到的用于堆积有机薄膜的分子束源的坩锅内；

图7是示出当释放分子时，在分子加热室的侧面及也在分子释放开口侧面的温度的图示，其中在上面提到的用于堆积有机薄膜的分子束源内，加热器不仅设置在分子加热室的侧面，也设置在分子释放开口的侧面；及

图8也是示出当释放分子时，在分子加热室侧面和在分子释放开口侧面的温度的图示，其中在上面提到的用于堆积有机薄膜的分子束源内，加热器不仅设置在分子加热室的侧面，也设置在分子释放开口的侧面。

具体实施方式

根据本发明，阀设置在蒸气的路线上，由此使得能关闭释放的蒸气。而且，加热器设置在蒸气容易凝结或固化的分子释放开口的侧面；由此防止蒸发材料在分子释放开口附近分离或沉积。

以下，参考附图将完整地解释根据本发明的实施例。

图1示出通过升华或蒸发发射膜形成材料“a”的分子束源发射区1。

分子束源发射区1的加热材料容纳部3具有金属如SUS或类似物即具有高热传导率的材料制成的圆柱状蒸气产生源31，在坩锅31内容纳要加热的加热材料“a”。如图6所示，此加热材料“a”具有在核心即粒状热导或热传输介质“c”的表面上的作为膜的主要成分的膜形成材料“b”覆盖层。这样，加热材料“a”容纳在上述加热材料容纳部3的坩锅31中。

而且，除了(in the place)将膜形成材料“b”包覆在热传输介质“c”，膜形成材料“b”和热传输介质“c”可以容纳在加热材料容纳部3的坩锅31内，在以适当比例均匀混合或结合的情况下。例如，在容纳在其中的膜形成材料“b”和热传输介质“c”之间的体积比优选为70％：30％，或多或少。

热传输介质“c”是热稳定及化学稳定的，而且它有具有比膜形成材料“b”的热传导率更高的热传导率的材料制成。例如，热传输介质“c”由高热传输材料如热裂解氮化硼PBN、碳化硅或氮化铝等制成。

如图1所示，围绕坩锅31设置有加热器32，其外周被使用液态氮等冷却的护罩39包围。借助于温度测量装置(未在图中示出)，例如热电偶等，例如其设置在坩锅31上，控制加热器32的产热值或热量值，通过加热在坩锅31中的加热材料“a”容纳在坩锅31内的膜形成材料“b”升华或蒸发；由此产生分子。而且，当加热器32停止产生热量时，使得借助于护罩39使坩锅的内部冷却，于是冷却加热材料“a”，同时，膜形成材料的升华和蒸发停止。

在加热时，通过热传输介质“c”加热膜形成材料“b”。由于热传输介质“c”在热传导率上高于膜形成材料“b”，因此，即使在如果坩锅仅含有膜形成材料“b”则热量不能到达坩锅31的中心的情况下，在热传输介质“c”的帮助下热量传输或传播到坩锅31的中心，然后设置在坩锅31的中心的膜形成材料“b”被加热到融解及/或蒸发。这样作，容纳在坩锅31中的膜形成材料“b”可以被完全地或均匀地加热、融解和蒸发。

而且，由于热传输介质“c”由热稳定的及化学稳定的材料如热裂解氮化硼PBN、碳化硅或氮化铝等制成，如果被加热器32加热到这样的程度即可蒸发膜形成材料“b”时，热传输介质“c”不会融解或蒸发。因此，在从坩锅31的蒸气释放开口2发出的蒸气分子中不会含有热传输介质“c”的分子，因此，它不会对生长结晶的膜的组成产生有害影响。

然而，在膜形成材料“b”是具有电致发光作用或能力的有机低分子材料或有机聚合物材料的情况中，比起金属如铜等其蒸发温度很低；几乎它们都等于或低于200℃。另一方面，其耐热温度也比较低，因此必须在等于或高于其蒸发温度且也等于或小于其耐热温度的温度下加热，以获得上面提到的这样的有机低分子或有机聚合物的蒸发。

阀33设置在膜形成材料的分子从坩锅31释放出的侧面。该阀33，所谓的针形阀，具有尖锐的针部34和包括分子通过开口的阀座35，该分子通过开口通过插入针部34的尖头，可以在其流动通道的横截面区域上被关闭或阻塞或变狭窄。上面提到的针部34通过线性运动在其中心轴方向上移动，所述线性移动在伺服马达36帮助下经过一个皮腔37引入。

如图1所示，分子通过可以被阀33打开或关闭的阀座35的开口，通过引导通道21与分子释放部11连通或导通。该分子释放部11具有圆柱形分子加热室12，加热器15设置该分子加热室12周围。该分子加热室12通过用于将蒸发分子引导或引入到分子加热室12中的引导通道21与上面提到的阀33连通。膜形成材料的分子，从上面提到的阀33的侧面漏出并通过该引导通道21到达分子释放部11，然后，它被再次加热，被分子加热室12内的加热器15加热到想要的温度，并从分子释放开口14发射出而朝向设置在真空室或真空容器内的基底。

图2和图3示出在分子束源发射区1的顶端的分子释放部11的细节。

在分子释放开口14和分子加热室12的顶端的周围部分之间，设置有外导件13。该外导件13的内表面限定一锥形引导表面，其直径沿从分子加热室12的顶端周围侧到分子释放开口14的方向逐渐变大。

此外，在该外导件13内设置有内导件16。如图3所示，内导件16的外表面也限定一引导表面，其具有与上面提到的外导件13的内引导表面相同的斜坡或斜面；即该引导表面也被成形为锥形，其直径沿从分子加热室12的顶端周围侧到分子释放开口14的方向逐渐变大。在该内导件16的引导表面和外导件13的引导表面之间限定了从分子加热室12的顶端周围侧延伸到分子释放开口14的分子释放通道17。

在径向上间隔45°将支柱23插入到在内导件16和外导件13之间确定的分子释放通道17中。在图中示出的本实施例的每个支柱23由两个板状组件构成，该组件设置在内导件16和外导件13上在圆周方向上以一间距分开。螺丝钉24插入到这些支柱23中，借助于螺丝钉24这些支柱23被固定到内导件16和外导件13上。借助于支撑部件的这种支撑结构，其主要包括这些支柱23和螺丝钉24等，内导件16和外导件13安装于中心轴而以同心方式相互设置，并相互固定。

内导件16可以向外导件13移动，在指向要形成薄膜的基底的膜形成表面的方向上，而固定在任意位置。内导件16的可移动的方向是图3中的垂直方向(或上下方向)。内导件16的位置，其由图3中的两点划线示出，显示出当它被向后移动从由实线示出的内导件16的位置后退到分子释放部11的侧面的情形。在当内导件16位于实线所示的位置的时候，比起两点划线所示的位置，内导件16的锥形引导表面接近另一引导表面即外导件13的内表面；因此，分子释放通道17变窄。图4示出当内导件16在由图3中实线所示的位置的情况。同样，图5示出示出当内导件16在由图3中两点划线所示的位置的情况。以这种方式，内导件16可在图3中的垂直方向上移动，它也可固定在任意位置。

在外导件13外侧设置有致冷/加热部件21，其包括加热器18和冷却器22，而外导件13被该致冷/加热部件21包围。通过使用致冷液体例如水或液态氮等，致冷/加热部件21的冷却器22从周围使外导件13冷却或变冷。同样，致冷/加热部件21的加热器18使用例如其中的微加热器从周围加热外导件13，由此加热设置在其内部的分子释放通道17。致冷/加热部件21的加热器18的产热量的密度，即每单位面积产生热量的量，设定为大于设置在分子加热室12外围的加热器15的产热密度。由于此原因，加热器18的缠绕密度要比在分子加热室12中的加热器15的更密集或更稠密。

此外，在内导件16内还安装有加热器19。该加热器19也使用例如其中的微加热器来从内部加热内导件16，由此加热设置在其外部的分子释放通道17。内导件16的加热器19的产热量的密度，即每单位面积产生热量的量，设定为大于设置在分子加热室12外围的加热器15的产热密度。由于此原因，加热器19的缠绕密度要比在分子加热室12中的加热器15的更密集或更稠密。

在设置在外导件13和内导件16之间的分子释放通道17中，设置或连接贯穿其中的加热器20。该加热器20，在当上面提到的螺丝钉插入到支柱23中时其也被插入到支柱23中的情况下，即其接近支柱23和其中的螺丝钉24时，贯穿分子释放通道17。由于加热器20贯穿分子释放通道17，适合利用加热器的中线在外部加热器18和内部加热器19之间连接，然而，加热器20可以是独立的，与那些加热器18、19分开。

以这种方式，除了加热器18和19再次设置在蒸气容易再凝结或固化的分子释放开口附近；即更详细地说，在分子释放通道17的外部和内部，还提供了贯穿分子释放通道17的加热器20，因而，确保防止蒸发材料在分子释放开口14附近沉积或分离。有了这一点，几乎不会发生由于蒸气的再凝结或固化而产生的在分子释放开口的变窄及/或阻塞。特别是，由于加热器20在当螺丝钉插入到支柱23中时其也被插入到支柱23中的情况下，贯穿分子释放通道17，使得能确保防止蒸气在设置为贯穿分子释放通道17的支撑部件如支柱23、螺丝钉24等上再凝结或固化。

图7和8示出在加热分子释放通道17时，通过测量内导件16的壁表面的温度获得的结果，在实际分子释放的试验或实验中，除了在分子加热室12侧面上有加热器15，还在外导件13的侧面上有加热器18以及在内导件16的侧面上有加热器19。特别是，图7示出测量的结果，该测量在作为测温点的靠近分子释放开口14的内导件16的壁表面的顶端侧进行。以及，图8示出测量的结果，该测量在作为测温点的靠近分子加热室12的支柱的基部进行。借助于加热器15加热分子加热室12侧面，而在200℃-400℃范围内改变分子加热室12的壁表面温度，来进行测量。在包括不在外导件13的侧面提供加热器18以及内导件16侧面提供加热器19的那些情况中，使用几种缠绕密度不同的加热器作为在分子释放开口14侧面的加热器，来进行测量。按照每个对在分子加热室12侧面的加热器15的比率，示出了加热器18和加热器19的缠绕密度。

由于用于固定外导件13和内导件16的支撑部件面向或面对分子释放的外侧，归因于辐射，它们容易降温。因为这个原因，当从分子释放开口14释放的膜形成材料的分子接近或接触到外导件13及/或内导件16时，由于热吸收，它们容易再次凝结或固化。

因而，提供设置外导件13侧面的加热器18，其具有在分子加热室12侧面的加热器15的四倍或更多倍的缠绕密度；可以使内导件16的壁表面温度到达接近分子加热室12的温度。此外，还在外导件16侧面提供加热器19，并使两者的缠绕密度为在分子加热室12的侧面的加热器15的十二倍；可以保持内导件16的壁表面的温度等于或高于分子加热室12的温度。另外，将加热器20与螺丝钉24一起插入到支柱23中，贯穿分子释放通道17；因此，支撑部件如支柱23和螺丝钉24等，其设置为贯穿分子释放通道17，也可以保持特别是与其温度相近。

如上面充分论述的，根据所述用于堆积有机薄膜的分子束源，可以防止蒸汽产生源意外地释放蒸汽，由此，使得能在稳定的不变条件下释放蒸汽，因此，可以在基底的膜形成表面上稳定地形成薄膜。这样，即使在大尺寸的基底上也可以形成均匀的薄膜。而且，有了设置在蒸汽释放开口侧面的加热器，可以防止膜形成材料的蒸汽再凝结或固化，在蒸汽释放开口处形成膜形成材料的沉积或分离。这样，在分子释放开口几乎不会发生变窄及/或阻塞；因此，可以在较长时间内稳定地释放分子。以及，能稳定地形成膜。

可以不偏离本发明精神或本质特征或特点以其他特定形式实施本发明。因此，本实施例被认为是在所有方面上为说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上面的描述表示，因此包含等价于权利要求的范围。