可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备的制作方法

1.本实用新型有关于一种可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，可避免在进行原子层沉积的过程中，造成粉末沾黏在腔体或盖体的内表面。


背景技术：

2.奈米颗粒(nanoparticle)一般被定义为在至少一个维度上小于100奈米的颗粒，奈米颗粒与宏观物质在物理及化学上的特性截然不同。一般而言，宏观物质的物理特性与本身的尺寸无关，但奈米颗粒则非如此，奈米颗粒在生物医学、光学和电子等领域都具有潜在的应用。
3.量子点(quantum dot)是半导体材料的奈米颗粒，目前研究的半导体材料为ii-vi材料，如zns、cds、cdse等，其中又以cdse最受到瞩目。量子点的尺寸通常在2至50奈米之间，量子点被紫外线照射后，量子点中的电子会吸收能量，并从价带跃迁到传导带。被激发的电子从传导带回到价带时，会通过发光释放出能量。
4.量子点的能隙与尺寸大小相关，量子点的尺寸越大能隙越小，经照射后会发出波长较长的光，量子点的尺寸越小则能隙越大，经照射后会发出波长较短的光。例如5到6奈米的量子点会发出橘光或红光，而2到3奈米的量子点则会发出蓝光或绿光，当然光色还需取决于量子点的材料组成。
5.应用量子点的发光二极管(led)产生的光接近连续光谱，同时具有高演色性，并有利于提高发光二极管的发光品质。此外亦可通过改变量子点的尺寸调整发射光的波长，使得量子点成为新一代发光装置及显示器的发展重点。
6.量子点虽然具有上述的优点及特性，但在应用或制造的过程中容易产生团聚现象。此外量子点具有较高的表面活性，并容易与空气及水气发生反应，进而缩短量子点的寿命。
7.具体来说，将量子点制作成为发光二极管的密封胶时，可能会产生团聚效应，而降低量子点的光学性能。此外，量子点在制作成发光二极管的密封胶后，外界的氧或水气仍可能会穿过密封胶而接触量子点的表面，导致量子点氧化，并影响量子点及发光二极管的效能或使用寿命。量子点表面的缺陷及悬空键(dangling bonds)亦可能造成非辐射复合(non-radiative recombination)，同样会影响量子点的发光效率。
8.目前业界主要通过原子层沉积(atomic layer deposition，ald)在量子点的表面形成一层奈米厚度的薄膜，或者是在量子点的表面形成多层薄膜，以形成量子井结构。
9.原子层沉积可以在基板上形成厚度均匀的薄膜，并可有效控制薄膜的厚度，理论上亦适用于三维的量子点。量子点静置在承载盘时，相邻的量子点之间会存在接触点，使得原子层沉积的前驱物气体无法接触这些接触点，并导致无法在所有的奈米颗粒的表面皆形成厚度均匀的薄膜。


技术实现要素：

10.为了解决上述先前技术的问题，本实用新型提出一种可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，可于原子层沉积制程中充份搅拌粉末，使得粉末扩散到真空腔体的反应空间的各个区域，以利于在各个粉末的表面上形成厚度均匀的薄膜。
11.本实用新型的一目的，在于提供一种可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，主要包括一驱动单元、一轴封装置及一真空腔体，其中驱动单元经由轴封装置连接并带动真空腔体转动。真空腔体包括一腔体及一盖体，其中盖体的内表面上设置至少一凹槽，而腔体则具有一空间。当盖体连接腔体时，盖体内表面的凹槽会与腔体的空间形成一反应空间。
12.位于盖体内表面的凹槽包括一底面及一第一环形斜面，其中底面通过第一环形斜面连接内表面，使得在内表面上凹槽形状近似一截顶圆锥状体。通过盖体及腔体形成特殊形状的反应空间，可有效避免在进行原子层沉积的过程中，发生粉末沾黏在盖体及/或腔体的情形。
13.腔体包括一底部、一第二环形斜面及一内侧表面，其中底部通过第二环形斜面连接内侧表面。腔体的底部及第二环形斜面可形成近似一截顶圆锥状体的空间，而腔体的内侧表面则形成近似一圆柱体的空间，可进一步防止粉末沾黏在盖体及/或腔体上。
14.本实用新型的一目的，在于提供一种可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，其中轴封装置包括一内管体及一外管体。内管体设置在外管体的容置空间内，内管体具有一连接空间用设置至少一抽气管线、至少一进气管线及至少一非反应气体输送管线。非反应气体输送管线及/或进气管线可连接一延伸管体，并经由延伸管体将前驱物气体及/或非反应气体输送至真空腔体的反应空间。
15.本实用新型所述的延伸管体可穿过腔体的空间，并延伸至盖体的凹槽内。此外，延伸管体的端部及/或管壁上可设置至少一出气孔，并经由出气孔将前驱物气体及/或非反应气体输送至反应空间。通过延伸管体的设置，可使得前驱物气体均匀地扩散至反应空间内，并可使得非反应气体均匀的吹动反应空间内的粉末，使得粉末扩散至反应空间的各个区域。
16.为了达到上述的目的，本实用新型提出一种可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，包括：一真空腔体，包括：一腔体，包括一底部及一内侧表面，其中底部及内侧表面形成一空间；一盖体，包括一内表面、一底面及一第一环形斜面，其中底面通过第一环形斜面连接内表面，并在盖体的内表面形成一凹槽，其中盖体的内表面覆盖腔体的空间，使得盖体的凹槽面对空间，并在盖体及腔体之间形成一反应空间；一轴封装置，包括一外管体及一内管体，其中外管体具有一容置空间，用以容置内管体，其中外管体连接真空腔体；一驱动单元，连接外管体，并经由外管体带动真空腔体转动；至少一抽气管线，位于轴封装置的内管体内，流体连接真空腔体的反应空间，并用以抽出反应空间内的一气体；及至少一进气管线，位于轴封装置的内管体内，流体连接真空腔体的反应空间，并用以将一前驱物气体或一非反应气体输送至反应空间。
17.本实用新型提出另一种可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，包括：一真空腔体，包括：一腔体，包括一底部、一环形斜面及一内侧表面，其中底部经由环形斜面连接内侧表面，并在底部、环形斜面及内侧表面之间形成一空间；一盖体，包括一内表面，盖体的内表面覆盖腔体的空间，并在盖体及腔体之间形成一反应空间；一轴封装置，包括一外管体及一
内管体，其中外管体具有一容置空间，用以容置内管体，其中外管体连接真空腔体；一驱动单元，连接外管体，并经由外管体带动真空腔体转动；至少一抽气管线，位于轴封装置的内管体内，流体连接真空腔体的反应空间，并用以抽出反应空间内的一气体；及至少一进气管线，位于轴封装置的内管体内，流体连接真空腔体的反应空间，并用以将一前驱物气体或一非反应气体输送至反应空间。
18.所述的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，其中腔体包括一第二环形斜面，底部经由第二环形斜面连接内侧表面。
19.所述的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，其中盖体的底面与第一环形斜面之间具有一第一夹角，第一环形斜面与腔体的内侧表面之间具有一第二夹角，第一夹角介于100度至170度之间，而第二夹角则介于170度至100度之间，腔体的底部与第二环形斜面之间具有一第三夹角，第二环形斜面与腔体的内侧表面之间具有一第四夹角，第三夹角介于100度至170度之间，而第四夹角则介于170度至100度之间。
20.所述的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，其中腔体的底部面对盖体的底面，腔体的内侧表面为一圆柱状体，圆柱状体的周长等于盖体的第一环形斜面的最大周长。
21.所述的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，其中盖体的底面与第一环形斜面之间具有一第一夹角，第一环形斜面与腔体的内侧表面之间具有一第二夹角，第一夹角介于100度至170度之间，而第二夹角则介于170度至100度之间。
22.所述的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，包括一延伸管体连接进气管线，延伸管体位于反应空间内，并延伸至盖体的凹槽内。
23.所述的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，其中腔体的底部与环形斜面之间具有一第一夹角，环形斜面与腔体的内侧表面之间具有一第二夹角，第一夹角介于100度至170度之间，而第二夹角则介于170度至100度之间。
24.所述的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，其中盖体的内表面包括一凹槽，盖体的内表面覆盖腔体的空间，使得盖体的凹槽与腔体的空间形成反应空间。
25.本实用新型的有益效果是：提供一种新颖的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，透过真空腔体内的反应空间的特殊形状设计，可避免在进行原子层沉积的过程中，造成粉末沾黏在腔体或盖体的内表面。
附图说明
26.图1为本实用新型可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备一实施例的立体示意体。
27.图2为本实用新型可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备一实施例的部分分解剖面示意图。
28.图3为本实用新型可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备一实施例的剖面示意图。
29.图4为本实用新型可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备的轴封装置一实施例的剖面示意图。
30.图5为一般粉末原子层沉积机台的盖体表面的粉末沾黏情形的实际照片。
31.图6为本实用新型可减少粉末沾黏的粉末原子层沉积机台的盖体表面的粉末沾黏
情形的实际照片。
32.图7为本实用新型可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备又一实施例的剖面示意图。
33.图8为本实用新型可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备的腔体及盖体一实施例的立体示意图。
34.图9为本实用新型可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备又一实施例的剖面示意图。
35.附图标记说明：10-可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备；11-真空腔体；111-盖体；1111-内表面；1112-凹槽；1113-底面；1114-凹槽；1115-第一环形斜面；1117-圆角；113-腔体；1131-底部；1133-内侧表面；1135-圆角；1137-第二环形斜面；1139-环形斜面；115-角落；12-反应空间；121-粉末；122-空间；123-第一空间；125-第二空间；127-第三空间；13-轴封装置；131-外管体；132-容置空间；133-内管体；134-连接空间；14-齿轮；15-驱动单元；171-非反应气体输送管线；172-延伸管体；1721-出气孔；173-进气管线；175-加热器；177-抽气管线；179-温度感测单元；a1-第一夹角；a2-第二夹角；a3-第三夹角；a4-第四夹角。
具体实施方式
36.请参阅图1、图2、图3及图4分别为本实用新型可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备一实施例的立体示意图、部分分解剖面示意图、剖面示意图及可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备的轴封装置的剖面示意图。如图所示，可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备10主要包括一真空腔体11、一轴封装置13及一驱动单元15，其中驱动单元15通过轴封装置13连接并带动真空腔体11转动。
37.真空腔体11包括一盖体111及一腔体113，其中盖体111的一内表面1111用以覆盖腔体113，并在两者之间形成反应空间12。具体而言，腔体113包括一底部1131及一内侧表面1133，其中底部1131连接内侧表面1133，并在两者之间形成一空间122。
38.盖体111的内表面1111用以连接腔体113，并覆盖腔体113的空间122，以在盖体111及腔体113之间形成密闭的反应空间12，用以容置复数颗粉末121，其中真空腔体11静置时，粉末121会受到重力作用沉积在反应空间12的下半部。粉末121可以是量子点(quantum dot)，例如zns、cds、cdse等ii-vi半导体材料，而形成在量子点上的薄膜可以是三氧化二铝(al2o3)。
39.轴封装置13包括一外管体131及一内管体133，其中外管体131具有一容置空间132，而内管体133则具有一连接空间134，例如外管体131及内管体133可为空心柱状体。外管体131的容置空间132用以容置内管体133，其中外管体131及内管体133同轴设置。轴封装置13可以是一般常见的轴封或磁流体轴封，主要用以隔离真空腔体11的反应空间12与外部的空间，以维持反应空间12的真空。
40.驱动单元15连接轴封装置13的一端，并通过轴封装置13带动真空腔体11转动，例如通过外管体131连接真空腔体11，并通过外管体131带动真空腔体11转动。
41.驱动单元15可连接并带动外管体131及真空腔体11以同一方向持续转动，例如顺时针或逆时针方向持续转动。在本实用新型一实施例中，驱动单元15可为马达，通过至少一齿轮14连接外管体131，并经由齿轮14带动外管体131及真空腔体11相对于内管体133转动。
42.内管体133的连接空间134内可设置至少一非反应气体输送管线171、至少一进气管线173、一加热器175、一抽气管线177及/或一温度感测单元179，如图2、图3及图4所示。
43.抽气管线177流体连接真空腔体11的反应空间12，并用以抽出反应空间12内的气体，使得反应空间12为真空状态，以进行原子层沉积制程。具体而言抽气管线177可连接一帮浦，并通过帮浦抽出反应空间12内的气体。
44.进气管线173流体连接真空腔体11的反应空间12，并用以将一前驱物气体或一非反应气体输送至反应空间12，其中非反应气体可以是氮气或氩气等惰性气体。例如进气管线173可通过阀件组连接一前驱物气体储存槽及一非反应气体储存槽，并通过阀件组将前驱物气体输送至反应空间12内，使得前驱物气体沉积在粉末121表面。在实际应用时，进气管线173可能会将一载送气体(carriergas)及前驱物气体一起输送到反应空间12内。而后通过阀件组将非反应气体输送至反应空间12内，并通过抽气管线177抽气，以去除反应空间12内的前驱物气体。在本实用新型一实施例中，进气管线173可连接复数个分枝管线，并分别通过各个分枝管线将不同的前驱物气体依序输送至反应空间12内。
45.此外进气管线173可增大输送至反应空间12的非反应气体的流量，并通过非反应气体吹动反应空间12内的粉末121，使得粉末121受到非反应气体的带动，而扩散到反应空间12的各个区域。
46.在本实用新型一实施例中，进气管线173及非反应气体输送管线171都可以用以将非反应气体输送至反应空间12，其中进气管线173输送的非反应气体的流量较小，主要用以去除反应空间12内的前驱物气体，而非反应气体输送管线171输送的非反应气体的流量较大，主要用以吹动反应空间12内的粉末121。
47.本实用新型的驱动单元15带动外管体131及真空腔体11转动时，内管体133及其内部的非反应气体输送管线171、抽气管线177及进气管线173不会随着转动，有利于提高进气管线173及/或非反应气体输送管线171输送至反应空间12的非反应气体及/或前驱物气体的稳定度。
48.加热器175用以加热连接空间134及内管体133，并通过加热器175加热内管体133内的抽气管线177、进气管线173及/或非反应气体输送管线171。温度感测单元179则用以量测加热器175或连接空间134的温度，以得知加热器175的工作状态。当然在真空腔体11的内部、外部或周围通常会设置另一个加热装置，其中加热装置邻近或接触真空腔体11，并用以加热真空腔体11及反应空间12。
49.在本实用新型实施例中，盖体111的内表面1111可设置一底面1113及一第一环形斜面1115，其中第一环形斜面1115环绕设置在底面1113的周围。底面1113经由第一环形斜面1115连接盖体111的内表面1111，并在盖体111的内表面1111上形成一凹槽1112。
50.当盖体111的内表面1111覆盖腔体113的空间122时，盖体111的内表面1111及/或底面1113朝向腔体113的底部1131。盖体111的凹槽1112会与腔体113的空间122形成反应空间12，其中盖体111的底面1113约略平行腔体113的底部1131。此外腔体113的底部1131与内侧表面1133之间具有一圆角1135，其中圆角1135环绕在腔体113的底部1131的周围。
51.具体而言，本实用新型实施例的盖体111的底面1113及/或腔体113的底部1131的面积小于腔体113的内侧表面1133的截面积，而第一环形斜面1115的最大周长则约略与腔体113的内侧表面1133的周长相近。
52.当盖体111连接腔体113时，盖体111的第一环形斜面1115的外缘会对齐腔体113的内侧表面1133，其中盖体111的底面1113经由第一环形斜面1115连接腔体113的内侧表面1133，以在盖体111及腔体113之间的反应空间12形成一个整体性的空间。
53.具体而言，盖体111的底面1113与第一环形斜面1115之间具有一第一夹角a1，而第一环形斜面1115与腔体113的内侧表面1133之间则具有一第二夹角a2，其中第一夹角a1介于100度至170度之间，而第二夹角a2则介于170度至100度之间。当然上述第一夹角a1及第二夹角a2的角度范围仅为本实用新型一实施例，并非本实用新型权利范围的限制。
54.在本实用新型一实施例中，第一环形斜面1115可投射在平行底面1113的虚拟平面上，并形成一虚拟圆环，其中虚拟圆环的内圆与外圆之间的距离与底面1113的半径的比介于6:1至1:6之间。当然上述第一环形斜面1115与底面1113之间投射长度的范围仅为本实用新型一实施例，并非本实用新型权利范围的限制。
55.本实用新型实施例的盖体111与腔体113形成的反应空间12可被区分为第一空间123及一第二空间125，其中第一空间123的截顶圆椎状体，第二空间125近似圆柱状体。通过本实用新型实施例的反应空间12的特殊形状设计，可有效防止在进行原子层沉积的过程中，造成粉末121沾黏在盖体111及/或腔体113的表面。
56.本实用新型所述的真空腔体11的反应空间12内具有一延伸管体172，如图3所示，其中延伸管体172连接进气管线173及/或非反应气体输送管线171，并延伸至盖体111的凹槽1112或真空腔体11的第一空间123内。延伸管体172的端部及/或管壁上可设置至少一出气孔1721，并经由出气孔1721将前驱物气体或非反应气体输送至反应空间12。
57.具体而言，本实用新型主要透过盖体111及腔体113形成特殊形状的反应空间12，以减少粉末121沾黏在真空腔体11的表面。如图5所示，当盖体111及/或腔体113不具有本实用新型所述的特殊形状时，例如盖体111及腔体113形成的反应空间12为圆柱状，粉末121往往会沾黏在盖体111及/或腔体113的角落115位置，并造成粉末121的损耗。相较之下，如图6所示，当盖体111及/或腔体113具有本实用新型所述的特殊形状时，可大幅减少粉末121沾黏的情形，并可有效减少粉末121不必要的消耗。
58.在本实用新型另一实施例中，如图7及图8所示，腔体113可包括一底部1131、一内侧表面1133及一第二环形斜面1137，其中底部1131通过第二环形斜面1137连接内侧表面1133。腔体113的底部1131与第二环形斜面1137之间具有一第三夹角a3，而腔体113的内侧表面1133与第二环形斜面1137之间则具有一第四夹角a4，其中第三夹角a3介于100度至170度之间，而第四夹角a4则介于170度至100度之间。
59.本实用新型实施例的盖体111与图2相同，其中盖体111与腔体113形成的反应空间12可被区分为第一空间123、一第二空间125及一第三空间127。第一空间123及第三空间127近似截顶圆椎状体，第二空间125近似圆柱状体。第一空间123经由第二空间125连接第三空间127，通过本实用新型实施例的反应空间12的特殊形状设计，可有效防止粉末121沾黏在盖体111及/或腔体113的表面。
60.此外延伸管体172可穿过反应空间12的第三空间127及第二空间125，并延伸至部份的第一空间123，其中第一空间123为设置在盖体111上的凹槽1112。
61.在本实用新型另一实施例中，如图9所示，腔体113包括一底部1131、一内侧表面1133及一环形斜面1139，其中环形斜面1139环绕设置在底部1131的周围，使得腔体113的底
部1131经由环形斜面1139连接内侧表面1133，并在底部1131、环形斜面1139及内侧表面1133之间形成一空间122。
62.盖体111的内表面1111用以覆盖腔体113的空间122，并在盖体111及腔体113之间形成反应空间12。此外盖体111的内表面1111上亦可设置一底面1113，其中底面1113的周围环绕设置一圆角1117，底面1113经由圆角1117连接腔体113的内侧表面1133，并在盖体111的内表面1111上形成一凹槽1114，其中盖体111的凹槽1114与腔体113的空间122形成反应空间12。在本实用新型实施例中，腔体113的底部1131及环形斜面1139形成的空间近似截顶圆锥状，而腔体113的内侧表面1133及盖体111的底面1113及/或圆角1117形成的空间则近似圆柱状体。
63.在本实用新型一实施例中，腔体113的底部1131与环形斜面1139之间具有一第一夹角a1，环形斜面1139与腔体113的内侧表面1133之间具有一第二夹角a2，其中第一夹角a1介于100度至170度之间，而第二夹角a2则介于170度至100度之间。
64.在实际应用时，可进一步在盖体111的内表面1111、底面1113、第一环形斜面1115、腔体113的底部1131、内侧表面1133、第二环形斜面1137及/或环形斜面1139上设置一抗沾黏层，例如抗沾黏层可为聚四氟乙烯(铁氟龙)、熔融烷基正乙烯酮二聚体或接触角大于130
°
的疏水性材料，可进一步避免粉末121沾黏在真空腔体11的表面。在不同实施例中亦可对盖体111及腔体113进行电解抛光，使得盖体111的内表面1111、底面1113、第一环形斜面1115、腔体113的底部1131、内侧表面1133、第二环形斜面1137及/或环形斜面1139形成光滑的表面，同样可减少粉末121的沾黏。
65.本实用新型优点：
66.提供一种新颖的可避免粉末沾黏的粉末原子层沉积设备，透过真空腔体内的反应空间的特殊形状设计，可避免在进行原子层沉积的过程中，造成粉末沾黏在腔体或盖体的内表面。
67.以上所述，仅为本实用新型的一较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的申请专利范围内。