用于运送化学前体的蒸发源以及使用所述蒸发源的用于运送所述化学前体的蒸发方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于将化学前体沉积在基质上的技术领域，具体地属于通过将蒸发的前体 通过载气朝基质运送的沉积技术（VTD，气相运送沉积），该技术例如应用于产生涂层或制 造光电池。本发明尤其涉及用于将化学前体运送到基质的蒸发源，以及使用前述蒸发源的 用于运送所述化学前体的蒸发方法。
【背景技术】
[0002] 如今，存在不同的沉积技术，这些沉积技术将蒸发的前体或待沉积成分运送到基 质，所述蒸发的前体或待沉积成分通过凝结沉积在所述基质上，并且这些沉积技术被使用 在例如涂覆或制造光电池的许多应用中。
[0003] CSS (近距离升华法）是基于加热前体直至前体蒸发并且所述前体凝结在直接放 置在蒸发器上的基质上的蒸发技术。因此，所述技术不使用任何夹带气体或载气来将处于 气态的蒸发的前体从一个地点运送到另一个地点。
[0004] 然而，通过载气运送蒸发的前体的技术（VTD，气相运送沉积）是类似于CSS但具有 使用夹带气体或载气来将蒸发的前体从蒸发源运送到位于确定距离和固定位置处的基质 这种独特特征的蒸发技术。所述技术能够使前体沉积在布置在距离蒸发源相当远的地方的 基质上。
[0005] 在所述VTD技术中，对蒸发源中气体的进口和出口的通常设计通过蒸发源的上部 部分进行并垂直于前体位于其上的表面。通常，前体位于主中空管的下部部分，而用于载气 的进口管和出口管位于主中空管的上部部分并朝前体定向，也就是说，沿平行于主中空管 的纵向方向的方向定向。这种设计存在这样的问题：当载气直接碰撞在基质上时，载气实际 上对基质产生冲击，因而造成湍流，最终夹带来自前体的固体未蒸发物质。因此，就数量和 质量而言，在基质上的沉积不会如所希望的那样进行，此外，载体运送的这些固体物质可以 最终阻塞用于载气的运送管，因而损坏设备并影响其运行。
[0006] 因此，希望存在这样一种用于运送化学前体的蒸发系统：该蒸发系统提供平滑受 控的夹带并使夹带尽可能处于层流态，因而避免夹带来自前体的固体未蒸发粒子，避免现 有技术的系统中存在的问题，提供对载气中蒸发的前体的浓度的合适控制，并降低所述载 气的消耗。
【发明内容】
[0007] 本发明通过一种用于将化学前体运送到所述前体通过凝结而沉积在其上的基质 的蒸发源，解决现有技术中存在的问题。蒸发源由主管形成，所述主管带有下部和上部可拆 卸盖，以容易地进入主体内部的所有部分。主管可以由不锈钢、铜、钛等制成，涂覆或不涂覆 有一些类型的合金以提供对温度和腐蚀的更好的耐受性。所述涂层可以是镍、钒、钼、铬或 所述材料的其他混合。根据所需的前体数量和沉积速率，主管的尺寸在直径上可以从10毫 米到100毫米，或在一些情况下甚至可能达到1000毫米。主管的高度可以根据用于载气的 进口的构造和待蒸发的前体的数量而变化；所述高度可以从10毫米到100毫米，或者如有 需要可以更高。
[0008] 主管在其内部容置有待蒸发并通过载气或夹带气体运送的前体。
[0009] 可使用的前体必须具有适于前体在通过所使用的工具可以达到的物理限制下蒸 发的化学性质。前体的实例可以是卤化物，例如铜、镓、硒、铟、锌的氯化物或氟化物、硫酸 镁、硫酸镉、硫酸碲等。待蒸发的前体材料的选择取决于在凝结被运送的前体时将在基质上 形成何种材料。
[0010] 具体地，这些前体被容置在主管的下部部分，而在主管的上部部分布置有进口和 出口，其中载气进口管通过所述进口连接到主管的内部，载气出口管通过所述出口连接到 主管的内部；已与蒸发的前体一起的载气在所述主管中流通，以被运送到基质。
[0011] 气体出口管和通向主管的气体进口管均可以以传统的方式由不锈钢、铜、钛等制 成，涂覆或不涂覆有一些类型的合金以提供对温度和腐蚀的耐受性。所述涂层可以是镍、 钒、钼、铬或材料的其他混合。根据希望获得的前体数量和沉积速率，所述进口管和出口管 的尺寸在直径上可以从1毫米到10毫米，在一些情况或需要下甚至达到100毫米。所述进 口管和出口管的长度取决于蒸发的前体需要被运送的距离。
[0012] 气体进口管和气体出口管可以通过直接连接到形成在主管中的孔中而连接到主 管，或者通过例如螺纹连接、焊接或使用事先与形成在主管中的孔接合的中间连接件这样 的不同方式与主管接合。
[0013] 传统地，夹带系统可以具有真空系统，该真空系统使气体更好的流经管件。也就是 说，可以使用完全由气体形成的夹带系统，因此气体通过气体进口管的一个端部被注入，而 通过气体出口的后端的气体的抽取没有被促进；或者可以使用双系统，在该系统中，与注入 气体同时，通过出口管帮助进行气体的抽取。根据所选择的系统，可以具有促进或阻碍待实 现的目标的一种或另一种处理压力。
[0014] 就载气或夹带气体而言，传统地，所述气体可以是氩气、氮气、氧气、任何稀有气 体、氢气、氟气、氯气或前述气体的一些混合。所使用的气流可以从lsccm(标况毫升每分 钟）到200sccm，或者如有需要甚至达到lOOOsccm。
[0015] 为了成功地蒸发前体，作为本发明的目标的蒸发源具有连接到主管的侧表面的加 热部件，该加热部件可以由围绕主管盘绕或插入主管中的电阻器构成，或由布置在主管外 部的一个或多个加热灯构成。
[0016] 所述加热部件可以优选地涂覆有例如陶瓷材料的绝热绝缘的材料，以避免所选择 的温度的浮动。
[0017] 为了控制主管内部中和外部上的温度，在主管内和/或主管外提供温度测量仪器 (热电偶、PT1000等）。优选地，所述测量仪器耐腐蚀。
[0018] 具体地，在本发明中，进口和出口布置在主管的侧表面上，彼此相对，并沿横向穿 过主管的侧表面的公共线对齐。优选地，进口和出口沿垂直于主管的侧表面的公共线对齐。 由于进口管和出口管优选地布置成与主管成直角，载气的流通基本平行于在其上布置有前 体的表面，并且位于距离所述前体相当远处。
[0019] 优选地，进口和出口沿垂直于主管的侧表面的公共线对齐，并且相对于主管的轴 线径向相对，尽管所述进口和出口在角度上也可以具有轻微的偏差。
[0020] 以这种方式，载气在不影响前体的情况下进入主管并与前体间隔一定距离。此外， 气体沿平行于蒸发的载体的表面的方向进入。因此，蒸发的材料通过主管上升并遇到载气 流，并且载气仅收集蒸发的前体，保持层流态或尽可能接近层流态，并通过主管的出口离 开，被驱向在其上通过凝结进行沉积的基质。
[0021] 因此，作为本发明的目标的蒸发源具有这样的优点：由于蒸发源的构造，载气不移 动或夹带来自前体的固体未蒸发物质。因此，避免固体粒子被载气朝基质夹带，从而改变前 体在基质上的沉积。此外，还可以避免被夹带固体粒子中的一部分堵塞管件，导致管件被阻 塞并损坏，正如在现有技术的设备中出现的那样。
[0022] 对于用于载气的进口和出口之间的通路，存在不同的可替代例。
[0023] 根据可替代例中的一个，气体进口管连接到主管的进口，气体出口管连接到主管 的出口，并且在所述主管的内部，在进口和出口之间不存在物理连通，气体直接经过主管的 内部从进口流到出口。因此，气体进口管和气体出口管固定到主管的外表面，所述主管的内 部是中空的。
[0024] 可替代地，主管的进口和出口可以通过直的贯穿连接管贯穿主管的内部相连，所 述直的贯穿连接管在与主管共用的区域中具有至少一个开口或多个凹陷。以这种方式，流 动继续尽可能是平流，并且试图夹带尽可能多的蒸发的前体。
[0025] 根据一个不同的可替代例，蒸发源在主管的内部具有呈板状或片材状的一个或多 个分离元件，所述分离元件分离主管的下部部分和上部部分。所述分离元件具有凹陷或孔。 因此，在主管的上部部分具有隔离的区域，在所述隔离的区域中进口管和出口管被布置成 使得其被固定到所述主管的外表面。蒸发的前体经过分离元件的凹陷或孔，并到达夹带流。
[0026] 此外，本发明涉及一种用于运送化学前体的蒸发方法，该蒸发方法使用上述蒸发 源。在所述方法中，将前体布置在主管的下部部分，通过主管的加热部件对前体进行加热， 直到前体蒸发。此外，通过连接到主管的进口的进口管引入载气，载气