[發明專利]采用氣體散射方式在柔性物質表面蒸鍍金屬薄膜的方法

無效

• 申請號: 201010505416.0
• 申請日: 2010-10-11
• 公開（公告）號: CN101956160A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 吳鏑;王申;林立;師玉軍;岳風娟;都有為
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C23C14/20
• 分類號: C23C14/20;C23C14/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種金屬薄膜生長方法，尤其涉及一種采用氣體散射方式在柔性物質表面蒸鍍金屬薄膜的方法。

背景技術

隨著科學技術的進步與發展，有機物材料由于其柔軟、低成本、生產污染小等優點，越來越多的被應用于科研或生產的各個領域，如有機發光二極管(簡稱OLED)顯示技術等。有機材料的這些優良特性使其在今后的應用中潛力巨大，但是由于其不同于無機物的物理化學特性，如熔點低、硬度低、可塑性好等特性，使很多應用于無機物的生產工藝無法繼續應用在有機物上，比如在有機軟物質表面生長高熔點金屬的方法，若通過傳統工藝則難以生產。

目前，無論是工業生產還是實驗室內使用的金屬薄膜生長方法都是以物理氣相沉積(Physical?Vapor?Deposition，簡寫PVD)為主，物理氣相沉積是在真空條件下，利用各種物理方法，將沉積材料氣化成原子、分子、離子，并直接沉積到襯底表面的方法。按氣化機理不同，PVD法可分為真空蒸鍍、濺射和離子鍍等方法。

真空蒸鍍是在高真空(低于1×10^-4Pa)的條件下，將蒸鍍金屬加熱蒸發成氣相原子，然后沉積在襯底材料表面，而形成薄膜鍍層。根據蒸鍍材料的熔點不同，其加熱方式有電阻加熱蒸發、電子束蒸發、激光蒸發等多種。其工藝特點是：設備、工藝、操作均較簡單，其氣化粒子的動能較低。

濺射鍍膜是在一定的真空條件下，用荷能離子(如氬離子Ar⁺，可通過輝光放電獲得)轟擊金屬靶材(即鍍膜材料，常為陰極)，從而在其表面濺射出原子/分子進入氣相，然后這些濺射粒子在襯底表面(與陽極相連)沉積而形成鍍層。其工藝特點是：由于氣化粒子的動能大(為真空蒸鍍的100倍)，故鍍膜致密且與基體材料的結合力高。

離子鍍是在含有稀有其氣體(如氬氣)的真空中，利用氣體放電對已被蒸發的氣化金屬原子離化和激化，在氣體離子和沉積材料離子轟擊作用的同時，于基體材料表面沉積形成鍍膜。離子鍍將輝光放電、等離子體技術與真空蒸鍍技術結合在一起，兼具蒸發鍍的沉積速度快和濺射鍍的離子轟擊清潔表面及高動能氣化粒子的特點。其主要特點是：鍍層質量高、附著力強、繞鍍與均鍍能力好、沉積速度快等，同樣其氣化粒子的動能也很大。

由上述分析可知，如若采用PVD方法在有機材料表面生長金屬薄膜，由于金屬熔點普遍很高(約1000K-3500K)，氣相金屬原子的動能則更高，對于單原子約3K_BT/2(其中K_B為玻爾茲曼常量，T為絕對溫度)，其平均動能超過1eV，原子速度的麥克斯韋分布導致部分原子動能遠高于1eV，高能量金屬原子沉積在有機物等柔性物質表面會造成穿透效應，從而導致有機薄膜和金屬薄膜界面不清晰，形成互混層(厚度約10-40nm)。同時，高能金屬原子還可能造成有機物分子中個別化學鍵瞬間受熱斷裂，破壞有機分子的化學成分和結構，從而導致器件性能的下降和失效。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種采用氣體散射方式在柔性物質表面蒸鍍金屬薄膜的方法，能夠有效避免在金屬薄膜生長過程中柔性物質被熱金屬原子破壞，并形成穩定清晰的金屬/柔性物質界面。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

采用氣體散射方式在柔性物質表面蒸鍍金屬薄膜的方法，包括如下步驟：

(1)處理金屬，使金屬原子進入氣相，形成氣相金屬原子源；

(2)降低進入氣相的金屬原子的動能；

(3)將步驟(2)中獲得的金屬原子沉積在柔性物質表面，即襯底上，形成金屬薄膜。

所述步驟(1)中可以使用加熱液化蒸發或加熱升華方法將使金屬原子進入氣相。

所述步驟(2)中可以通過將進入氣相的金屬原子置于惰性氣體中，通過散射作用，降低金屬原子的平均動能至所述惰性氣體原子的平均動能。

在散射作用發生過程中，要確保散射得足夠充分，即要求被散射的氣相金屬原子，從氣相金屬原子源出發到沉積在襯底的過程中，至少與用于散射金屬原子的惰性氣體原子，即散射氣體原子，碰撞若干次，使其平均動能降低到與用于散射的惰性氣體平均動能相當，這要求氣相金屬原子源與襯底之間的距離應遠大于金屬原子在散射氣體中的平均自由程；同時，為了減少金屬原子未經散射直接沉積在襯底表面的小概率事件發生，襯底不應正面朝向氣相金屬原子源，或者遮蔽襯底與氣相金屬原子源之間的直線路徑。為保證散射足夠充分，散射區域的真空腔體應足夠大，腔體內盡量減少不必要的零件，腔內容積應大于其中為金屬原子的平均自由程。所述平均自由程λ的算法如下：