CN102618847A - 一种金属有机化学气相沉积反应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属有机化学气相沉积反应系统，具体地讲是涉及一种紫外辅助金属有机化学气相沉积反应系统。它包括反应腔室、位于反应腔室内顶部的喷淋装置和位于反应腔室内底部的加热装置，还包括对称的设于反应腔室两侧腔壁上的石英窗以及与石英窗对应的固定于腔壁外部的紫外光源组件。本发明的系统结构简单且利于拆卸维护，能够均匀辐射，激发化学反应活性，降低反应温度，有利于防止玻璃在过高的温度下产生形变。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属有机化学气相沉积反应系统，具体地讲是涉及一种紫外辅助金属有机化学气相沉积反应系统。
背景技术
透明导电氧化物(TCO)薄膜沉积的玻璃在平板显示和太阳能电池等光电子器件中具有十分广阔的应用前景。例如，以掺杂ZnO为代表的TCO玻璃在硅基、碲化镉、铜铟镓硒等薄膜太阳能电池中作为前电极或背电极，通过提高透光率及光散射来增加光电转化层对太阳光的吸收，进而提高光电转化效率。
硼(B)掺杂的ZnO基导电薄膜由于具有较高的透过率、良好的导电性以及原料来源丰富的优点，被广泛用于薄膜太阳能电池的制备中。
等人最早提出采用低压化学气相沉积(LPCVD)技术制备B掺杂的ZnO基TCO薄膜，利用他们的方法可以制备出具有金字塔形貌陷光性的高透过率的B-ZnO薄膜，十分适合作为薄膜太阳能电池的前电极及背电极。美国专利US20080093420提出了一种用于工业化生产的B-ZnO透明导电薄膜的LPCVD系统及方法。其中，所采用的LPCVD系统包含装载台、预热腔、工艺腔、降温腔、卸载台及玻璃回传装置等组件，通过对工艺条件的优化，制备出雾度为10-25％的ZnO薄膜，这种薄膜用于硅基薄膜太阳能电池，其组件的稳定效率可达到10％。
紫外光是一种光子能量介于3eV到124eV的电磁辐射，对应波长为10-400nm，在薄膜的化学气相沉积过程中辅以紫外光照射可以促进前驱物分子的活化或分解，从而有利于降低反应温度、提高反应速率，进而改善薄膜物理化学特性。美国专利US20090251884描述了一种在聚合物衬底上使用UV辅助化学气相沉积技术制备掺杂的ZnO透明导电薄膜的方法。他们发现：在不存在UV光照射的情况下，在聚合物基体上沉积的ZnO薄膜电导率较低；而在高压汞灯的紫外光源照射下，由化学气相沉积法形成的Al掺杂的ZnO薄膜更容易与PVDF基体结合，取得较高的电导率(1×10-3Ωcm)和较高的透过率(在可见光区的透过率大于90％)，然而，该项发明更多地侧重于在聚合物衬底上UV辅助CVD的方法，但未提及具体的制备系统和设备。
发明内容
本发明提供一种紫外辅助金属有机化学气相沉积反应系统，其结构简单且利于拆卸维护，能够均匀辐射，激发化学反应活性，降低反应温度，有利于防止玻璃在过高的温度下产生形变。
为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：
一种金属有机化学气相沉积反应系统，包括反应腔室、位于反应腔室内顶部的喷淋装置和位于反应腔室内底部的加热装置，还包括对称的设于反应腔室两侧腔壁上的不吸收UV光能的石英窗以及与石英窗对应的固定于腔壁外部的紫外光源组件。
所述喷淋装置包括分气盒和混气喷淋室等，原料混合气从进气口进入，经分气盒到达混气喷淋室，当基体到达加热装置上方后，原料混合物从混气喷淋室下表面的筛孔喷出，到达被加热的基体表面，进行化学反应，形成TCO薄膜。所述基体可以是玻璃或者有机聚合物。
所述石英窗从外部通过密封部件可拆卸地安装在腔壁上，密封部件可以是硅胶圈等，用来隔绝外部大气与腔体内的工艺气体，这样可以方便的拆卸清洗维护，且不必频繁打开反应腔室。如果紫外光源组件安装在腔室内，则不需要石英窗，但这种情况十分不利于紫外光源组件的清洗维护。石英窗长度和位置满足的条件为入射的紫外光能够完全照射到喷淋装置和加热装置之间的反应区，确切的说是照射到混气喷淋室下表面到基体之间的反应区。所述混气喷淋室下表面与置于加热装置上的基体上表面之间的距离大约为10mm-200mm。
所述紫外光源组件包括紫外灯和反射装置。所述反射装置又包括反射板和灯罩，反射板一般为铝合金材质，灯罩可拆卸。
所述反射板的横截面为抛物线型，长度不小于石英窗的透光宽度。
所述紫外灯长度不小于石英窗的透光宽度且其轴线位于反射板横截面抛物线的焦点位置上，使得发出的光被反射板反射后平行均匀入射到反应腔室中的反应区。由于基体表面成膜的速率乃至其品质在很大程度上取决于反应区内前驱物分子的活性，因此从混气喷淋室出来的反应物在反应区受到热活化以及来自紫外光源发出的紫外光照射进一步被活化，在基体表面沉积成膜。
所述紫外光源组件发射的紫外光源的波长范围约为100-400nm，功率约为500-2000W。
所述反应腔室一般为冷壁式，反应压力范围约为10-10000Pa，反应温度小于或等于200℃。
另外，紫外光入射方向与基体传输方向垂直，紫外光源组件的设置不影响玻璃的传输。
本发明的一种金属有机化学气相沉积反应系统，给出了紫外光源组件应用于金属有机化学气相沉积反应的具体结构，同时结构简单且利于拆卸维护，通过在反应腔体两侧均设置紫外辅助系统，在反应区实施UV均匀照射，使反应区物种的化学反应活性得到激发，可以使表面化学反应在较低的温度下更容易发生，从而降低基体表面的反应温度，不仅有利于防止玻璃在过高的温度下产生形变，还有利于降低生产过程中的能耗。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是紫外光源组件的结构示意图；
图3是图2中紫外光源组件的右视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种金属有机化学气相沉积反应系统，如图1所示，包括反应腔室、位于反应腔室内顶部的喷淋装置和位于反应腔室内底部的加热装置10，还包括对称的设于反应腔室两侧腔壁11上的不吸收UV光能的石英窗5以及与石英窗5对应的固定于腔壁11外部的紫外光源组件。
喷淋装置包括分气盒7和混气喷淋室6等，二乙基锌、硼烷、水等原料混合气从进气口8进入，经分气盒7到达混气喷淋室6，当基体9到达加热装置10上方后，原料混合物从混气喷淋室6下表面的筛孔喷出，到达被加热的基体9表面，进行化学反应，形成TCO薄膜。其中，基体9是玻璃。
石英窗5从外部通过硅胶圈可拆卸地安装在腔壁11上，用来隔绝外部大气与腔体内的工艺气体，这样可以方便的拆卸清洗维护，且不必频繁打开反应腔室。石英窗5长度和位置满足的条件为入射的紫外光能够完全照射到喷淋装置和加热装置10之间的反应区。混气喷淋室6下表面与置于加热装置10上的基体9上表面之间的距离大约为50mm。
如图2、3所示，紫外光源组件包括紫外灯3和反射装置等。反射装置又包括反射板2和灯罩1，反射板2为铝合金材质，灯罩1可拆卸。另外，紫外光源组件中还包括玻璃压板4。
反射板2的横截面为抛物线型，长度不小于石英窗5的透光宽度。
紫外灯3轴线位于反射板2横截面抛物线的焦点位置上，使得发出的光被反射板2反射后平行均匀入射到反应腔室中的反应区，从混气喷淋室6出来的反应物在反应区受到热活化以及来自紫外光源发出的紫外光照射进一步被活化，在基体9表面沉积成膜。因此，紫外灯3长度不小于石英窗5的透光宽度，也即不小于基体9的长边尺寸，以使反应物分子在最大范围内得到活化。
紫外光源组件发射的紫外光源的波长范围约为100-400nm，功率约为500-2000W。
Claims (10)
1.一种金属有机化学气相沉积反应系统，包括反应腔室、位于反应腔室内顶部的喷淋装置和位于反应腔室内底部的加热装置，其特征在于还包括对称的设于反应腔室两侧腔壁上的石英窗以及与石英窗对应的固定于腔壁外部的紫外光源组件。
2.根据权利要求1所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述石英窗从外部通过密封部件可拆卸地安装在腔壁上；石英窗长度和位置满足的条件为入射的紫外光能够完全照射到喷淋装置和加热装置之间的反应区。
3.根据权利要求1所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述紫外光源组件包括紫外灯和反射装置。
4.根据权利要求3所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述反射装置包括反射板和灯罩。
5.根据权利要求4所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述反射板的横截面为抛物线型，长度不小于石英窗的透光宽度。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述紫外灯轴线位于反射板横截面抛物线的焦点位置上；紫外灯长度不小于石英窗的透光宽度。
7.根据权利要求1所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述喷淋装置包括分气盒和混气喷淋室。
8.根据权利要求7所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述混气喷淋室下表面与置于加热装置上的基体上表面之间的距离为10mm-200mm。
9.根据权利要求1所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述紫外光源组件发射的紫外光源的波长范围为100-400nm，功率为500-2000W。
10.根据权利要求1所述的金属有机化学气相沉积反应系统，其特征在于所述反应腔室为冷壁式，反应压力范围为10-10000Pa，反应温度小于或等于200℃。
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Application publication date: 20120801 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |