CN116334573A - 一种薄膜材料样品的高通量制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜材料样品的高通量制备装置,包括:壳体、材料释放装置、基台、固定掩膜板和活动掩膜板;材料释放装置设置在壳体的内腔中,用以向内腔中释放沉积材料的气相原子,基台具有位于在内腔中的承接面;固定掩膜板固定连接在承接面上,在固定掩膜板上设置有轴线与承接面的沉积孔,活动掩膜板体贴合在固定掩膜板的背对基台的表面上,在活动掩膜板上设置有能够与沉积孔相对应的流通孔,内腔中的气相原子能够通过流通孔进入沉积孔中,并在沉积孔内沉积在沉积表面上。其不仅结构简单、制作成本低廉,而且实现了小型化设计的要求,同时还具有便于操作的优点。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜热电器件等微纳器件中的高精度热电材料图案化设计、制备等技术领域,特别涉及一种薄膜材料样品的高通量制备装置。
背景技术
在薄膜材料快速筛选方法中,基于多元分立掩模法的高通量制备方法能够获得微区成分跨度较大的高通量薄膜样品,大幅提升材料的发现和优化效率。目前报道的大部分基于多元分立掩模法的高通量制备系统在薄膜沉积过程中掩模板和样品台无法同步转动,因此需要在沉积过程结束后利用退火等后处理方法促使微区内的元素均匀扩散以获得均匀的样品微区,实验步骤复杂。而少数无需后处理的高通量制备系统往往引入了复杂的掩模切换和对准系统,需要定制大型专用气相沉积设备,设备体积大,成本高,操作复杂,限制了高通量筛选方法的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄膜材料样品的高通量制备装置,其不仅结构简单、制作成本低廉,而且实现了小型化设计的要求,同时还具有便于操作。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种薄膜材料样品的高通量制备装置,包括:壳体、材料释放装置,基台、固定掩膜板和活动掩膜板;
所述材料释放装置设置在所述壳体的内腔中,用以向所述内腔中释放沉积材料的气相原子,所述基台具有位于在所述内腔中的承接面;
所述固定掩膜板固定连接在所述承接面上,在所述固定掩膜板上设置有轴线与所述承接面的沉积孔,所述活动掩膜板体贴合在所述固定掩膜板的背对所述基台的表面上,在所述活动掩膜板上设置有能够与所述沉积孔相对应的流通孔,所述内腔中的气相原子能够通过所述流通孔进入所述沉积孔中,并在所述沉积孔内沉积在所述沉积表面上。
较优地,还包括驱动机构;
所述流通孔包括第一流通孔、第二流通孔、…第N流通孔,其中N为大与2的整数;
所述驱动结构与所述活动掩膜板传动连接,用以驱动所述活动掩膜板在所述固定掩膜板的表面上、从相对于所述固定掩膜板的第一位置、第二位置、…第N位置中的任意两个位置之间转换;
当所述活动掩膜板位于第一位置时,所述第一流通孔与所述沉积孔相对应,当所述活动掩膜板位于第二位置时,所述第二流通孔与所述沉积孔相对应,…当所述活动掩膜板位于第N位置时,所述第N流通孔与所述沉积孔相对应。
较优地,所述沉积孔的数量为两个以上;
所述第一流通孔的数量为两个以上并少于所述沉积孔的数量,当所述活动掩膜板位于第一位置时,两个以上所述第一流通孔分别与同样数量的所述沉积孔一一对应;
所述第二流通孔的数量为两个以上并少于所述沉积孔的数量,当所述活动掩膜板位于第二位置时,两个以上所述第二流通孔分别与同样数量的所述沉积孔一一对应;
…
所述第N流通孔的数量为两个以上并少于所述沉积孔的数量,当所述活动掩膜板位于第N位置时,两个以上所述第N流通孔分别与同样数量的所述沉积孔一一对应。
较优地,所述驱动机构包括:动力设备、驱动轮和承托盘;
所述动力设备与所述驱动轮传动连接,所述承托盘与所述驱动轮固定连接;
所述承托盘为圆环形,并且所述承托盘在垂直于轴向方向的两个端面分别为面对所述固定掩膜板的第一端面和面对所述驱动轮的第二端面,所述活动掩膜板卡接在所述第一端面上。
较优地,所述活动掩膜板为圆形,并且边沿具有卡接凸起,在所述第一端面上设置有轴线与所述承托盘轴线重合、并与所述活动掩膜板相匹配的圆环形容纳凹槽,在所述容纳凹槽的内壁上设置有卡槽,所述活动掩膜板设置在所述容纳凹槽中,并通过所述卡接凸起卡接在所述卡槽中。
较优地,还包括第一连接部件;
所述第一连接部件包括依次固定连接的第一连接部、第二连接部和卡接部,所述第一连接部可拆卸连接在所述驱动轮上,所述第二连接部穿过所述承托盘,所述卡接部卡接在所述卡槽中。
较优地,还包括滑环、定位盘和第二连接部件;
所述滑环具有与所述承托盘形状相匹配的内孔,并通过所述内孔套设在所述承托盘上,所述定位盘的形状为圆环形,所述定位盘位于所述承托盘背对所述固定掩膜板的一侧并且轴线与所述承托盘的轴线重合,所述滑环和所述定位部件均通过所述第二连接部件连接在所述固定掩膜板上;
所述定位盘具有面对所述第二端面的定位端面,在所述定位端面上具有第一棘齿,在所述第二端面上具有第二棘齿,所述第一棘齿与所述第二棘齿相互作用,用以允许所述第一承托板沿第一方向相对于所述定位盘转动、并阻止所述承托盘沿与所述第一方向相反的第二方向转动。
较优地,所述第一棘齿具有与所述定位端面形成锐角的第一斜面和垂直于所述定位端面的第一立面,所述第二棘齿具有与所述第二端面形成锐角的第二斜面和垂直于所述定位端面的第二立面;
当所述承托盘沿第一方向转动时,所述第一斜面抵接在所述第二斜面上,当所述承托盘沿第二方向转动时,所述第一立面抵接在所述第二立面上。
较优地,所述第一棘齿的数量为两个以上,两个以上所述第一棘齿沿所述定位盘的周向均匀布设,所述第二棘齿的数量与所述第一棘齿的数量相等,并一一对应。
较优地,所述第二连接部件包括螺纹紧固件和弹性部件;
所述弹性部件具有第一通孔,在所述定位盘上设置有第二通孔,在所述滑环上设置有第三通孔,在所述固定掩膜板上设置有第四通孔,所述螺纹紧固件依次穿过所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔和所述第四通孔,用以将所述弹性部件、所述定位盘、所述滑环和所述固定掩膜板依次连接在一起。
本发明的有益效果:
(1)本发明的薄膜材料样品的高通量制备装置通过采用所述固定掩膜板固定连接在所述承接面上,在所述固定掩膜板上设置有轴线与所述承接面的沉积孔,所述活动掩膜板体贴合在所述固定掩膜板的背对所述基台的表面上,在所述活动掩膜板上设置有能够与所述沉积孔相对应的流通孔,所述内腔中的沉积材料的气相原子能够通过所述流通孔进入所述沉积孔中,并在所述沉积孔内沉积在所述沉积表面上的技术方案,不仅结构简单、制作成本低廉,而且实现了小型化设计的要求,同时还具有便于操作的优点。此外,本发明具有良好的便携性,还可应用于电子束蒸发、热蒸发等物理气相沉积设备的高通量制备方法;同时能够独立使用,应用于丝印和喷涂等方法进行高通量制备。
(2)本发明所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,通过直接安装在原有的薄膜沉积设备上就能够实现材料的高通量制备,不额外增加设备体积。而传统的制备系统需要根据掩模板切换的功能需求,定制全新的薄膜沉积设备,成本更高,设备生产周期更长。本发明所高通量制备装置通过简单的机加工即可生产完成并投入使用,成本低,生产周期短。
附图说明
图1为本发明的薄膜材料样品的高通量制备装置一实施例结构示意图;
图2为图1中的固定掩膜板示意图;
图3为图1中的活动掩膜板示意图;
图4为图1中的承托盘的剖面示意图;
图5为图4的俯视图;
图6为图1中A部放大示意图;
图7为图1中的定位盘、滑环和固定掩膜板连接状态示意图;
图8为图1中的定位盘剖面示意图。
图中:1-壳体;2-材料释放装置;3-基台;4-固定掩膜板;5-活动掩膜板;6-内腔;7-沉积孔;8-流通孔;9-驱动机构;10-第一流通孔;11-第二流通孔;12-动力设备;13-驱动轮;14-承托盘;15-第一端面;16-第二端面;17-卡接凸起;18-容纳凹槽;19-卡槽;20-第一连接部件;21-第一连接部;22-第二连接部;23-卡接部;24-滑环;25-定位盘;26-第二连接部件;27-定位端面;28-第一棘齿;29-第二棘齿;30-第一斜面;31-第一立面;32-第二斜面;33-第二立面;34-螺纹紧固件;35-弹性部件;36-第一通孔;37-第二通孔;38-第三通孔;39-第四通孔;40-内孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例对本发明的薄膜材料样品的高通量制备装置进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1、2、3所示,一种薄膜材料样品的高通量制备装置,包括:壳体1、材料释放装置2,基台3、固定掩膜板4和活动掩膜板5。材料释放装置2设置在壳体1的内腔6中,用以向内腔6中释放沉积材料的气相原子,基台3具有位于在内腔6中的承接面(图为示出)。固定掩膜板4固定连接在承接面上,在固定掩膜板4上设置有轴线与承接面的沉积孔7,活动掩膜板5体贴合在固定掩膜板4的背对基台3的表面上,在活动掩膜板5上设置有能够与沉积孔7相对应的流通孔8,内腔6中的沉积材料的气相原子能够通过流通孔8进入沉积孔7中,并在沉积孔7内沉积在沉积表面上。采用这样的技术方案,相对与现有技术不需要定制专门的气相沉积设备,不仅结构简单、制作成本低廉,而且实现了小型化设计的要求,同时还具有便于操作的优点。在实际工作中壳体1的内腔6中为真空状态,材料释放装置2可以采用离子速蒸发法向内腔6中释放沉积材料的气相原子。
进一步地,如图1、3所示,还包括驱动机构9,流通孔8包括第一流通孔10、第二流通孔11、…第N流通孔,其中N为大与2的整数。驱动结构与活动掩膜板5传动连接,用以驱动活动掩膜板5在固定掩膜板4的表面上、从相对于固定掩膜板4的第一位置、第二位置、…第N位置中的任意两个位置之间转换。当活动掩膜板5位于第一位置时,第一流通孔10与沉积孔7相对应,当活动掩膜板5位于第二位置时,第二流通孔11与沉积孔7相对应,…当活动掩膜板5位于第N位置时,第N流通孔与沉积孔7相对应。需要说明的是在实际工作中材料释放装置2的数量可以为多个,以通过每个材料释放装置2单独或者几个材料释放装置组合释放出具有不同组分的沉积材料的气相原子,例如当第一流通孔10与沉积孔7相对应时,可以将第一种沉积材料的气相原子,通过沉积孔7沉积在承接面上获得第一样品,当第二流通孔11与沉积孔7相对应时,可以将第二种沉积材料的气相原子,通过沉积孔7沉积在承接面上获得第二样品,…当第N流通孔与沉积孔7相对应时,可以将第N种沉积材料的气相原子,通过沉积孔7沉积在承接面上获得第N样品。这样便于对不同组分的薄膜样品进行对比和筛选。
更优地,如图2、3所示,沉积孔7的数量为两个以上;第一流通孔10的数量为两个以上并少于沉积孔7的数量,当活动掩膜板5位于第一位置时,两个以上第一流通孔10分别与同样数量的沉积孔7一一对应;第二流通孔11的数量为两个以上并少于沉积孔7的数量,当活动掩膜板5位于第二位置时,两个以上第二流通孔11分别与同样数量的沉积孔7一一对应;…第N流通孔的数量为两个以上并少于沉积孔7的数量,当活动掩膜板5位于第N位置时,两个以上第N流通孔分别与同样数量的沉积孔7一一对应。采用这样的方式,能够使不同组分的薄膜样品形成不同的图形。进而实现能够针对特定应用场景对薄膜样品进行筛选。
在实际制作中,如图1、6所示,驱动机构9包括:动力设备12、驱动轮13和承托盘14。动力设备12与驱动轮13传动连接(二者之间的链接可以采用代带传动的方式,但并不仅限于此),承托盘14与驱动轮13固定连接。如图4、5所示,承托盘14为圆环形,并且承托盘14在垂直于轴向方向的两个端面分别为面对固定掩膜板4的第一端面15和面对驱动轮13的第二端面16,活动掩膜板5卡接在第一端面15上。具体地,如图3所示,活动掩膜板5为圆形,并且边沿具有卡接凸起17,在第一端面15上设置有轴线与承托盘14轴线重合、并与活动掩膜板5相匹配的圆环形容纳凹槽18,在容纳凹槽18的内壁上设置有卡槽19,活动掩膜板5设置在容纳凹槽18中,并通过卡接凸起17卡接在卡槽19中。这样能够保证活动掩膜板5与承托盘14之间的相对稳定,进而保证承托盘14能够有效地带动活动掩膜板5转动,避免二者之间产生相对位移。需要说明的是当活动掩膜板5设置在容纳凹槽18中,活动掩膜板5面对固定掩膜板4的表面与第一端面在同一平面内,或者从容纳凹槽18中凸出,不能凹陷在容纳凹槽18之内.
作为一种可实施方式,如图6所示,还包括第一连接部件20。第一连接部件20包括依次固定连接的第一连接部21、第二连接部22和卡接部23,第一连接部21可拆卸连接在驱动轮13上,第二连接部22穿过承托盘14,卡接部23卡接在卡槽19中。其中第一连接部21可以通过螺钉固定在驱动轮上。这样能够实现驱动轮13和承托盘14之间的相对固定,同时还便于对二者进行拆卸或安装。在实际制作中第一连接部21、第二连接部22和卡接部23可以通过焊接的方式依次固定连接,也可以采用折弯的方式一体成型制作具体地,卡槽19的数量为至少两个,至少两个卡槽19沿容纳凹槽18的周向均匀排布,卡接凸起17的数量与卡槽19的数量相等,并一一对应,第一连接部件20的数量与卡槽19的数量相等,并一一对应。
进一步地,如图1、7所示,还包括滑环24、定位盘25和第二连接部件26。滑环24具有与承托盘14形状相匹配的内孔40,并通过内孔40套设在承托盘14上,定位盘25的形状为圆环形,定位盘25位于承托盘14背对固定掩膜板4的一侧并且轴线与承托盘14的轴线重合,滑环24和定位部件均通过第二连接部件26连接在固定掩膜板4上。如图8所示,定位盘25具有面对第二端面16的定位端面27,在定位端面27上具有第一棘齿28,如图4所示,在第二端面16上具有第二棘齿29,第一棘齿28与第二棘齿29相互作用,用以允许第一承托板沿第一方向相对于定位盘25转动、并阻止承托盘14沿与第一方向相反的第二方向转动。这样可以实现通过承托盘沿第一方向相对于承托盘14转动来实现活动掩膜板5相对于固定掩膜板4的转动,同时当基台3依次通过固定掩膜板4和定位盘25驱动承托盘14沿第一方向转动时,防止承托盘14相对于定位盘25做第二方向的转动,进而保证活动掩膜板5与固定掩膜板4相互对应的稳定性。在实际制作中,第一棘齿28的数量为两个以上,两个以上第一棘齿28沿定位盘25的周向均匀布设,第二棘齿29的数量与第一棘齿28的数量相等,并一一对应。
具体地,如图8所示,第一棘齿28具有与定位端面27形成锐角的第一斜面30和垂直于定位端面27的第一立面31,如图4所示,第二棘齿29具有与第二端面16形成锐角的第二斜面32和垂直于定位端面27的第二立面33;当承托盘14沿第一方向转动时,第一斜面30抵接在第二斜面32上,当承托盘14沿第二方向转动时,第一立面31抵接在第二立面33上。这样当承托盘14沿第一方向转动时第一斜面30能够相对于第二斜面32滑动,进而实现承托盘14相对于定位盘24的转动。进一步地,如图7所示,第二连接部件26包括螺纹紧固件34和弹性部件35。弹性部件35具有第一通孔36,在定位盘25上设置有第二通孔37,在滑环24上设置有第三通孔38,在固定掩膜板4上设置有第四通孔39,螺纹紧固件341依次穿过第一通孔36、第二通孔37、第三通孔38和第四通孔39,用以将弹性部件35、定位盘25、滑环24和固定掩膜板4依次连接在一起。采用这样的方式当第一斜面30相对于第二斜面32滑动时,通过二者之间的相互作用能够驱动定位盘25压缩弹性部件35朝向远离承托盘14的方向运动,当第一斜面30越过第二斜面32时,定位盘25在弹性部件35的弹力作用下朝向靠近承托盘14的方向运动,使第一棘齿28和第二棘齿29重新咬合。
具体制作时,第二通孔37的数量为至少两个,至少两个第二通孔37沿定位盘25的周向均匀布设,第三通孔38的数量与第二通孔37的数量相等并一一对应,第四通孔39的数量与第三通孔38的数量相等,并一一对应,弹性部件35的数量与第二通孔37的数量相等,并一一对应,螺纹坚固件的数量与弹性部件35的数量相等,并一一对应。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
包括:壳体(1)、材料释放装置(2),基台(3)、固定掩膜板(4)和活动掩膜板(5);
所述材料释放装置(2)设置在所述壳体(1)的内腔(6)中,用以向所述内腔(6)中释放沉积材料的气相原子,所述基台(3)具有位于在所述内腔(6)中的承接面;
所述固定掩膜板(4)固定连接在所述承接面上,在所述固定掩膜板(4)上设置有轴线与所述承接面的沉积孔(7),所述活动掩膜板(5)体贴合在所述固定掩膜板(4)的背对所述基台(3)的表面上,在所述活动掩膜板(5)上设置有能够与所述沉积孔(7)相对应的流通孔(8),所述内腔(6)中的气相原子能够通过所述流通孔(8)进入所述沉积孔(7)中,并在所述沉积孔(7)内沉积在所述沉积表面上。
2.根据权利要求1所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
还包括驱动机构(9);
所述流通孔(8)包括第一流通孔(10)、第二流通孔(11)、…第N流通孔,其中N为大于2的整数;
所述驱动结构与所述活动掩膜板(5)传动连接,用以驱动所述活动掩膜板(5)在所述固定掩膜板(4)的表面上、从相对于所述固定掩膜板(4)的第一位置、第二位置、…第N位置中的任意两个位置之间转换;
当所述活动掩膜板(5)位于第一位置时,所述第一流通孔(10)与所述沉积孔(7)相对应,当所述活动掩膜板(5)位于第二位置时,所述第二流通孔(11)与所述沉积孔(7)相对应,…当所述活动掩膜板(5)位于第N位置时,所述第N流通孔与所述沉积孔(7)相对应。
3.根据权利要求2所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
所述沉积孔(7)的数量为两个以上;
所述第一流通孔(10)的数量为两个以上并少于所述沉积孔(7)的数量,当所述活动掩膜板(5)位于第一位置时,两个以上所述第一流通孔(10)分别与同样数量的所述沉积孔(7)一一对应;
所述第二流通孔(11)的数量为两个以上并少于所述沉积孔(7)的数量,当所述活动掩膜板(5)位于第二位置时,两个以上所述第二流通孔(11)分别与同样数量的所述沉积孔(7)一一对应;
…
所述第N流通孔的数量为两个以上并少于所述沉积孔(7)的数量,当所述活动掩膜板(5)位于第N位置时,两个以上所述第N流通孔分别与同样数量的所述沉积孔(7)一一对应。
4.根据权利要求2或3所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
所述驱动机构(9)包括:动力设备(12)、驱动轮(13)和承托盘(14);
所述动力设备(12)与所述驱动轮(13)传动连接,所述承托盘(14)与所述驱动轮(13)固定连接;
所述承托盘(14)为圆环形,并且所述承托盘(14)在垂直于轴向方向的两个端面分别为面对所述固定掩膜板(4)的第一端面(15)和面对所述驱动轮(13)的第二端面(16),所述活动掩膜板(5)卡接在所述第一端面(15)上。
5.根据权利要求4所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
所述活动掩膜板(5)为圆形,并且边沿具有卡接凸起(17),在所述第一端面(15)上设置有轴线与所述承托盘(14)轴线重合、并与所述活动掩膜板(5)相匹配的圆环形容纳凹槽(18),在所述容纳凹槽(18)的内壁上设置有卡槽(19),所述活动掩膜板(5)设置在所述容纳凹槽(18)中,并通过所述卡接凸起(17)卡接在所述卡槽(19)中。
6.根据权利要求5所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
还包括第一连接部件(20);
所述第一连接部件(20)包括依次固定连接的第一连接部(21)、第二连接部(22)和卡接部(23),所述第一连接部(21)可拆卸连接在所述驱动轮(13)上,所述第二连接部(22)穿过所述承托盘(14),所述卡接部(23)卡接在所述卡槽(19)中。
7.根据权利要求4所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
还包括滑环(24)、定位盘(25)和第二连接部件(26);
所述滑环(24)具有与所述承托盘(14)形状相匹配的内孔(40),并通过所述内孔(40)套设在所述承托盘(14)上,所述定位盘(25)的形状为圆环形,所述定位盘(25)位于所述承托盘(14)背对所述固定掩膜板(4)的一侧并且轴线与所述承托盘(14)的轴线重合,所述滑环(24)和所述定位部件均通过所述第二连接部件(26)连接在所述固定掩膜板(4)上;
所述定位盘(25)具有面对所述第二端面(16)的定位端面(27),在所述定位端面(27)上具有第一棘齿(28),在所述第二端面(16)上具有第二棘齿(29),所述第一棘齿(28)与所述第二棘齿(29)相互作用,用以允许所述第一承托板沿第一方向相对于所述定位盘(25)转动、并阻止所述承托盘(14)沿与所述第一方向相反的第二方向转动。
8.根据权利要求7所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
所述第一棘齿(28)具有与所述定位端面(27)形成锐角的第一斜面(30)和垂直于所述定位端面(27)的第一立面(31),所述第二棘齿(29)具有与所述第二端面(16)形成锐角的第二斜面(32)和垂直于所述定位端面(27)的第二立面(33);
当所述承托盘(14)沿第一方向转动时,所述第一斜面(30)抵接在所述第二斜面(32)上,当所述承托盘(14)沿第二方向转动时,所述第一立面(31)抵接在所述第二立面(33)上。
9.根据权利要求8所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
所述第一棘齿(28)的数量为两个以上,两个以上所述第一棘齿(28)沿所述定位盘(25)的周向均匀布设,所述第二棘齿(29)的数量与所述第一棘齿(28)的数量相等,并一一对应。
10.根据权利要求8所述的薄膜材料样品的高通量制备装置,其特征在于:
所述第二连接部件包括螺纹紧固件(34)和弹性部件(35);
所述弹性部件(35)具有第一通孔(36),在所述定位盘(25)上设置有第二通孔(37),在所述滑环(24)上设置有第三通孔(38),在所述固定掩膜板(4)上设置有第四通孔(39),所述螺纹紧固件(34)依次穿过所述第一通孔(36)、所述第二通孔(37)、所述第三通孔(38)和所述第四通孔(39),用以将所述弹性部件(35)、所述定位盘(25)、所述滑环(24)和所述固定掩膜板(4)依次连接在一起。
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