蒸发设备、气相沉积设备和蒸发方法技术

描述一种蒸发设备(100)，尤其用于蒸发诸如锂之类的反应性材料。此蒸发设备(100)包括用于蒸发液体材料(105)的蒸发坩锅(110)、用于将此液体材料(105)供应至此蒸发坩锅(110)的材料导管(120)，和经配置为通过用冷却装置(152)使此材料导管(120)中的此液体材料(105)的部分固化来关闭此材料导管(120)的阀(150)。此阀(150)可包括用于冷却气体(106)的冷却气体供应器(154)，和可经配置为用此冷却气体(106)冷却此液体材料(105)的此冷却装置(152)。进一步描述一种用于涂覆基板的气相沉积设备(200)以及蒸发方法。积设备(200)以及蒸发方法。积设备(200)以及蒸发方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蒸发设备、气相沉积设备和蒸发方法


[0001]本公开内容的实施方式涉及通过真空腔室中的热蒸发进行的基板涂覆。实施方式尤其涉及通过蒸发反应性材料(诸如碱金属或碱土金属，例如锂)进行基板涂覆。具体地，实施方式涉及一种用于蒸发液体材料的蒸发设备、一种具有蒸发设备的气相沉积设备，和一种蒸发方法。

技术介绍

[0002]用于在基板上沉积层的各种技术是已知的，例如化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)和物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)。为了以高沉积速率涂覆基板，热蒸发可用作PVD工艺。对于热蒸发，源材料被加热和蒸发以产生蒸气，此蒸气可被引导至基板上以涂覆基板。用于实现高沉积速率的温度取决于源材料物理特性(例如随温度变化的蒸气压力)和基板物理极限(例如熔点)。
[0003]例如，将待沉积在基板上的源材料在蒸发坩锅中加热以产生具有升高的蒸气压力的蒸气。蒸气可自蒸发坩锅流至具有多个喷嘴的受加热蒸气分配器。蒸气可由所述多个喷嘴引导至在真空腔室中所提供的基板的表面上以在基板上沉积涂层。
[0004]现代薄膜锂电池可包括锂涂层。例如，经由在基板上沉积蒸气状态中的锂来形成锂涂层。由于锂是高反应性的，因此需要采取多种措施来在没有安全隐患的风险的情况下操作和维护这样的气相沉积系统。
[0005]对于碱金属和碱土金属，一些沉积方法不太适合大量和低成本制造，因为这些方法在管理这样的材料的高反应性同时扩大至大量生产方面存在严峻挑战。这对生产均匀沉积的纯锂提出了挑战。锂尤其受关注，这是因为锂适合用于生产高能量密度电池和蓄电池(accumulator)，即一次电池和二次电池。然而，由于锂的高反应性，锂难以搬运，例如在真空系统中输送、熔化和蒸发锂、控制锂的流率、和清洁和保养所涉及部件具有挑战性。
[0006]用于锂的蒸发方法也具有挑战性，因为难以快速停止或中断蒸发工艺，例如用于维护或其他蒸发中止，且气相沉积设备中的剩余锂可能带来与其他材料发生化学反应的风险。具体地，普通的关闭阀可能不适合用于控制或中断诸如液体锂之类的反应性热材料的供应。
[0007]鉴于上述，提供一种改进的蒸发设备、一种改进的气相沉积设备和一种改进的蒸发方法将是有益的，上述设备和方法也适合用于反应性材料(诸如锂之类)的蒸发，该蒸发具有较低的安全风险且有助于更容易地维护和保养这样的设备。

技术实现思路

[0008]鉴于上述，提供根据独立权利要求的一种蒸发设备、一种气相沉积设备和一种蒸发方法。本公开内容的其他方面、优点和特征从描述和附图而清楚。
[0009]根据一个方面，提供一种蒸发设备。蒸发设备包括用于蒸发液体材料的蒸发坩锅、用于将液体材料供应至蒸发坩锅的材料导管，和经配置为通过用冷却装置使材料导管中液
体材料的部分固化来关闭材料导管的阀。
[0010]在一些实施方式中，阀包括用于将冷却气体、特别是惰性气体导引至冷却装置的冷却气体供应器，且冷却装置经配置为用冷却气体冷却液体材料。特别地，冷却装置可以是热交换器，用于将液体材料的热量传递给冷却气体以冷冻液体材料，即用于将液体材料的状态自液体转变为固体。阀因此也可被称为冷冻阀。具体地，阀可以是冷却气体冷冻阀。
[0011]根据一个方面，提供一种蒸发设备。蒸发设备包括蒸发坩锅、连接至蒸发坩锅的材料导管、和经配置为通过用冷却气体(特别是稀有气体，更特别是氩)冷却材料导管来关闭材料导管的阀。
[0012]根据一个方面，提供一种用于涂覆基板的气相沉积设备。气相沉积设备包括根据本文所述实施方式中的任一者的蒸发设备。气相沉积设备进一步包括具有多个喷嘴的蒸气分配器，用于将在蒸发坩锅中蒸发的材料引导朝向基板；和可移动基板支撑件，特别是涂覆滚筒，用于移动基板经过蒸气分配器。
[0013]根据一个方面，提供一种蒸发方法。蒸发方法包括将液体材料经由材料导管导引至蒸发坩锅中，使蒸发坩锅中的液体材料蒸发，和通过使材料导管中的液体材料的部分固化来关闭材料导管。
[0014]液体材料的所述部分可经由用冷却气体(特别是诸如氩之类的稀有气体)冷却来固化。
[0015]根据一个方面，提供一种制造经涂覆基板的方法，此经涂覆基板特别地包括锂电池的阳极。此方法包括在气相沉积设备中、特别是在根据本文所述的实施方式的任一者的气相沉积设备中，输送基板。基板可为被支撑在真空腔室中的旋转涂覆滚筒上的柔性基板。此方法进一步包括将液体材料经由材料导管导引至蒸发坩锅中，在蒸发坩锅中蒸发液体材料，将蒸发的材料自蒸发坩锅经由蒸气导管导引至蒸气分配器中，和将蒸发的材料自蒸气分配器经由多个蒸气喷嘴导引朝向基板以涂覆基板。可经由用冷却气体冷却来关闭材料导管和蒸气导管中的至少一者，使得液体材料和/或蒸气固化且阻塞相应导管。
[0016]实施方式还涉及用于进行所公开方法的设备且包括用于进行每个所描述方法方面的设备零件。这些方法方面可以硬件部件、由适当软件编程的计算机、两者的任何组合的方式或以任何其他方式来进行。此外，根据本公开内容的实施方式还涉及用于制造所描述设备和产品的方法，和操作所描述设备的方法。所描述的实施方式包括用于进行所描述设备的每个功能的方法方面。
附图说明
[0017]为了能够详细地理解本公开内容的上述特征，可通过参考实施方式获得对以上简要概述的本公开内容的更具体描述。附图涉及本公开内容的实施方式，且描述如下：
[0018]图1示出根据本公开内容的实施方式的蒸发设备的示意图。
[0019]图2示出根据本公开内容的实施方式的蒸发设备的冷冻阀的示意图。
[0020]图3示出根据本公开内容的实施方式的气相沉积设备的示意图；并且
[0021]图4示出图示根据本公开内容的实施方式的蒸发方法的流程图。
具体实施方式
[0022]现将详细参考本公开内容的各个实施方式，本公开内容的一或多个实例在图中图示。在以下对附图的描述中，相同的参考数字代表相同的部件。仅描述关于个别实施方式的差异。每个实施方式均作为对本公开内容的解释而提供，且不意味着对本公开内容的限制。此外，作为一个实施方式的部分图示或描述的特征可用于其他实施方式上或与其他实施方式结合使用，以产生又一实施方式。描述旨在包括这样的修改和变化。除非另有说明，否则对一个实施方式中的一部分或方面的描述也适用于另一实施方式中的对应部分或方面。
[0023]根据本公开内容的实施方式，提供用于在真空腔室中通过蒸发进行涂覆的设备和方法。为了通过蒸发用源材料涂覆基板，源材料可在蒸发设备内被加热为在源材料的蒸发温度以上，例如在蒸发设备的蒸发坩锅内加热。随后可在蒸气分配器中将蒸发的材料导引朝向多个喷嘴以将蒸发的材料引导朝向基板。材料涂层可沉积在基板上。在一些实施方式中，基板可以是柔性基板，例如卷材(web)或箔。
[0024]图1示出根据本文所述实施方式的蒸发设备100。蒸发设备100包括用于蒸发液体材料105的蒸发坩锅110和用于将液体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蒸发设备，所述蒸发设备包含：蒸发坩锅，所述蒸发坩埚用于蒸发液体材料；材料导管，所述材料导管用于将所述液体材料供应至所述蒸发坩锅中；和阀，所述阀经配置为通过用冷却装置使所述材料导管中的所述液体材料的部分固化来关闭所述材料导管。2.如权利要求1所述的蒸发设备，其中所述阀进一步包含冷却气体供应器，所述冷却气体供应器用于将冷却气体导引至所述冷却装置，所述冷却装置经配置为用所述冷却气体冷却所述液体材料。3.如权利要求2所述的蒸发设备，其中所述冷却气体供应器是稀有气体供应器，特别是氩供应器。4.如权利要求2所述的蒸发设备，其中所述冷却气体供应器经配置为导引所述冷却气体在具有以下中的至少一或多者的情况下穿过所述冷却装置的冷却通道：(i)在2巴至20巴的范围内的气体压力，(ii)在15m/s至50m/s的范围内的气体速度，和(iii)在10slm至50slm的范围内的质量流量。5.如权利要求1所述的蒸发设备，其中所述冷却装置包含冷却通道，所述冷却通道围绕所述材料导管的区段且与所述材料导管热接触。6.如权利要求5所述的蒸发设备，其中所述冷却通道围绕所述材料导管成螺旋形或呈螺线形延伸。7.如权利要求1至6中任一项所述的蒸发设备，其中所述冷却装置与所述蒸发坩锅之间的距离为20cm或更小。8.如权利要求1至6中任一项所述的蒸发设备，进一步包含可加热外壳或腔室，所述材料导管延伸穿过所述可加热外壳或腔室，其中所述冷却装置在所述可加热外壳或腔室内部布置在所述材料导管处。9.如权利要求8所述的蒸发设备，进一步包含至少部分地或完全地包围所述冷却装置的绝热布置，用于将所述冷却装置和所述冷却装置所围绕的所述材料导管的区段与所述可加热外壳或腔室内部的热环境绝热。10.如权利要求9所述的蒸发设备，其中所述绝热布置包含一或多个热屏蔽物，所述一或多个热屏蔽物围绕所述材料导管同轴地延伸。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：