自钝化机械稳定的气密性薄膜制造技术

气密性薄膜，其包括第一无机层和与第一无机层邻接的第二无机层，其中该第二无机层作为第一无机层与氧的反应产物形成，其摩尔体积比第一无机层的摩尔体积大大约-1%至15%。该第二无机层的平衡厚度至少是第一无机层的刚沉积厚度的10%但小于该厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自钝化机械稳定的气密性薄膜相关申请交叉参考本申请根据35U. S.C. § 119要求2010年7月27日提交的美国临时申请序列第61/368011号的优先权，并根据35U.S.C. § 120要求2010年9月10日提交的美国申请序列第12/879578号的优先权，以其内容为基础并通过参考全文结合于此。背景与概述本专利技术一般涉及气密性阻挡层，更具体涉及自钝化机械稳定的无机气密性薄膜。最近的研究显示，处于或接近室温的单层薄膜无机氧化物通常包含纳米尺寸的孔 隙、针孔和/或缺陷，从而使其不能或难以成功地用作气密性阻挡层。为了解决与单层膜相关的明显缺点，已经采用多层包封方案。使用多层能最大程度减少或抑制缺陷引起的扩散，并基本抑制环境湿气和氧气的渗透。多层方案一般包括使无机层和聚合物层交错，其中的无机层通常与要保护的基材或工件直接相邻形成，并作为多层堆叠件的终端层或顶端层。由于多层方案通常是复杂且高成本的，特别希望提供经济的薄膜气密性层及其形成方法。按照本专利技术形成的气密性阻挡层包括单沉积无机层，在其形成过程中和/或之后与向内扩散的湿气或氧反应，形成自钝化、机械稳定的气密性薄膜。湿气或氧与第一无机层之间的反应产物形成位于沉积层-环境界面处的第二无机层。第一和第二无机层协作隔离并保护下方的基材或工件。在一些实施方式中，可通过从合适的靶材料进行室温溅射，在工件表面上形成第一无机层。刚沉积后，第一无机层可能基本是无定形的。工件可以是例如有机电子器件，例如有机发光二极管。第一无机层与湿气或氧的反应具有足够的压缩和协同作用，足以形成自密封结构，其具有机械完整性，基本不会发生膜的皱缩、分层或剥落。按照一种实施方式，气密性薄膜包括在基材上形成的第一无机层，以及与第一无机层邻接的第二无机层。第一无机层和第二无机层包含基本相同的元素组成，而第二无机层的摩尔体积比第一无机层的摩尔体积大大约-1%至15%。第二无机层通过第一无机层的氧化形成，其平衡厚度是第一无机层初始厚度的至少10%但小于该厚度。按照一些实施方式的第二无机层具有晶体微结构。以下详述部分中提出本专利技术的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对于阅读了说明书的本领域技术人员而言是显而易见的，或者可通过如包括以下详述部分、权利要求以及附图的本文所述实施本专利技术而了解。应该理解，以上简述和以下详述提出了本专利技术的实施方式，意在提供理解要求权利的本专利技术的性质和特性所需的概况或框架。包括附图以提供对本专利技术的进一步理解，附图结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附示说明了本专利技术的各种实施方式，与说明书一起用于解释本专利技术的原理和操作。附图简要描述附图说明图1是用于形成自钝化机械稳定的气密性薄膜的单室溅射工具的示意图；图2是用于加速的气密性评价的钙贴片测试样品的示意图；图3显示进行加速测试的非气密性密封(左图)和气密性密封(右图)钙贴片的测试结果;图4显示气密性膜形成材料(上方系列图)和非气密性膜形成材料(下方系列图)的掠射角(A，C)和薄膜(B，D) X射线衍射(XRD)谱；图5是进行加速测试的气密性(上图)和非气密性(下图)膜的一系列掠射角XRD谱；和图6A-6I显示进行加速测试的气密性薄膜的一系列掠射角XRD谱。专利技术详述形成自钝化机械稳定的气密性薄膜的方法包括在基材上形成第一无机层，使第一无机层的自由表面与氧接触以形成与第一无机层邻接的第二无机层，其中第二无机层的摩尔体积比第一无机层的摩尔体积大大约-1%至15%，第二无机层的平衡厚度是第一无机层的初始厚度的至少10%但小于该厚度。第一无机层可以是无定形的，而第二无机层可以 是至少部分晶化的。在一些实施方式中，摩尔体积的变化(例如增加)表明层内存在压缩力从而促进了自密封现象。由于第二无机层作为第一无机层与氧的自发反应产物而形成，成功地形成气密性膜的刚沉积的层(第一无机层)的热力学稳定性小于相应的第二无机层。热力学稳定性通过各自的吉布斯形成自由能反映。自钝化机械稳定的气密性薄膜可通过将合适的起始材料物理气相沉积(例如溅射沉积或激光烧蚀)或者热蒸发到工件或测试件上而形成。用于形成这种薄膜的单室溅射沉积设备100如图1所示。设备100包括真空室105，真空室具有基材平台110和掩模平台120，基材平台上可安放一个或多个基材12，掩模平台可用于安放遮蔽掩模122，用于将不同的层以图案化方式沉积到基材上。室105配备有真空口 140，用于控制内部压力，室105还配备有水冷口 150和气体进口 160。真空室可具有低温泵(CT1-8200/螺旋式；美国马萨诸塞州(MA，USA))，能在适用于蒸发工艺(约10_6托)和RF溅射沉积工艺(约10_3托)的压力下运行。如图1所示，通过导电引线182将多个蒸发夹具180连接到各自的电源190，每个夹具具有任选的相应的遮蔽掩模122，用于将材料蒸发到基材112上。可将要蒸发的起始材料200置于各夹具180中。可将厚度监测器186集成在包括控制器193和控制站195的回馈控制环路中，从而控制沉积的材料的量。在一种示例性的系统中，每个蒸发夹具180配备有一对铜引线182以提供DC电流，其运行功率约为80-180瓦。有效夹具电阻通常是其几何形状的函数，决定了精确的电流和瓦数。还提供具有溅射靶310的RF溅射枪，用于在基材上形成无机氧化物的层。RF溅射枪300通过RF电源390和反馈控制器393连接到控制站395。用于溅射机械稳定的无机气密性薄膜时，可将水冷的圆柱形RF派射枪(Onyx-3 ,宾西法尼亚州的埃科学公司(AngstromSciences，PA))固定在室105内。合适的RF沉积条件包括50-150瓦的正向功率(小于I瓦的反射功率)，其对应于约5埃/秒的典型沉积速率(美国的先进能量公司(Advanced Energy,Co，USA))。在一些实施方式中，第一无机层的初始厚度(即刚沉积的厚度)小于50微米(例如约45、40、35、30、25、20、15或10微米)。当第一无机层与氧接触时，可形成第二无机层，所述氧可以是环境空气、水浴或水蒸气的形式。为了评价气密性阻挡层的气密性，使用单室溅射沉积设备100制备钙贴片测试样品。在第一步中，通过遮蔽掩模122蒸发钙丸(备件号10127 ;阿法埃沙公司(Alfa Aesar)),在2. 5英寸正方形玻璃基材上形成分布成5X5阵列的25个钙点(O. 25英寸直径，100纳米厚度)。为了进行钙蒸发，将室压力降低到约ΙΟ—6托。在初始预浸泡步骤中，将输向蒸发夹具180的功率控制在约20瓦并保持约10分钟，然后是沉积步骤，将功率增加到80-125瓦，在各基材上沉积约100纳米厚度的钙图案。蒸发钙之后，使用比较例无机氧化物材料以及根据各种实施方式的气密性无机氧化物材料对图案化的钙贴片进行包封。利用经过压制的粉末溅射靶的室温RF溅射来沉积无机氧化物材料。所述经过压制的粉末靶采用手动加热的台式液压机(Carver压机，4386型，美国印第安纳州的瓦贝西(Wabash，IN，USA))单独制备。压机通常以20000psi在200°C运行2小时。使用RF电源390和反馈控制393 (先进能量公司， 美国)在厚度约为2微米的钙上形成第一无机氧化物层。不采用沉积后的热处理。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】2010.07.27 US 61/368,011;2010.09.10 US 12/879,5781.一种气密性薄膜，其包括 在基材上形成的具有初始厚度的第一无机层；和 与第一无机层邻接的第二无机层；其中 第一无机层和第二无机层具有基本相同的元素组成； 第二无机层的摩尔体积比第一无机层的摩尔体积大大约-1%至15% ;和 第二无机层的平衡厚度是第一无机层的初始厚度的至少10%但小于该初始厚度。2.如权利要求1所述的气密性薄膜，其特征在于，所述第一无机层是无定形的。3.如权利要求1所述的气密性薄膜，其特征在于，所述第二无机层是晶相的。4.如权利要求1所述的气密性薄膜，其特征在于，所述第一无机层包含铜的第一氧化物，所述第二无机层包含铜的第二氧化物。5.如权利要求1所述的气密性薄膜，其特征在于，所述第一无机层包含铜的氧化物，所述第二无机层包含Cu4O3。6.如权利要求5所述的气密性薄膜，其特征在于，所述铜的氧化物是CuO。7.如权利要求1所述的气密性薄膜，其特征在于，所述第一无机层包含掺杂的锡氟磷酸盐玻璃。8.如权利要求7所述的气密性薄膜，其特征在于，所述掺杂的锡氟磷酸盐玻璃的组成中包含35-50摩尔％的SnO，30-40摩尔％的SnF2,15-25摩尔％的P2O5,以及1. 5-3摩尔％的掺杂剂氧化物，所述掺杂剂氧化物选自WO3和Nb2O5。9.如权利要求1所述的气密性薄膜，其特征在于，所述第二无机层基本不允许空气、氧气和水扩散。10.如权利要求1所述的气密性薄膜，其特征在于，所述第二无机层包含第一无机层与氧的反应产物。11.如权利要求1所述的气密性薄膜，其特征在于，所述第一无机层的初始厚度小于50微米。12.—种器件，其至少部分通过如权利要求1所述的气密性薄膜密封。13.一种气密性薄膜，其包括 在基材上形成的具有初始厚度的第一无机层；和 与第一无机层邻接的第二无机层；其中 第一无机层和第二无机层具有基本相同的元素组成； 第二无机层的摩尔体积比第一无机层的摩尔体积大大约-1%至15% ;和 第一无机层包含铜的第一氧化物，第二无机层包含铜的第二氧化物。14.一种形成气密性薄膜的方法，其包括 在基材上从起始材...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·P·安，M·A·凯斯达，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：
国别省市：