本文中描述的实施方式涉及一种用于靶材的保护构件和一种用于保护靶材的系统。本文中描述的实施方式特定地涉及在碱金属或碱土金属为靶材材料时对靶材的处理。具体来说，本公开内容涉及用于诸如锂的碱金属或碱土金属的沉积的靶材。
背景技术：
用于将薄层沉积在基板上的技术特定地是蒸发、化学气相沉积和溅射沉积。例如，可以使用溅射沉积薄层，诸如金属薄层。在溅射工艺期间，通过利用离子轰击靶材表面将涂层材料从由待沉积在基板上的材料构成的溅射靶材运输。在溅射工艺期间，可对靶材电偏压，使得在工艺区域中产生的离子可以足够能量轰击靶材表面以从靶材表面去除靶材材料原子。所溅射的原子可以沉积在基板上。或者，所溅射的原子可与等离子体中的气体反应，例如，氮气或氧气，以将材料的氧化物、氮化物或氮氧化物沉积到基板上。这可称为反应溅射。
现代薄膜锂电池通常在真空腔室中生成，其中基板设有若干个层，包括锂层。例如通过在基板上沉积蒸汽状态的锂，形成锂层。此外，碱金属或碱土金属，尤其是锂，可容易地与周围环境(例如，气体或材料)反应而氧化，这使靶材表面钝化。由于锂是高反应性的，因此需要采取多种措施来操作和维持使用锂的沉积设备。
分别用于锂和其它碱金属或碱土金属的普通沉积装置可以利用溅射源或蒸发源及其操作方法。鉴于锂的反应性，用于锂的溅射方法是有挑战性的，特别是在成本和可制造性方面。高反应性首先影响靶材(这是溅射的必要组分)制造，并且其次影响对所得靶材的处理。因此，相较非反应性靶材来说，装运、安装、预防性的维护等等更加困难，因为需要保护靶材材料免于与环境空气反应。
使用锂靶材的沉积的不均匀性是另一问题。例如，在靶材溅射表面的不同区域中，锂金属的形态可能不同。通过溅射氧化物或其它钝化涂层来清洁锂靶材表面的做法在一些区域中可能并不彻底，并且这种不均匀性被传递给锂沉积而到基板工艺。
特定问题源于如下事实：锂与水强烈反应，从而在水溶液中形成氢氧化锂和高度易燃的氢。在正常温度下的锂-水反应是快捷的但非剧烈的，因为产生的氢不会单独点燃。即使锂-水反应可能是非剧烈的，但是如果锂接触水，那么靶材也会被损坏。因此，靶材材料的一些部分或整个靶材材料可能不可用于溅射。在水与反应靶材材料之间的接触可能在靶材处理期间发生。如本文使用的，处理可以包括靶材组件的装运、存储、安装和移除。靶材组件可在内部具有流体导管，例如，具有水作为冷却流体的冷却区域。这些流体在处理期间可能接触靶材组件的靶材材料，并且引起对靶材材料的损坏。
鉴于上文，需要一种保护靶材的方法，以便确保靶材材料质量并且避免可能的风险状况。
技术实现要素：
鉴于上文，提供一种用于靶材的保护构件和一种用于保护靶材的系统。本公开内容的实施方式的另外方面、优点和特征将从从属权利要求、描述和附图显而易见。
根据一个方面，提供一种用于靶材的保护构件。所述保护构件被定位成覆盖靶材。所述保护构件包括密封件，其中所述密封件是具有内部空腔的可充气密封件。
根据另一方面，所述密封件放置在所述保护构件与所述靶材之间。所述密封被构造为以气密构件将所述保护构件的内部密封。
根据另一方面，所述保护构件具有管结构。
根据另一方面，所述保护构件是软管。
根据另一方面，所述保护构件包括第一气体入口、第二气体入口和第三气体入口，所述第一气体入口用于向所述保护构件的内部提供保护气氛。
根据另一方面，所述第一气体入口是泵凸缘。
根据另一方面，其中所述第二气体入口和所述第三气体入口中的至少一个是气动阀门。
根据另一方面，在所述保护构件的所述内部提供保护气氛。
根据另一方面，将所述保护构件的所述内部抽空。
根据另一方面，所述保护气氛是惰性气体。
根据另一方面，所述惰性气体是氩气。
根据另一方面，所述管结构包括呈半管形式的两个管段。所述两个管段利用唇缘密封件彼此连接。所述唇缘密封件被定位成沿着所述两个管段的纵向轴线。
根据另一方面，所述保护构件的所述密封件包括在所述保护构件的顶部部分上的第一密封件和在所述保护构件的底部部分上的第二密封件。
根据另一方面，提供一种用于保护靶材的系统。所述系统包括用于靶材的保护构件。所述系统包括含靶材材料的靶材。所述靶材材料是碱金属或碱土金属。
根据另一方面，所述靶材材料是锂合金的锂。
根据另一方面，所述靶材是旋转靶材。所述旋转靶材是垂直定位的。
附图说明
以上简要概述的本公开内容的实施方式的上述详述特征能够被具体理解的方式、以及本公开内容的更特定描述，可以通过参照本文中描述的实施方式获得。附图涉及本公开内容的各个实施方式，并且描述如下：
图1示出根据本文中描述的实施方式的具有沿着旋转轴线的保护构件的旋转靶材的示意性横截面；
图2示出根据本文中描述的实施方式的具有保护构件的旋转靶材的示意性横截面俯视图；
图3示出根据本文中描述的实施方式的具有保护构件的旋转靶材的示意性透视图，其中保护构件是呈两个半管形式；
图3A示出根据本文中描述的实施方式的溅射腔室的示意性透视图，溅射腔室包括具有保护构件的旋转靶材的阵列；以及
图4示出根据本文中描述的实施方式的图解用于保护靶材的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本公开内容的各种实施方式，这些实施方式的一或多个示例在附图中示出。在以下对附图的描述内，相同附图符号指示相同部件。一般来说，仅描述了相对于单独实施方式的差异。每个示例以解释公开内容的实施方式的方式提供，而非意在对实施方式的限制。另外，说明或描述为一个实施方式的部分的特征可以用于其它实施方式或与它们结合产生另一实施方式。考虑到，描述包括这样的修改和变更。
如本文描述的靶材是指包括背衬结构的靶材组件，待溅射的反应靶材材料可施加到靶材组件。背衬结构可以是板、圆筒、管或其它结构。如本文使用的术语“靶材组件”是指适于被安装到沉积设备并且包括待溅射的靶材材料的任何阴极组件。
本文中描述的实施方式涉及当用作溅射工艺的靶材材料时的碱金属或碱土金属。特定来说，本文中描述的实施方式涉及当用作溅射工艺的靶材材料时的锂。锂的一些性质，例如，对湿气和/或空气暴露的敏感性、相对柔软和有延展性，以及相对低的熔点，使其成为用于制造锂溅射靶材和它们在溅射工艺中的使用的具有挑战性材料。例如，暴露于环境空气而氧化蒸气(特别是H2O) 和在打开真空腔室后与人员的接触应当被最小化。
相较其它碱金属来说，锂是特别引人关注的，因为它适用于生产高能量密度电池和蓄电池。例如，这些电池用于工业运输车辆或笔记本电脑、电话和其它电子装置中的电池可能是引人关注的。
如上所述，锂的高反应性影响对所得靶材的处理。因此，相较非反应性靶材来说，装运、安装、存储或预防性的维护可能更加困难。因此，期望的是，通常保护靶材材料免于与环境空气、湿气和大气反应。具体来说，期望的是，保护靶材免于与水反应。
一种措施可能是将可移除的涂层施加到靶材表面。可移除的涂层可避免靶材材料与大气反应并且可容易地溅射离开。然而，涂层可能无法保护靶材材料免于与水反应，并且当溅射离开时可能污染涂覆腔室。此外，涂层可能在处理靶材期间损坏，以使得靶材材料被暴露于环境空气。
因此，需要一种在处理期间保护反应靶材的方法，以便确保靶材材料质量并且避免烧伤风险。
根据本文中描述的实施方式，为了补偿这些效应，本文中描述的实施方式涉及保护靶材的方法。所述方法可以包括：利用保护构件覆盖靶材；以及以气密的方式密封所述保护构件内部，以使得在保护构件与靶材之间提供密封。具体来说，可在靶材上方安装呈保护管形式的简易屏蔽装置。因此，可以避免靶材材料损坏。因此，本公开内容的实施方式确保靶材材料质量并且避免烧伤风险。
如本文使用的，术语“覆盖”是指将物体放置在靶材上以用于保护。物体可以被理解为有坚固性的独立物体。
根据本公开内容的实施方式，靶材可以是旋转靶材。如本文使用的术语“旋转靶材”是指适于被可旋转地安装到沉积设备并且包括待溅射的靶材结构的任何阴极组件。因此，术语“旋转靶材”在本文中与“旋转阴极”同义地使用。根据可与本文中描述的其它实施方式组合的另外实施方式，旋转靶材可以是圆柱形的，例如使得在旋转靶材旋转期间在基板与靶材表面之间的距离是恒定的。根据可与本文中描述的其它实施方式组合的另外实施方式，相较溅射应用，旋转靶材可以包括单个靶材材料，其中通过两个或更多个不同靶材的旋转移动而提供在不同靶材材料之间的切换，或者其中通过不同靶材的旋转移动而提供在不同靶材之间的切换。
相较于平面靶材，旋转靶材可以具有以下有益效果：因靶材材料的较高的利用率而增加的涂布机运行时间、通过增加的溅射速率而最大化的涂布机吞吐量、溅射通量聚焦而导致的工艺效率增强和靶材清洁减少，以及因替换靶材所需要的简单操作而减少的涂布机停机时间。
参考图1，示出靶材100的横截面的示意图。根据本公开内容的实施方式，靶材可以具有待溅射的靶材材料110。待溅射的靶材材料可施加到背衬结构 116。背衬结构可以是板、圆筒、管或其它结构。靶材可以具有冷却区域(未示出)，冷却区域液封地安装到冷却剂管以用于冷却靶材100。背衬结构116用作靶材材料与冷却区域之间的阻挡层。靶材材料110可以是碱金属或碱土金属。特定来说，靶材材料可以是锂，并且靶材100可以是锂靶材。由于锂是反应材料，因此这种靶材可以被认为是反应靶材。如本文使用的，术语“锂靶材”与术语“反应靶材”同义地使用。
如上所述，锂的高反应性影响对所得靶材的处理。如图1所示，可以利用保护构件112覆盖靶材100，以保护靶材材料110。因此，可以避免在靶材处理期间靶材材料与周围环境的接触。因此，确保靶材材料质量，并且可以避免烧伤风险。本实施方式的保护构件可以被理解为有坚固性的独立物体。也就是说，保护构件可能是独立于靶材的构件。因此，相同保护构件可以多次用于相同靶材，或者相同保护构件可以多次用于不同靶材。保护构件可以允许保护构件的内表面与靶材材料表面之间的空间。这不包括使用直接施加在靶材材料表面上的涂层或保护层。本公开内容的可能保护构件的示例可以是实心中空圆筒、可充气的中空圆筒、袋子或安全套式护鞘。
根据本文中描述的实施方式，保护构件可以被定位以覆盖靶材。根据本文中的实施方式，可以将保护构件拉过靶材以保护靶材材料。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的另外实施方式，保护构件112 可以包括密封件115。根据另外实施方式，密封件115可以是具有内部空腔的可充气的密封件。内部空腔可填充有空气、气体或液体作为密封介质。如图1 所示，密封件可以放置在保护构件112的内表面和靶材100之间。根据本公开内容的实施方式，第一密封件可以放置在保护构件的一个侧面处，并且第二密封件可以放置在保护构件的另一侧面处。根据本公开内容的另外实施方式，第一密封件可以放置在保护构件的顶部部分上，并且第二密封件可以放置在保护构件的底部部分上。因此，即使靶材离开真空沉积室，或者如果靶材在顶部和 /或底部处打开以用于进行流体导管的填充或排放，就可避免空气、气体或液体泄漏或进入空间118中。因此，可以确保靶材材料质量，并且可以避免烧伤风险。使用保护构件还进一步保护靶材材料表面免受在靶材处理期间可能发生的机械冲击。
如本文描述的，可充气的密封件可以通过将充气压力引入可充气的密封件的空腔中来作用。这种充气压力可能导致密封件位移，从而影响保护构件112 的内表面与靶材100之间的正常密封。一旦将密封件的充气压力移除，密封件就会返回到其未充气或松弛位置。充气密封件可以在三个不同平面中提供通用配置：径向向内、径向向外和轴向。根据本公开内容的另外的实施方式，密封件115可以由硅树脂或任何其它橡胶材料制成。
根据本公开内容的不同实施方式，保护构件可以具有管结构。如本文使用的，术语“管”与术语“中空圆筒”同义地使用。根据另外实施方式，保护构件112可以是软管。如本文使用的术语“软管”是指对压力或重量具有很小或无阻力的管。也就是说，软管可以利用空气、气体或液体充气，以提供结构支架。根据本文中的不同实施方式，软管可由合成橡胶、聚乙烯、柔性聚氯乙烯或纤维增强塑料制成。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的不同实施方式，保护构件112 可以是坚固的管。如本文使用的术语“坚固的管”是指有坚固性和对压力和重量有阻力的管。根据另外实施方式，坚固的管的材料可以选自由以下项组成的组：聚合物(如丙烯酸、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯)、非反应性金属或非反应性金属的合金，以及陶瓷材料。
根据本公开内容的实施方式，靶材100和保护构件112可以是同心管。根据本公开内容的不同实施方式，保护构件可以具有1mm-20mm之间的厚度。特定来说，保护构件可以具有5mm或更多的厚度；更特定地，保护构件可以具有6mm的厚度。保护构件厚度是指保护管壁厚，所述壁厚在图2中被描述为W。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的不同实施方式，在保护构件 112的内表面与靶材材料110的表面之间可能存在空间118。空间118可以用作隔离通道，以保护靶材材料免于因与不期望的气体、材料或流体的接触而劣化。根据本公开内容的实施方式，保护构件的内表面可以在距靶材材料表面2 mm或更多的距离处；特定来说，保护构件的内表面可以在距靶材材料表面5 mm或更多的距离处；更特定地，保护构件的内表面可以距靶材材料表面10 mm或更多的距离处。如可从图1看出，根据另外实施方式，保护构件112可以覆盖靶材材料110的完整表面和靶材100的一部分，而保护构件112上无靶材材料。
根据本公开内容的实施方式，靶材100可以在0.1m与5m长之间；特定地，在1m与5m长之间；更特定地，在2m与4m长之间。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的不同实施方式，保护构件可以包括用于密封靶材的拉伸条带。当保护构件是可充气的中空圆筒时，拉伸条带使得能够容易安装。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的本公开内容的实施方式，保护构件可以包括第一气体入口120、第二气体入口122和第三气体入口124。第一气体入口可以向保护构件的内部提供保护气氛或真空。特定来说，第一气体入口可以将保护气氛提供到空间118。因此，可通过与不期望的气体、材料或流体的接触来保护靶材材料免于劣化。因此，可以确保靶材材料质量。根据另外实施方式，第一气体入口可以用作泵凸缘或排气凸缘。特定来说，当期望向保护构件的内部提供保护气氛时，第一气体入口可以用作泵凸缘。另一方面，当期望将保护构件的内部抽空时，第一气体入口可以用作排气凸缘。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的不同实施方式，保护气氛可由惰性气体提供。更特定地，保护气氛可由氩提供。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的另外的实施方式，第二气体入口122和第三气体入口124可以在密封件115上。根据本文中的实施方式，第二气体入口可以用作气动阀门。同样地，第三气体入口可以用作气动阀门。根据本描述的另外实施方式，第二气体入口和第三气体入口可由与密封件115相同的材料制成，即，硅树脂或任何其它橡胶材料。
根据本文中的实施方式，第二气体入口可以允许将空气、气体或液体填充到保护构件的顶部部分上的第一密封件中。第三气体入口可以允许将空气、气体或液体填充到保护构件的底部部分上的第二密封件中。因此，靶材的顶部部分和底部部分可以被密封以使得靶材材料可以通过与不期望的气体、材料或流体的接触而得到保护以免于劣化。因此，可以确保靶材材料质量，并且可以避免烧伤风险。根据不同实施方式，第二气体入口可以允许从保护构件的顶部部分上的第一密封件排放空气、气体或液体。同样地，第三气体入口可以允许从保护构件的底部部分上的第二密封件排泄空气、气体或液体。因此，在保护构件的顶部部分上的第一密封件和/或在保护构件的底部部分上的第二密封件可返回到未充气或松弛位置。因此，可以将保护构件从靶材移除，并且这允许了靶材材料将被溅射。
图2示出图1的靶材的俯视图的示意图。根据本公开内容的实施方式，靶材200可以具有待溅射的靶材材料210。根据本实施方式，靶材材料可施加到背衬结构216。
靶材材料210可以是碱金属或碱土金属。特定来说，靶材材料可以是锂，并且靶材200可以是锂靶材。如图2所示，可以利用保护构件212覆盖靶材200，以保护靶材材料210。因此，可以避免在靶材处理期间的靶材材料与周围环境的接触。因此，确保靶材材料质量，并且可以避免烧伤风险。进一步地，使用保护构件对抗在靶材处理期间可能发生的机械冲击来保护靶材材料表面。
根据另外实施方式，保护构件212可以是软管或坚固的管。根据可与本文中描述的其它实施方式组合的不同实施方式，在保护构件212的内表面与靶材材料210的表面之间可能存在空间218。空间218可以用作隔离通道，以保护靶材材料免于因与不期望的气体、材料或流体的接触而劣化。
如图2所示，磁控管240可以定位在靶材组件的中空芯部内。可以旋转磁控管240。根据本文中的实施方式，靶材组件可以在内部具有流体导管。例如，冷却流体可通过流入背衬结构216与磁体覆盖管235之间的冷却区域230来冷却靶材组件。磁体覆盖管235可以防止冷却流体干扰磁控管移动。根据本文中的另外实施方式，冷却流体可通过流过对应于靶材组件的中心轴线的出口区域 242而离开靶材组件。本文中的实施方式提供一种在靶材的内部的流体导管保持打开的情况下在靶材处理期间保护靶材的方法。因此，可以避免靶材材料损坏。因此，本公开内容的实施方式确保靶材材料质量并且避免烧伤风险。
图3示出靶材300的透视图的示意图。根据本公开内容的实施方式，靶材 300可以具有待溅射的靶材材料310。靶材材料310可以是碱金属或碱土金属。特定来说，靶材材料可以是锂，并且靶材可以是锂靶材。如图3所示，可以利用保护构件312覆盖靶材组件，以保护靶材材料。因此，可以避免在靶材处理期间靶材材料与周围环境的接触。因此，确保了靶材材料质量，并且可以避免烧伤风险。
根据另外实施方式，保护构件可以包括呈半管形式的两个管段312a、312b。管段可以利用沿着两个管段的纵向轴线定位的唇缘密封件350彼此连接。如本文使用的术语“半管”是指沿着具有凹陷表面的管道或管的纵向轴线的半部区段。根据可与本文中描述的其它实施方式组合的不同实施方式，管段312a、 312b可以是软管区段。如本文使用的术语“软管区段”是指对压力或重量具有很小或无阻力的管段。根据另外实施方式，管段312a、312b可以是坚固管段。如本文使用的术语“坚固管段”是指有坚固性和对压力和重量有阻力的管。
根据本文中的实施方式，两个管段可以利用在管段的两个端侧上的两个唇缘密封件350彼此连接。唇缘密封件可以被按压在两个管段上以提供类似于保护构件112、212的封闭的管。根据不同实施方式，两个管段可以被硫化以提供封闭的管。硫化材料具有比未经历这种化学工艺的其它材料优异的机械性质。
如图3所示，另一密封件115可以放置在保护构件的内表面与靶材300之间。通过在保护构件的内表面与靶材之间放置密封件，可以避免空气、气体或液体从保护构件的内部泄漏。同样地，也可避免空气、气体或液体进入保护构件的内部。因此，可以确保靶材材料质量。使用呈半管形式的两个管段作为保护构件允许更好的安装。当与长的靶材(例如，超过3米的靶材)一起工作时，可能期望使用呈半管形式的两个管段。因此，可避免将保护构件拉过靶材。因此，在将保护构件安装到靶材或将保护构件从靶材拆下时需要较少空间。
图3A示出包括具有保护构件的旋转靶材的阵列的溅射腔室355的透视图的示意图。靶材阵列330可以包括2个或更多个靶材300。特定来说，靶材阵列可以包括10个靶材。根据本公开内容的实施方式，靶材300可以具有待溅射的靶材材料。特定来说，靶材材料可以是锂，并且靶材可以是锂靶材。
如图3A所示，可以利用保护构件312覆盖靶材阵列中的每个靶材，以保护靶材材料。因此，可以避免在靶材处理期间的靶材材料与周围环境的接触。因此，确保了靶材材料质量，并且可以避免烧伤风险。保护构件312可以是覆盖靶材材料和靶材300的一部分的保护管。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的另外实施方式，保护构件312 可以包括放置在保护构件的内表面和靶材300之间的密封件115。密封件115 可以是具有内部空腔的可充气的密封件。内部空腔可填充有空气、气体或液体作为密封介质。通过在保护构件的内表面与靶材之间放置密封件，可以避免空气、气体或液体从保护构件的内部泄漏。同样地，也可避免空气、气体或液体进入保护构件的内部。因此，可以确保靶材材料质量。
用于在靶材处理期间保护靶材的方法的实施方式被示出为图4中的示意图。所述方法可以包括：利用保护构件402覆盖靶材；以及以气密的方式密封所述保护构件内部，以使得在保护构件与靶材404之间提供密封件。因此，可以避免靶材材料损坏。因此，本公开内容的实施方式确保靶材材料质量并且避免烧伤风险。
根据可与本文中描述的其它实施方式组合的一些实施方式，保护靶材的方法可进一步向保护构件的内部提供保护气氛。在将保护构件的内部抽空后，可通过第一气体入口120来提供保护气氛。根据不同的实施方式，可以提供保护气氛，而不需要先前将保护构件的内部抽空，因为通过泵吸保护气氛，就可将保护构件的内部抽空。根据另外实施方式，保护靶材的方法可以将保护构件的内部抽空。因此，靶材材料可由真空保护而免于不期望的气体、材料或流体影响。
本文中描述的实施方式可以用于大面积基板(例如，上面具有例如是电致变色器件的建筑规模窗，包括锂或锂电池制造)上的蒸发。根据一些实施方式，大面积基板或相应载体(其中载体具有一个或多个基板)可以具有至少0.67m2的大小。通常，尺寸可以为约0.67m2(0.73×0.92m-第4.5代)至约8m2，更典型地约2m2至约9m2或20甚至高达12m2。通常，采用根据本文中描述的实施方式的结构和方法的基板或载体是如本文中描述的大面积基板。例如，大面积基板或载体可以是第4.5代(其对应于约0.67m2基板(0.73×0.92m))、第5 代(其对应于约1.4m2基板(1.1m×1.3m))、第7.5代(其对应于约4.29m2基板 25(1.95m×2.2m))、第8.5代(其对应于约5.7m2基板(2.2m×2.5m))、或甚至第10代(其对应于约8.7m2基板(2.85m×3.05m))。可类似地实现甚至更高代的载体(诸如第11代和第12代)以及对应基板。
根据本公开内容的实施方式，可以提供一种用于保护靶材的系统。所述系统可以包括保护构件112、212、312a、312b和包括靶材材料110、210、310 的靶材100、200、300，其中靶材材料是碱金属或碱土金属。根据另外实施方式，靶材材料可以是锂或锂合金。
根据本公开内容的实施方式，靶材可以是垂直定位的旋转靶材。如本文使用的垂直定位是指旋转靶材铺设在平面中，使得旋转靶材的旋转轴线垂直于地面。垂直布置的优点是在处理期间产生的任何颗粒将朝向腔室底部落下，而不污染基板。
根据另外实施方式，靶材可以是适于连接到AC电源或DC电源的靶材。
尽管前述针对本公开内容的实施方式，但在不脱离本实用新型的基本范围的情况下可设计本公开内容的其它和进一步实施方式，并且本实用新型的范围由随附的权利要求书来确定。