KR100338927B1 - 정전기 분무 열분해 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증착막을 증착하는 정전기 분무 열분해 장치에 관한 것으로서, 이를 구현하기 위한 구성은, 증착 대상물을 고정하여 가열할 수 있는 홀더가 내설되어 있고, 상기 홀더와 대향하는 방향에 관통홀이 형성된 반응챔버, 상기 관통홀 내부에 삽입 설치되고, 내부 소정부에 가스배출구가 형성된 분산판이 내설된 가이드통, 상기 분산판 하측의 상기 가이드통 일측에 연결된 가스공급부, 상기 가이드통의 저면 소정부를 관통하여 상부로 연장되어 상기 분산판을 관통하여 설치된 노즐과 상기 노즐과 연결된 원료용액 공급라인과 상기 원료용액 공급라인과 연결된 원료용액 공급원으로 이루어지는 원료용액 공급수단 및 상기 대상물 또는 홀더와 연결되어 접지된 제 1 접지선과 상기 가이드통의 소정부와 연결되고, 상기 제 1 접지선과 연결된 제 2 접지선과 상기 노즐과 연결되고, 소정부에 전원이 설치되고, 상기 제 1 접지선과 연결된 제 3 접지선으로 이루어지는 전력 인가수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 원료용액의 용매로 테트라하이드로퓨란을 사용하고, 첨가물로 1-부틸알콜(butyl alcohol) 또는 1-옥틸알콜(octyl alcohol)을 사용함으로써 용매의 기화속도가 감소되어 막질의 균일도 및 평활도가 향상된 양질의 산화마그네슘 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

정전기 분무 열분해 장치{Thermal resolution apparatus using the spray of static electricity}
본 발명은 정전기 분무 열분해 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 기판 등의 증착 대상물 표면에 양질의 증착막을 형성할 수 있는 정전기 분무 열분해 장치에 관한 것이다.
통상, 방전에 의한 발광을 이용하여 글자와 화상을 표시하는 박형 표시장치로써 사용되는 AC-PDP(Plasma Display Panel), 조셉슨소자 등에 응용되는 초전도체, 강유전체 등의 대상물 표면에 여러 가지 방법으로 산화마그네슘(MgO) 박막(薄膜)을 형성하고 있다.
종래의 상기 박막은 전자빔 증발(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering) 등의 물리적 증착법 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition), 분무 열분해법 등의 화학증착법을 이용하여 형성한다.
특히, 상기 AC-PDP의 상판 유전체 보호막에 응용되는 산화마그네슘 박막은 고진공 형성을 위한 고가의 고진공펌프 등의 장비를 구비하는 물리증착법을 이용하여 증착하였다.
그러나, 최근에 AC-PDP의 제조단가를 낮추기 위한 노력으로써 고가의 장비가 필요한 물리증착법을 지양하고 상압상태에서 공정이 진행되는 저가의 장비를 이용한 분무 열분해법을 이용하여 증착하고 있다.
도 1은 대상물 표면에 산화마그네슘 박막을 증착하는 종래의 정전기 분무 열분해 장치의 개략적인 구성도이다.
종래의 정전기 분무 열분해 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 대상물 표면에 산화마그네슘(MgO) 박막을 상압상태에서 증착하는 공정이 진행되는 반응챔버(10)를 구비한다.
상기 반응챔버(10)의 내부 소정부에는 기판 등의 대상물(14)을 고정하여 히터(Heater)에 의해서 200 ℃ 이상의 고온으로 가열할 수 있는 홀더(Holder : 12)를 구비하며, 저면부에는 관통홀(16)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 관통홀(16) 내부에는 반응챔버(10) 내부의 대상물(14) 표면에 증착될 원료용액을 공급하는 노즐(18)이 삽입되어 있고, 노즐(18)과 원료용액 공급원(22)이 원료용액 공급라인(20)에 의해서 서로 연결되어 있다.
여기서 상기 원료용액 공급원(22)은 원료물질을 물 또는 알코올의 용매에 녹여 제조된 것이다.
또한, 노즐(18)과 대상물(14)에 (+) 또는 (-)의 특정전력을 인가하는 DC 전력기(24)가 연결되어 있고, 노즐(18)과 대상물(14)은 동일 지점에 접지되어 있다.
따라서, 원료용액 공급원(22)은 원료용액 공급라인(20)을 통해서 노즐(18)에 원료용액을 공급한다.
다음으로, DC전력기(24)가 노즐(18)과 대상물(14)에 특정 전압을 인가하게 되면, 노즐(18)의 원료용액 표면은 정전기에 의해서 소위 ‘ 테일러콘 ’이라 불리우는 콘(Corn)형태로 변형되며, 상기 콘의 첨단으로부터 미세한 크기의 전하를 뛴 액적이 반응챔버(10) 내부로 분출되어 대상물(14) 표면에 증착된다.
그러나, 상기 분무 열분해 장치는 LiCoO3, ZrO, ZnO 등의 일부 산화물 박막증착에 국한되게 사용되었으며, 원료물질을 용해시키기 위한 용매로는 물 또는 알코올만을 사용하였다.
그리고, 원료용액의 용매의 끓는점이 너무 낮으면 액적 형태로 대상물 표면에 분사된 원료용액의 용매가 너무 빨리 기화하여 대상물 표면에 상당히 큰 입자들을 형성하고, 용매의 끓는점이 너무 높으면 대상물 표면에 분사된 원료용액의 용매가 용이하게 기화하지 못하여 대상물 표면에 균일도와 평활도가 떨어지는 박막을 형성하는 문제점이 있었다.
그리고, 대상물과 노즐 사이의 거리가 멀 경우, 안정적으로 액적이 노즐에서 분사되도록 상당히 높은 전력을 노즐과 대상물에 인가하게 됨으로써 장비의 안정적 작동에 상당한 문제점이 있었다.
그리고, 높은 정전기장을 형성하기 위해 대상물과 노즐 사이의 거리를 짧게 하면, 히터에 의해서 200 ℃ 이상으로 가열된 대상물의 온도가 노즐에 전달되어 노즐이 가열되고, 노즐 내부의 원료용액이 가열되어 변질되어 대상물에 분무됨으로써 대상물에 증착된 박막의 특성이 열화되는 문제점이 있었다.
또한, 노즐에서 방출된 액적이 사방으로 분산됨으로써 대상물에 충분한 양의 액적이 공급되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 원료용액의 용매의 끓는점이 너무 낮거나 높아 대상물 표면에 상당히 큰 입자가 형성되거나, 대상물 표면에 증착된 박막의 균일성 및 평활도가 떨어지는 것을 방지할수 있는 정전기 분무 열분해 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 대상물과 노즐 사이의 거리가 너무 멀거나 가까워, 장비의 안정적 작동에 이상이 발생하거나 노즐 내부의 원료용액이 변질되는 것을 방지할 수 있는 정전기 분무 열분해 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 노즐에서 방출된 액적이 대상물에 충분히 공급될 수 있도록 하는 정전기 분무 열분해 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 정전기 분무 열분해 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정전기 분무 열분해 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가스공급부와 가이드통의 연결관계를 설명하기 위한 사시도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10, 30 : 반응챔버 12, 32 : 홀더
14, 34 : 대상물 16, 36 : 관통홀
18, 38 : 노즐 20, 40 : 원료용액 공급라인
22, 42 : 원료용액 공급원 24, 60 : DC 전력기
44 : 가이드통 46 : 운반가스 공급부
48 : 산화가스 공급부 50 : 분산판
52 : 가스배출구 54 : 제 1 접지선
56 : 제 2 접지선 58 : 제 3 접지선
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 분무 열분해 장치의 구성은, 증착 대상물을 고정하여 가열할 수 있는 홀더가 내설되어 있고, 상기 홀더와 대향하는 방향에 관통홀이 형성된 반응챔버와; 상기 관통홀 내부에 삽입 설치되고, 내부 소정부에 가스배출구가 형성된 분산판이 내설된 가이드통과; 상기 분산판 하측의 상기 가이드통 일측에 연결된 가스공급부와; 상기 가이드통의 저면 소정부를 관통하여 상부로 연장되어 상기 분산판을 관통하여 설치된 노즐과 상기 노즐과 연결된 원료용액 공급라인과 상기 원료용액 공급라인과 연결된 원료용액 공급원으로 이루어지는 원료용액 공급수단; 및 상기 대상물 또는 홀더와 연결되어 접지된 제 1 접지선과 상기 가이드통의 소정부와 연결되고, 상기 제 1 접지선과 연결된 제 2 접지선과 상기 노즐과 연결되고, 소정부에 전원이 설치되고, 상기 제 1 접지선과 연결된 제 3 접지선으로 이루어지는 전력 인가수단;을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀더는 상기 대상물을 소정온도로 가열하기 위한 히터를 내장함이 바람직하다.
그리고, 상기 가스공급부는 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부와 산화가스를 공급하는 산화가스 공급부로 구분될 수 있고, 상기 원료용액은 Mg(C11H19O2)2의 원료물질이 테트라하이드로퓨란(Tetra-hydro-furan)의 용매에 용해되어 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 원료용액은 상기 테트라하이드로퓨란보다 끓는점이 더 높은 1-부틸알콜(butyl alcohol) 또는 1-옥틸알콜(octyl alcohol) 등의 첨가물질이 더 첨가될 수 있다.
또한, 상기 첨가물질은 10 내지 80 %의 부피농도를 가질 수 있고, 상기 원료물질의 농도는 0.01 내지 0.5 M로 할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 대상물 표면에 산화마그네슘 박막을 증착하는 본 발명에 따른 정전기 분무 열분해 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 가스공급부와 가이드통의 연결관계를 설명하기 위한 사시도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 기판 등의 대상물(34) 표면에 산화마그네슘 박막을 형성하는 공정이 진행되는 반응챔버(30)가 설치되어 있다.
또한, 상기 반응챔버(30)의 내측 상부에는 히터에 의해서 그 온도가 조절되고, 대상물(34)을 고정할 수 있는 홀더(32)가 설치되어 있고, 반응챔버(30) 내측하부에는 관통홀(36)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 반응챔버(30)의 관통홀(36) 내부에는 도 3에 도시된 바와 같은 원통형상의 가이드통(44)이 삽입되어 있다. 상기 가이드통(44) 일측에는 질소가스 등의 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부(46)가 연결되어 있고, 가이드통(44) 타측에는 산소가스 등의 산화가스를 공급하는 산화가스 공급부(48)가 연결되어 있다.
또한, 상기 가이드통(44) 내측에는 복수의 가스배출구(52)가 형성된 분산판(50)이 내설되어 있으며, 상기 가이드통(44) 저면 소정부를 관통하여 상부로 연장되어 분산판(50)을 관통하는 노즐(38)이 설치되어 있다.
여기서, 상기 노즐(38)은 히터에 이해서 가열된 대상물로부터 열적 영향을 받지 않도록 충분한 이격거리를 두고 설치되어 있다.
그리고, 상기 노즐(38)과 원료용액 공급원(42)이 원료용액 공급라인(40)에 의해서 연결되어 있다.
여기서 상기 원료용액 공급원(42)의 원료용액은 마그네슘(Mg)의 원료물질로 0.01 내지 0.5 M의 Mg(C11H19O2)02을 선택하고, 용매로 테트라하이드로퓨란(Tetra-hydro-furan)을 선택하고, 상기 용매보다 높은 끓는점을 가지는 알코올 중에서 10 내지 80 %의 부피 농도의 1-부틸알콜(butyl alcohol : 끓는점 117 ℃) 또는 1-옥틸알콜(octyl alcohol : 끓는점 194 ℃)을 용매 첨가물로 선택하여 선택된 각 물질을 서로 혼합하여 이루어진 것이다.
그리고, 상기 대상물(34)과 제 1 접지선(54)이 연결되어 있고, 가이드통(44)의 중앙부 소정부와 제 2 접지선(56)이 연결되어 있고, 노즐(38)과 DC 전력기(60)가 설치된 제 3 접지선(58)이 연결되어 있다.
여기서 각 접지선(54, 56, 58)은 서로 동일 지점에서 접지되어 있다.
따라서, 원료용액 공급원(42)은 원료용액을 특정압력으로 원료용액 공급라인(40)으로 방출하면, 상기 원료용액은 1 내지 30 ㎖/hr의 속도로 분산판(50) 중앙부에 삽입 설치된 노즐(38)로 공급되어 가이드통(44) 내부로 방출된 후, 반응챔버(30) 내부로 공급된다.
이때, 운반가스 공급부(46)는 질소가스 등의 운반가스를 가이드통(44) 내부로 공급하고, 산화가스 공급부(48)는 산소가스 등의 산화가스를 가이드통(44) 내부로 공급함으로써 운반가스와 산화가스는 원료용액과 혼합되어 반응챔버(30) 내부로 공급된다.
이때, 가이드통으로 공급되는 운반가스와 산화가스의 양은 4500 내지 12000 SCCM(Standard cubic centimeter minute)이다.
다음으로, DC 전력기(60)가 5 내지 20 Kv, 바람직하게는 13 내지 19 Kv의 DC 전력을 노즐(38)에 인가함에 따라 대상물(34)과 노즐(38) 사이에는 전기장이 형성되며, 상기 전기장에 의해서 노즐(38) 끝단부의 원료용액은 수 ㎛ 크기의 액적으로 변환되어 대상물(34) 방향으로 분사된다.
상기 액적의 분사는 원료용액의 점도, 전기전도도, 표면장력, 공급속도 및 전기장의 크기 등의 요인에 의존한다.
이들 대상물(34)에 분사된 액적들은 대상물 하부의 고온영역을 통과하면서 용매가 기화된 후 원료물질이 열분해되며 이에 따라 산화마그네슘이 생성되고, 생성된 산화마그네슘은 대상물에 증착되어 산화가스에 의해서 산화됨으로써 대상물(34) 표면에는 산화마그네슘 박막이 형성된다.
여기서, 원료용액의 용매인 테트라하이드로퓨란은 끓는점이 67 ℃ 정도로 낮은 값을 가지며, 이 보다 높은 끓는점을 가지는 1-부틸알콜(butyl alcohol) 또는 1-옥틸알콜(octyl alcohol)이 첨가물로서 원료용액에 첨가되어 테트라하이드로퓨란의 기화속도는 감소되고, 이에 따라 산화마그네슘 박막의 균일도와 평활도 등의 표면 특성은 개선된다.
그리고, 본 발명에 따라 대상물(34)의 가열에 의해서 노즐(38)이 가열되지 않도록 충분한 이격거리를 두고 설치되고, 가이드통(44)에 제 2 접지선(56)이 연결됨으로써 DC 전력기(60)의 인가전력을 증가시켜 높은 전기장을 형성할 수 있으므로 노즐(38)에서 많은 양의 액적이 방출되어 양질의 산화마그네슘 박막이 형성된다.
그리고, 본 발명에 따라 가이드통(36)이 설치됨으로써 노즐(38)에서 방출된 액적은 가이드통(36)을 따라 대상물 표면에 집중적으로 공급되어 양질의 산화마그네슘 박막이 형성된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 원료용액의 용매로 테트라하이드로퓨란을 사용하고, 첨가물로 1-부틸알콜(butyl alcohol) 또는 1-옥틸알콜(octyl alcohol)을 사용함으로써 용매의 기화속도가 감소되어 막질의 균일도 및 평활도가 향상된 양질의 산화마그네슘 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 가이드통에 제 2 접지선을 연결함으로써 DC 전력기의 인가전력을 증가시켜 노즐에서 방출되는 액적의 양을 높여 양질의 산화마그네슘 박막을 형성할 수 있으며, 가이드통이 설치됨으로써 노즐에서 방출된 액적이 대상물 표면에 집중적으로 공급되어 양질의 산화마그네슘 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

  1. 증착 대상물을 고정하여 가열할 수 있는 홀더가 내설되어 있고, 상기 홀더와 대향하는 방향에 관통홀이 형성된 반응챔버와;
    상기 관통홀 내부에 삽입 설치되고, 내부 소정부에 가스배출구가 형성된 분산판이 내설된 가이드통과;
    상기 분산판 하측의 상기 가이드통 일측에 연결된 가스공급부와;
    상기 가이드통의 저면 소정부를 관통하여 상부로 연장되어 상기 분산판을 관통하여 설치된 노즐과 상기 노즐과 연결된 원료용액 공급라인과 상기 원료용액 공급라인과 연결된 원료용액 공급원으로 이루어지는 원료용액 공급수단; 및
    상기 대상물 또는 홀더와 연결되어 접지된 제 1 접지선과 상기 가이드통의 소정부와 연결되고, 상기 제 1 접지선과 연결된 제 2 접지선과 상기 노즐과 연결되고, 소정부에 전원이 설치되고, 상기 제 1 접지선과 연결된 제 3 접지선으로 이루어지는 전력 인가수단;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전기 분무 열분해 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 대상물을 가열하기 위한 히터를 내장한 것을 특징으로 하는 상기 정전기 분무 열분해 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스공급부는 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부와 산화가스를 공급하는 산화가스 공급부로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 정전기 분무 열분해 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료용액은 Mg(C11H19O2)2의 원료물질과 테트라하이드로퓨란(Tetra-hydro-furan)의 용매로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 정전기 분무 열분해 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 원료용액은 상기 테트라하이드로퓨란보다 끓는점이 더 높은 알코올 종류의 첨가물질이 더 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 정전기 분무 열분해 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 첨가물질은 1-부틸알콜(butyl alcohol) 또는 1-옥틸알콜(octyl alcohol) 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 정전기 분무 열분해 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 첨가물질은 10 내지 80 %의 부피농도를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 정전기 분무 열분해 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 원료물질의 농도는 0.01 내지 0.5 M로 하는 것을 특징으로 하는 상기 정전기 분무 열분해 장치.
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