[发明专利]有机真空成膜过程中样品的自动交替镀膜控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空成膜系统，特别涉及有机薄膜系统的自动交替控制，可以运用在包括有机电致发光二极管、有机薄膜晶体管、有机太阳能电池和有机激光器等在内的有机薄膜器件领域。

技术背景

近几十年来，无机半导体器件的腾飞，极大地推动了整个电子信息技术的快速发展。在莫尔定律的推动下，半导体工业不断用缩小器件尺寸的办法以提高集成度来满足芯片性能的提高和成本的下降，但芯片尺寸不可能无限小下去，现有的半导体器件如晶体管技术已临近极限。另外，无机半导体器件的制备需要在1000℃左右的高温下，将磷、硼等元素的气体引入扩散炉，从而形成n型或p型半导体，工艺复杂，成本昂贵，并且在制备大面积器件方面存在较大的困难。在这种背景下，有机场薄膜半导体器件一出现显示出极大的发展和应用前景，近年来越来越受到人们的重视，他们中最有前途的是有机电致发光二极管[Tang，C.W.；Van Slyke，S.A.Appl.Phys.Lett.1987，51，913]、有机效应晶体管[Tsumura A，Koezuka H，Ando T.AppliedPhysics Letters 1986，49，1210]和有机太阳能电池[Tang，C.W.Appl.Phys.Lett.1986，48，183]。有机半导体器件的优点大致包括两点，一点是可以通过有机设计合成方便地获得有机半导体材料，并且材料的各种性能都可以方便地调节，另外一点是制备成本低廉，在真空下，一般有机小分子材料在300℃左右即可升发，因此在制造成本上远低于基于无机材料的半导体器件。

目前的有机真空镀膜系统自动化程度很低，在一个样品蒸镀完成时候，不能够智能控制样品的交替镀膜，需要人工来机械切换。在一个真空腔内放置了几个蒸发源，因此在蒸镀一个样品时其他样品也会因此受到污染，这样很难精确控制同一层膜的厚度和纯净度。本发明设计出了相关方案来解决了原有系统的不足之处。整个控制系统中，单片机起了主导作用，外界通过单片机的外接键盘来控制镀膜系统。为解决样品的污染问题，可以通过在蒸发源上加一个电磁阀开关来密封蒸发源，起到保护样品的作用。在膜厚达到要求的时候，电磁阀自动关闭，同时电流也停止加热。考虑到电流停止时，蒸发源还有余热，因此在蒸镀时需要采用可变电阻电路在即将达到膜厚时降低电流，可以对整个样品和薄膜起到保护和精确控制的作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种有机真空成膜过程中样品的自动交替镀膜控制装置及方法，该装置可以应用于制备有机电致发光器件、有机太阳能电池、有机薄膜晶体管和有机激光器等有机电子学领域。

技术方案：本发明的有机半导体的自动交替真空镀膜控制装置包括：

a.单片机与键盘电路：实现人对单片机的操作，单片机对系统的控制；

b.膜厚测量模块：实时测量有机半导体模厚；

c.模数转换单元：将膜厚模拟信号转化为数字信号，实时地反馈给单片机；

d.电磁阀：将单片机的弱电信号转化为镀膜系统的开关，连接在蒸发源上；

e.固体继电器：强弱电转换功能；

f.等效可变电阻电路，与镀膜系统加热电阻串联分压，实现对镀膜速率的控制；

其中：单片机与键盘电路中单片机的P1.6、P1.7端接等效可变电阻电路的A1、A0端；单片机与键盘电路中单片机的P0.0～P0.7端接模数转换单元，模数转换单元的输入端接膜厚测量模块的输出端，膜厚测量模块的输入端接真空腔采集信号；单片机与键盘电路中单片机的P1.0～P1.5端接固体继电器，固体继电器的输出端分别接真空腔中的电磁阀和蒸发源。

该控制方法如下：

1)单片机等待中断，键盘只要有按键按下即产生外部中断0；向单片机输入样品膜的厚度和膜层，先输入膜层数，然后如同向计算器输入数值一样输入每种样品膜的厚度，以ENTER标识一个数值的输入结束；

2)当按下开始镀膜按键，与第一个蒸发源相对应的单片机端口P1.0置为“1”，相连的固体继电器导通，相应的蒸发源中的“蒸发源0”通电，同时相应的“电磁阀0”打开，系统开始镀膜；

3)“蒸发源0”上的固体样品加热至升华，样品蒸气通过“电磁阀0”口输出，在真空腔内的基片上凝固成膜；