有机薄膜器件的镀膜自动控制系统设计

BillScot2

摘要:设计了用于有机薄膜器件的镀膜自动控制系统;整个自动控制系统以单片机为核心，可分为3个功能模块:人机交互、强弱
电转换、样品处理.人机交互由单片机来实现;强弱电转换由固体继电器来完成;样品处理包括镀膜速率自动控制和样品保护两个部
分。控制系统体现了弱电控制强电的设计思路，系统采用了单片机、继电器、电磁阀和可调变阻器等器件以及程控可调电阻电路。所
设计的控制系统能克服目前有机薄膜器件镀膜系统的一些弊端，实现镀膜和镀膜速率的自动控制，并且能够避免有机半导体材料在真
" {' @7 x2 g/ ^# Q* J1 G空腔内的相互污染。
关键词:用于有机薄膜器件的真空镀膜自动控制系统;单片机;固体继电器;电磁阀
0引言
有机场薄膜半导体器件是电子信息技术发展的一个重要方
向，其制备工艺和所使用的材料都很廉价[1]，近年来越来越受
/ }' q7 [, S2 `( C# j$ a% [到人们的重视，他们中最有前景的是有机电致发光二极管
. @. J3 J% P/ b, ?, r(OLED)[2]、有机薄膜晶体管(OFET)[0和有机太阳能电池
(OPV)[4]。真空蒸镀成膜是目前较为普遍的一种有机薄膜半
导体器件制备方法。目前实验室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
, L( L0 i. J+ Q5 B! I6 o# a替镀膜，需要人工来机械切换;不能自动控制薄膜蒸镀速率,
8 S  e* J! A5 v3 m; q% M因此较难精确控制膜厚;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
精确控制膜的纯净度。本文设计了相关方案来解决现有系统的
8 Z* V0 k. j' G3 G; S: t
不足之处。整个控制系统中，单片机起到核心作用[5-0],通过
单片机的外接键盘即可控制镀膜系统。为解决样品的污染问
题，本系统在蒸发源上加一个电磁阀开关以密封蒸发源，保护
0 w7 R: O4 [( q( G0 P  t- }# M9 S样品。在膜厚达到预定厚度时，电磁阀自动关闭，电流同时停
9 I2 p5 |: R! \# B0 K止加热。为避免固体样品中残余气体在开始通电时加热过快而
过度膨胀，导致样品飞溅，也避免电流停止时蒸发源依然余热
0 P0 a- b! l1 {过大而继续蒸发样品，在蒸镀时采用程控可变电阻电路挖制加
9 }3 }& t9 M6 T8 A% a# A* |热速率，可以对整个样品和薄膜起到保护和精确控制作用。
8 S' W; Q- F1 g6 _2 z6 {2 m% _+ B1系统设计与功能
6 F- @3 z" |- Z, k1.1 系统框架
9 G5 H8 f( z8 H$ c/ {/ O整个控制系统的框架如图1所示，它可以实现: (1)多个
0 P9 v( l0 Y. M) S6 x' }8 p  t样品自动交替镀膜; (2)实时根据膜的厚度，自动调整样品镀
5 A2 z8 ^9 T3 u3 T$ j2 W; Y膜速率并在必要时候停止样品镀膜; (3)避免样品接触到其他
) @% a* N8 ^* i3 a3 e3 m样品蒸气而受到污染。
) v& F* H% x2 D- X2 O控制系统可分为3个功能模块:人机交互、强弱电转换和
; z1 Y& O( \. u4 @2 e样品处理。通常使用石英振荡器来测量膜厚，即为图中的测厚
1 D/ \0 W' Q* Q0 d# S模块.
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Monika

整个控制系统中，单片机起到核心作用[5-0],通过单片机的外接键盘即可控制镀膜系统