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
# I" C+ Y0 e5 `6 h( A* q( a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
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
- R9 U" C5 @  H% Z6 @/ Q3 z0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
7 K+ F1 U9 d9 c: O9 }+ `+ i$ K* M& h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
到人们的重视，他们中最有前景的是有机电致发光二极管
. f1 L/ L- [4 K) V, _(OLED)[2]、有机薄膜晶体管(OFET)[0和有机太阳能电池
5 }; @9 S* Y9 W% N! T(OPV)[4]。真空蒸镀成膜是目前较为普遍的一种有机薄膜半
7 h! [+ t8 V$ ^. f- O/ U% H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
* F5 L4 A/ |! U% M% L替镀膜，需要人工来机械切换;不能自动控制薄膜蒸镀速率,
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，
5 Z% f* b$ P/ J0 s+ h* J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
% k5 y& X6 D, W$ x: b& U* U- m1 m! }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
) F: t& f) F3 z# T4 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
样品。在膜厚达到预定厚度时，电磁阀自动关闭，电流同时停
( T" y! P! L4 t0 R' Z: o8 w3 |6 j0 Q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
: _5 h' F+ W# N& N$ t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
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
; ^: _7 T) s4 b6 {4 k; D2 I热速率，可以对整个样品和薄膜起到保护和精确控制作用。
1系统设计与功能
' y; z) U- K1 f4 O$ ^9 _, d1.1 系统框架
整个控制系统的框架如图1所示，它可以实现: (1)多个
% I' v% Q8 W. E- l# m4 o样品自动交替镀膜; (2)实时根据膜的厚度，自动调整样品镀
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
6 ?; w( c3 `7 Y: E样品蒸气而受到污染。
控制系统可分为3个功能模块:人机交互、强弱电转换和
+ Q' D5 P. x5 X7 B$ M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
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