有机薄膜器件的镀膜自动控制系统设计

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4 ^* Q$ H5 \' Q4 B' E( T4 E5 z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
4 j  x3 l1 N! _2 y! T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
, J1 }' \6 i! b0 j7 A/ z! O! R9 E' l6 }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。
. S  d, y; N' x5 R$ z' W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
. f: X- C1 _  v到人们的重视，他们中最有前景的是有机电致发光二极管
( U- M" [; w$ v3 R2 i. }(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
, c' g# X$ G* q  J1 _4 B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
/ E& K% g/ c0 B+ q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，
9 M# e  ?& t0 r3 p: o- Q: ]$ d- f  Q5 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
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
5 u' K( J, \  V0 H5 P. X4 U" L
( ]7 V$ O/ q$ u# w不足之处。整个控制系统中，单片机起到核心作用[5-0],通过
1 ~7 |; X2 k0 b, F7 V6 U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
, V# y. n; n4 X0 Z& l: F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
# ^- ^* y* u2 G/ q5 [  f" L; H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
热速率，可以对整个样品和薄膜起到保护和精确控制作用。
0 N! m3 m  Z; y3 u5 i/ d4 Q1系统设计与功能
1.1 系统框架
0 `; P- W- {' V! C整个控制系统的框架如图1所示，它可以实现: (1)多个
- A% Y2 w& K+ V9 }1 r样品自动交替镀膜; (2)实时根据膜的厚度，自动调整样品镀
3 E, O, G. U: T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
" d0 c6 y, n; [2 k, \样品蒸气而受到污染。
3 Q7 ^; ^$ F8 h控制系统可分为3个功能模块:人机交互、强弱电转换和
* w# j" @+ Q. U/ J* ]. O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