本发明专利技术提供一种用于柔性衬底大面积薄膜制备的真空热蒸镀设备，包括用于实现真空蒸镀的高真空室沉积单元、用于生成真空环境的真空获得与测量单元以及用于对真空蒸镀过程进行控制的机电控制单元；高真空室沉积单元包括真空室，在真空室内包括有样品台车；样品台车在与其在垂直方向连接的第一磁力转轴以及第一步进电机共同作用下在安装作真空室内的样品台车用导轨上做直线的往复运动；样品台车在与其水平方向所安装的套筒相连接的第二磁力转轴以及第二步进电机的共同作用下做绕轴自转并滑动；真空室的底部且位于样品台车下方的位置安装有用于安放、加热有机材料的有机材料升华束源炉。本发明专利技术能够获得大面积、均匀的有机薄膜；提高有机蒸镀材料的使用效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机薄膜半导体材料的制备，特别涉及一种用于柔性衬底大面积薄膜 制备的真空热蒸镀设备。
技术介绍
有机薄膜半导体材料是指利用含有共轭π键的有机分子材料(含碳、氢、氧、氮等 元素)形成的一类可以传导电荷的薄膜材料，它可以通过真空蒸镀、溶液旋涂、喷墨打印、 图案压印等多种方法制备，具有加工工艺简单、成本低廉、重量轻、可与柔性衬底兼容、可在 室温条件下处理以及可大面积批量生产等优点。在要求大覆盖面积、机械弹性(柔性)、低 温处理尤其是低成本方面，有机薄膜半导体材料制备的器件有望满足低端电子产品产业化 的需求。此外，有机薄膜半导体材料可制备在柔性衬底上，从而使相应的电子器件展现良好 的柔韧性。基于上述原因，有机薄膜半导体材料近年来日益引起研究人员的关注。有机薄膜半导体材料按照材料组成的不同可分为有机小分子材料和有机聚合物 材料两大类。由于有机聚合物一般能够配制成溶液，因而可以通过诸如印刷、喷涂等方法容 易地制备成大面积有机半导体薄膜，但聚合物形成的有机半导体薄膜由于长分子链纠缠和 错位等原因很难形成结构完全有序的周期结构，从而限制了此类材料的导电特性，即限制 了空穴(或电子)迁移率的提高。而在实际应用中，有机电、光器件往往需要有机半导体薄 膜具有较高的载流子迁移率和大的饱和电流，因此，采用有机聚合物生成的有机薄膜半导 体材料在电子器件上的应用受到了很大的限制。与有机聚合物生成的有机半导体薄膜材料相比，由有机小分子生成的有机半导体 薄膜材料具有良好的稳定性和相对高的场效应迁移率，在通常条件下制备的有机小分子薄 膜的迁移率都高于有机聚合物薄膜几个数量级，因而由诸如并五苯(Pentacene，C22H14)在 内的有机小分子所形成的有机半导体薄膜成为当前制备实用化的薄膜场效应晶体管最为 广泛使用的有机半导体材料。但在利用有机小分子材料制备有机半导体薄膜的过程中，由 于有机小分子材料往往缺乏适合的溶剂，因此一般不能或很难制备成溶液形态，也就不能 像有机聚合物那样采用诸如印刷、喷涂等方法制备大面积的有机半导体薄膜。现有技术中， 利用有机小分子材料制备有机半导体薄膜时，通常采用将有机小分子材料在高真空中加热 升华形成有序多晶膜的方式，这种方法也被称为真空蒸镀法。现有技术虽然可以提供用于实现所述真空蒸镀法的真空热蒸镀设备，但此类设备 由于构造上的原因限制了有机小分子半导体薄膜的大面积均勻制备。以英国BOC-Edwards 公司制造的专门用于有机小分子材料和金属电极真空蒸镀的设备Auto-306为例，在图1中 给出了该设备的结构示意图。从结构图中可以看出，该设备由真空室和控制部分构成，其中 的真空室包括底座法兰盘11、真空室侧壁12、衬底盘13、旋转轴14、电机15、上法兰盘16、 抽气孔17、束源炉灯丝加热部分18、束源炉坩埚19、束源炉挡板110等部件构成。在工作过 程中，衬底材料装在衬底盘13上，装入束源炉坩埚19内的被蒸镀材料在束源炉加热丝部分 18的加热作用下升华，在真空中形成定向的分子束流，最终覆盖到衬底盘13所安装的衬底上，从而形成有机半导体薄膜或金属接触电极。从上述的工作过程可以看出，束源炉坩埚19的炉口到衬底盘13表面的距离以及束源炉坩埚19的开口角度决定了分子束斑的大小和蒸 镀样品薄膜的尺寸大小与均勻性。由于受到整个设备大小的限制，束源炉坩埚19的炉口到 衬底盘13表面的距离会受到限制，因此通过该设备蒸镀生成的薄膜一般最大直径也只有3 到4英寸，不能满足有机光、电器件的大面积成膜要求。如果通过扩大束源炉坩埚19的炉 口角度来增大薄膜的大小，则容易引起所生成薄膜厚度的不均勻。此外，采用该设备进行蒸 镀的过程中，考虑到薄膜均勻性的要求，蒸镀过程中所产生的束斑一般要大于样品尺寸，所 以会有多余的分子束材料(一般购买的能制备高迁移率的小分子很昂贵)被白白浪费掉， 增加了薄膜制备成本。综上所述，现有技术中的真空热蒸镀设备不能够生成大面积均勻的有机薄膜半导 体材料，且在制备过程中容易产生原材料的浪费现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有的真空热蒸镀设备不能够生成大面积均勻的有机薄膜 半导体材料，且在制备过程中容易产生原材料浪费的现象，从而提供一种能够生成大面积 均勻有机薄膜半导体材料的真空热蒸镀设备。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于柔性衬底大面积薄膜制备的真空热蒸 镀设备，包括用于实现真空蒸镀的高真空室沉积单元、用于生成真空环境的真空获得与测 量单元以及用于对真空蒸镀过程进行控制的机电控制单元；所述的高真空室沉积单元包括真空室，在所述真空室内包括有样品台车；所述样 品台车在与其垂直方向连接的第一磁力转轴以及第一步进电机共同作用下在真空室内的 样品台车用导轨上做直线的往复运动；所述样品台车在与其水平方向所安装的套筒相连接 的第二磁力转轴以及第二步进电机的共同作用下伴随直线往复运动做绕轴自转；所述真空 室的底部且位于所述样品台车下方的位置安装有用于安放、加热有机材料的有机材料升华 束源炉。上述技术方案中，在所述样品台车用导轨上包括有自动限位装置，所述样品台车 在碰到所述自动限位装置后，在所述机电控制单元的控制下改变在所述样品台车用导轨上 的直线运动方向。上述技术方案中，所述真空室的一个侧面上安装有用于打开所述真空室的差分式 双0圈可开启密封法兰。上述技术方案中，所述样品台车包括圆柱体状的样品台，在所述样品台的外表面 上开有两个用于固定柔性衬底的凹槽。上述技术方案中，在所述样品台车上安装有齿条，在所述第一磁力转轴上安装有 齿轮，所述齿条与所述齿轮相咬合，实现所述样品台车与所述第一磁力转轴在垂直方向的 连接。上述技术方案中，安装在样品台车上的套筒通过销钉与所述第二磁力转轴连接。上述技术方案中，所述样品台车用导轨包括两根导轨，所述两根导轨分别安装在 所述真空室内壁两侧的相对位置上。上述技术方案中，在所述有机材料升华束源炉上方还包括束源炉挡板，所述束源炉挡板在有机材料升华束源炉工作时从所述有机材料升华束源炉上方移开。上述技术方案中，所述束源炉包括有用于有机小分子升华蒸镀的有机材料或用于 金属电极蒸镀的金属材料。本专利技术的优点在于1、本专利技术的真空热蒸镀设备采用固定束源炉并使得缠绕在圆筒上的柔性衬底在 真空室中做直线往复运动加绕圆柱中心轴自转的方式，因而能够获得大面积、均勻的有机薄膜。2、本专利技术的真空热蒸镀设备在工作过程中，由于有机源到达柔性衬底表面的束斑 可以小于样品台圆柱体的直径，从束源炉出射的分子束几乎全部沉积到柔性衬底上，从而 避免了传统蒸镀方式中有机分子浪费现象，大大提高了有机蒸镀材料使用效率。3、有机柔性衬底可以通过打开真空热蒸镀设备侧面的双0圈差分抽气密封的大 法兰，进行方便的装、拆样品，从而使制备大面积有机薄膜的过程方便、快捷，为有机半导体 薄膜产业化制备提供了技术基础。附图说明图1为现有技术中用于有机小分子材料和金属电极真空蒸镀设备的结构示意图；图2(a)为本专利技术的真空热蒸镀设备中的高真空室沉积单元的一种实现方式的正 视图；图2(b)为本专利技术的真空热蒸镀设备中的高真空室沉积单元的一种实现方式的侧 视图；图3为用于固定柔性衬底的圆筒形样品台的示意图。图面说明11底座法兰盘 12真空室侧壁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于柔性衬底大面积薄膜制备的真空热蒸镀设备，包括用于实现真空蒸镀的高真空室沉积单元、用于生成真空环境的真空获得与测量单元以及用于对真空蒸镀过程进行控制的机电控制单元；其特征在于，所述的高真空室沉积单元包括真空室（２１），在所述真空室（２１）内包括有样品台车（２５）；所述样品台车（２５）在与其垂直方向连接的第一磁力转轴（２８）以及第一步进电机（２９）共同作用下在真空室（２１）内的样品台车用导轨（２６）上做直线的往复运动；所述样品台车（２５）在与其水平方向所安装的套筒（２１０）相连接的第二磁力转轴（２１１）以及第二步进电机（２１３）的共同作用下伴随直线往复运动做绕轴自转；所述真空室（２１）的底部且位于所述样品台车（２５）下方的位置安装有用于安放、加热有机材料的束源炉（２３）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江潮，王秋来，刘双，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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