CN100487157C - 用于制备有机/无机薄膜的有机分子束沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于制备有机/无机薄膜的有机分子束沉积设备，其特征在于，沉积设备包括：一有机材料生长室，该生长室位于设备的一侧；一无机材料生长室，该生长室一端与有机材料生长室相连；一进样室，该进样室位于无机材料生长室的另一端；一真空系统，该真空系统包括：前真空部分，该前真空部分与有机材料生长室相连；后真空部分，该后真空部分与进样室相连；一手套箱，该手套箱位于进样室的另一端。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，涉及一种用于制备有机/无机薄膜的有机分子束沉积设备。将化学束外延设备改造成有机分子束沉积设备，利用分子束沉积技术制备有机/无机薄膜，发挥分子束沉积技术在制备有机薄膜方面的优势。
背景技术
有机/聚合物半导体材料作为新一代的信息功能材料正以其光电性能优异、生产成本低廉、加工工艺简单、选材范围宽广、机械性能柔软、能和传统硅基工艺兼容(易于集成)等显著优点，吸引世界范围的目光，成为越来越多研究机构竞相研究和开发的对象。这一发展趋势推动了有机薄膜制备技术的发展。
有机薄膜的制备技术种类繁多，如物理气相沉积、化学气相沉积、甩膜、离子注入等等。目前在分子层次上的成膜技术主要有三种，LB膜沉积技术、分子自组装技术和有机分子束沉积技术。前两种薄膜技术都要求对成膜分子进行化学修饰，使其带有特定的基团，从而限制了分子材料的研究范围。制备有机薄膜的另一个重要方法是分子束沉积生长技术。分子束沉积生长技术最大的优点是能够在分子层次上控制膜的厚度。这种技术的主要特点是使用超高真空(UHV)技术，无需对材料进行修饰，薄膜的厚度可控，基片及环境的清洁度可达到原子级。把反射高能电子衍射与超高真空扫描隧道显微镜和有机分子束沉积设备组装在一起，在沉积有机薄膜的过程中能够原位实时地监控膜的结构生长情况，能够在原子分辨率的水平上揭示有机分子体系的结构、电导和分子分布等信息。有机分子束沉积技术能够生长出高质量的有机薄膜和复杂的器件结构，在新器件的开发上，显示了巨大的潜力和优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备有机/无机薄膜的有机分子束沉积设备，其重复性优、可控性好、成膜质量高，将化学束外延设备改造成有机分子束沉积设备，可生长有机/无机双相材料，发挥分子束沉积技术在制备有机半导体器件方面的优势，获得研究和制备性能优良的有机薄膜器件的方法。为实现上述目的，本发明将原有的化学束外延设备的生长室改造为有机材料生长室；在原来设备上改装了无机材料生长室，以实现无机薄膜的生长；将放置衬底的基座改造成双层，分别放置衬底和模板；安装晶振膜厚控制仪监测固体源升华后气体流量，薄膜的生长速度和厚度。
本发明是一种用于制备有机/无机薄膜的有机分子束沉积设备，其特征在于，沉积设备包括：
一有机材料生长室，该生长室位于设备的一侧；该有机材料生长室包括：
一箱体，该箱体为一圆柱型；
一炉盘，该炉盘上有八个均匀分布的圆孔，在圆孔中间隔置入源炉，在圆孔中间隔置入控制仪，该控制仪位于四个源炉旁，该炉盘位于箱体的一侧；
一样品架，该样品架为双层台阶结构并且能够旋转，每层台阶上装有马蹄形铁，在每个马蹄形铁安装有两个定位销，以固定马蹄形铁，该样品架上有一晶振膜厚控制仪，该样品架上有一挡板；
一无机材料生长室，该生长室一端与有机材料生长室相连；
一进样室，该进样室位于无机材料生长室的另一端；
一真空系统，该真空系统包括：
前真空部分，该前真空部分与有机材料生长室相连；
后真空部分，该后真空部分与进样室相连；
一手套箱，该手套箱位于进样室的另一端。
其中无机材料生长室包括：
一筒体；
两个源炉，该源炉安装在金属水套内部，通过法兰连接到筒体下部；
在该筒体的上部安装有一样品架，该样品架位于两个源炉的上方。
其中源炉顶端与样品架的底端之间的距离为30cm。
其中所述的有机材料生长室和无机材料生长室之间安装有一前闸板阀，无机材料生长室和进样室之间安装有一后闸板阀。
其中所述的有机材料生长室，无机材料生长室和进样室内安装有一导轨，该导轨用于向有机材料生长室和无机材料生长室传送样品。
附图说明
为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实例对本发明作一详细的描述，其中：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明有机材料生长室炉盘的俯视图；
图3为本发明样品架的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2及图3，本发明一种用于制备有机/无机薄膜的有机分子束沉积设备，该沉积设备包括：
一有机材料生长室10，该生长室10位于设备的一侧；该有机材料生长室10包括(参阅图1)：
一箱体14，该箱体14为一圆柱型；
一炉盘101(参阅图2)，该炉盘101上有八个均匀分布的圆孔102，在圆孔102中间隔置入源炉111，在圆孔102中间隔置入控制仪112，该控制仪112位于四个源炉111旁，该炉盘101位于箱体14的一侧；
一样品架13(参阅图3)，该样品架13为双层台阶结构并且能够旋转，每层台阶上装有马蹄形铁121，在每个马蹄形铁121安装有两个定位销122，以固定马蹄形铁121，该样品架13上有一晶振膜厚控制仪131，该样品架13上有一挡板132；
一无机材料生长室20，该生长室20一端与有机材料生长室10相连；该无机材料生长室20包括：
一筒体24；
两个源炉21，该源炉21安装在金属水套211内部，通过法兰连接到筒体24下部；
在该筒体24的上部安装有一样品架13，该样品架13位于两个源炉21的上方；
该源炉21顶端与样品架13的底端之间的距离为30cm
一进样室30，该进样室30位于无机材料生长室20的另一端；
一真空系统40，该真空系统40包括：
前真空部分41，该前真空部分41与有机材料生长室10相连；
后真空部分42，该后真空部分42与进样室30相连；
一手套箱50，该手套箱50位于进样室30的另一端。
其中所述的有机材料生长室10和无机材料生长室20之间安装有一前闸板阀61，无机材料生长室20和进样室30之间安装有一后闸板阀62。
其中所述的有机材料生长室10，无机材料生长室20和进样室30内安装有一导轨70，该导轨70用于向有机材料生长室10和无机材料生长室20传送样品。
请再参阅图1，图2和图3，本发明是一种用于制备有机/无机薄膜有机分子束沉积设备，其特征在于，沉积设备包括：
一有机材料生长室10(参阅图1)，该有机材料生长室10位于设备的一侧；
一无机材料生长室20，该无机材料生长室20一端与有机材料生长室10相连，另一端与进样室30相连；
一进样室30，该进样室30位于无机材料生长室20的一端；
一真空系统40，该真空系统40包括两部分，一部分41与有机材料生长室10相连，另一部分42与进样室30相连；
一手套箱50，该手套箱50位于进样室30的一端，通过手套箱50将衬底装入进样室30。
其中有机材料生长室10包括：
一炉盘101(参阅图2)，该炉盘101上有八个均匀分布的圆孔102，在圆孔102中间隔置入源炉111，在圆孔102中间隔置入控制仪112，该源炉111由钼丝缠绕在高纯陶瓷制成的坩埚上作为加热装置，利用铂铑热偶对温度进行控制；四个晶振膜厚控制仪112，四个控制仪112分别位于四个源炉111旁，通过晶振膜厚控制仪112监测有机固体源升华后气体流量；
一样品架13(参阅图3)，该样品架13为双层台阶结构并且能够旋转，每层台阶上装有马蹄形铁121，该马蹄形铁121分别用两个定位销122固定在样品架13上，生长薄膜时，模板放置于底层，衬底放置于顶层，并且分别用两个定位销定位在马蹄形铁上，该样品架13上有一晶振膜厚控制仪131，通过晶振膜厚控制仪112监测薄膜的生长速度和厚度，该样品架13上有一挡板132。薄膜生长过程中样品架13内部旋转，使薄膜形态平整均匀，双层台阶结构有利于更换模板，控制薄膜形状，实现器件的控制生长。
其中无机材料生长室20包括(参阅图1)：
两个源炉21，该源炉21安装在金属水套211内部，通过法兰连接到生长室20的下方，金属水套211内通入循环水，起到冷却作用，避免因无机源过热产生的热辐射导致薄膜质量差的问题，源炉21顶端与样品架13底端之间的距离为30cm，距离太短则加热源炉时产生的热辐射导致薄膜质量差，距离太长会浪费源材料。将钼丝缠绕在高纯陶瓷制成的坩埚上作为加热装置，利用铂铑热偶对温度进行控制。
其中真空系统40包括两部分，一部分41与有机材料生长室10相连，另一部分42与进样室30相连。预先放置在手套箱50内的衬底和模板被装入到进样室30后，利用后真空部分42对进样室30抽真空，避免有机材料生长室10和无机材料生长室20内的源材料直接暴露于空气中而被污染的问题。
其中所述的有机材料生长室10和无机材料生长室20之间安装有一前闸板阀61，无机材料生长室20和进样室30之间安装有一后闸板阀62。
其中所述的有机材料生长室10，无机材料生长室20和进样室30内共有一导轨70。导轨70用于向有机材料生长室10和无机材料生长室20传送样品和模板，开关闸板阀时应注意导轨70的位置，避免操作不当损坏导轨70。
本发明的工作过程为：在装入衬底前，打开前闸板阀61，关闭后闸板阀62，关闭后真空部分42，并保证进样室30与手套箱50大气相通。将预先放置在手套箱50内的衬底和模板装入到进样室30内，关闭进样室30与手套箱50之间的门，打开后真空部分42抽真空到1×10-4Pa后，打开后闸板阀62，利用导轨70将衬底和模板传输到无机材料生长室20内，将衬底和模板装入到样品架13上以生长无机薄膜或者利用导轨70将衬底和模板传输到有机材料生长室10内的样品架13上以生长有机薄膜，传输过程完成后关闭后闸板阀62，利用前真空系统41控制两个生长室的真空度，薄膜生长时真空度为1×10-5Pa。生长薄膜时，将温控仪表连接到源炉上进行加热，并打开晶振膜厚控制仪的控制部分监控薄膜的生长速度和厚度，当源炉内材料的蒸发速度达到要求速度后，打开样品架13上的挡板132开始生长薄膜，薄膜生长结束后关闭挡板132并降低源炉温度。源炉温度降低到晶振膜厚控制仪检测不到束流后，打开后闸板阀62，利用导轨70将衬底传输到进样室30，然后移开导轨70，关闭后闸板阀62，关闭后真空部分42，通过气路向进样室冲入氮气，进样室30与手套箱50大气相通后取出衬底，薄膜生长过程结束。生长无机薄膜时注意金属水套211内通入循环水。在开关前、后闸板阀61和62时注意导轨70的位置，避免操作不当损坏导轨70。
Claims (5)
1、一种用于制备有机/无机薄膜的有机分子束沉积设备，其特征在于，沉积设备包括：
一有机材料生长室，该生长室位于设备的一侧；该有机材料生长室包括：
一箱体，该箱体为一圆柱型；
一炉盘，该炉盘上有八个均匀分布的圆孔，在圆孔中间隔置入源炉，在圆孔中间隔置入控制仪，该控制仪位于四个源炉旁，该炉盘位于箱体的一侧；
一样品架，该样品架为双层台阶结构并且能够旋转，每层台阶上装有马蹄形铁，在每个马蹄形铁安装有两个定位销，以固定马蹄形铁，该样品架上有一晶振膜厚控制仪，该样品架上有一挡板；
一无机材料生长室，该生长室一端与有机材料生长室相连；
一进样室，该进样室位于无机材料生长室的另一端；
一真空系统，该真空系统包括：
前真空部分，该前真空部分与有机材料生长室相连；
后真空部分，该后真空部分与进样室相连；
一手套箱，该手套箱位于进样室的另一端。
2、根据权利要求1所述的用于制备有机/无机薄膜有机分子束沉积设备，其特征在于，其中无机材料生长室包括：
一筒体；
两个源炉，该源炉安装在金属水套内部，通过法兰连接到筒体下部；
在该筒体的上部安装有一样品架，该样品架位于两个源炉的上方。
3、根据权利要求2所述的用于制备有机/无机薄膜有机分子束沉积设备，其特征在于，其中源炉顶端与样品架的底端之间的距离为30cm。
4、根据权利要求1所述的用于制备有机/无机薄膜有机分子束沉积设备，其特征在于，其中所述的有机材料生长室和无机材料生长室之间安装有一前闸板阀，无机材料生长室和进样室之间安装有一后闸板阀。
5、根据权利要求1所述的用于制备有机/无机薄膜有机分子束沉积设备，其特征在于，其中所述的有机材料生长室，无机材料生长室和进样室内安装有一导轨，该导轨用于向有机材料生长室和无机材料生长室传送样品。
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