CN103792443A - 探针台、有机薄膜器件的制备与测试集成系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种探针台、有机薄膜器件的制备与测试集成系统及其方法。其中，使有机薄膜器件制备装置（200）与探针台（100）密封连接并在二者之间形成对外密封的样品传递通道，通过设置样品传递装置（2）以将样品经由所述样品传递通道在所述有机薄膜器件制备装置（200）与所述探针台（100）之间进行传送，样品传送过程的全程均隔绝外界环境气氛影响，使得有机薄膜器件的生成和测试均隔离外界环境并处于密闭和真空环境中，有效提高测试准确度。

Description

探针台、有机薄膜器件的制备与测试集成系统及其方法

技术领域

本发明属于纳米器件和/或有机薄膜器件的制备和测试领域，具体地，涉及一种用于有机薄膜器件测试的探针台装置以及用于有机薄膜器件的一体制备与测试的有机薄膜器件的制备与测试集成系统及其方法。

背景技术

在器件性能表征和基础研究方面，探针台是比较成熟的常规测量设备，尤其是在光电测试领域，被广泛应用于半导体材料和光电器件的电学性质测量和器件的可靠性表征。在有机薄膜器件结构中，为迅速便捷地表征器件结构性能也常常使用探针台进行电学性能测量。根据对测量元器件环境要求的不同，一般分为常温大气环境下常规探针台和高真空液氦制冷的高端低温探针台等多种。虽然有些型号的探针台支持在真空或环境可控条件下更换样品，然而由于高端探针台及其连接装置的尺寸和空间等原因，难以在有机薄膜器件制备装置中集成，样品性能测定依然在分立的探针台的内置样品台中进行，与样品制备的真空蒸镀设备无法进行连接，目前国内外也未见商品化的可以实现原位或可控环境下与有机薄膜沉积和器件制备设备相连接的探针台测量系统。

在申请人于2012年02月24日提交的申请号为201210046050.4，名称为“用于柔性衬底上有机薄膜器件制备的集成装置”的发明专利申请中，公开了一种用于柔性衬底上有机薄膜器件制备的集成装置，该集成装置内具有与外界相隔的全封闭环境，内部各腔室气氛可调节并能够在各腔室间进行样品传送，使得样品的制备环境可控并实现隔水隔氧。然而，所制备或生成的对环境要求很高的有机薄膜器件样品从有机薄膜器件制备装置中取出并放置到探针台中进行电学性质测试时，由于如上所述的没有在有机薄膜器件制备装置中集成的或与有机薄膜器件制备装置密封相连的探针台，因而样品将难以避免地暴露于大气环境中，进而影响测试结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种探针台、有机薄膜器件的制备与测试集成系统及其方法，可实现有机薄膜器件在生成和测试的全过程中均隔绝外界气体。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种有机薄膜器件的制备和测试方法，该方法使有机薄膜器件制备装置与探针台密封连接并在二者之间形成对外密封的样品传递通道，通过设置样品传递装置以将样品经由所述样品传递通道在所述有机薄膜器件制备装置与所述探针台之间进行传送，使得有机薄膜器件的生成和测试均隔离外界气体。

根据本发明的另一个方面，提供了一种探针台，该探针台包括内置的样品台、样品传递机构和中空连接件，该中空连接件密封连接到所述探针台的外周部上并径向向外延伸，所述中空连接件具有与所述样品台连通且用作样品传递通道的中空腔室，所述样品传递机构用于将样品经由所述样品传递通道向内传递至所述样品台或者将样品从该样品台经由所述样品传递通道向外传送。

根据本发明的还一个方面，提供了一种有机薄膜器件的制备与测试集成系统，该集成系统包括有机薄膜器件制备装置和根据本发明上述的探针台，所述探针台与所述有机薄膜器件制备装置之间通过所述中空连接件与外界隔离地密封连接。

通过上述技术方案，根据本发明的有机薄膜器件的制备和测试方法，有机薄膜器件样品可在样品传递机构的作用下全程均隔绝外界气体地在有机薄膜器件制备装置与探针台的样品台之间进行传送，可使得有机薄膜器件的生成和测试一体进行并隔绝外界环境影响，提高生成效果和测试准确度。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的具体实施方式的探针台的结构示意图；

图2是图1中的探针台的局部半剖图，图中清楚显示了探针台的样品台，并且为清楚起见，省略了探针台的其它部分连接部件；

图3是根据本发明的具体实施方式的有机薄膜器件的制备与测试集成系统的结构简图。

附图标记说明

100    探针台            200  有机薄膜器件制备装置

1      样品台            2    样品传递机构

3      中空连接件        4    闸板阀

5      探针臂            31   第一中空连接件

32     第二中空连接件    33   连接法兰

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如前所述，在申请人于2012年02月24日提交的申请号为201210046050.4，名称为“用于柔性衬底上有机薄膜器件制备的集成装置”的发明专利申请中，公开了一种用于柔性衬底上有机薄膜器件制备的集成装置，该集成装置主要分为三部分，即薄膜生长室、过渡室和手套箱。薄膜样品的制备过程与外界环境隔离，在各个室内可调节真空度和气氛，以符合最优化的制备调节。并且，样品通过样品台车和滑轨可在三个腔室内实现传送。然而，为了进一步实现电子器件，特别是有机薄膜晶体管器件从制备到电学性质测试整个过程中都不接触外界气氛环境，进一步地让器件在上述过程中保持与器件制备环境相同的气氛（包括真空），或者在电学测试过程中换成其他气氛或抽成超高真空，本发明相应地在此提供了一种探针台、有机薄膜器件的制备与测试集成系统及其方法。其中，如图1和图2所示，本发明提供了一种探针台，该探针台100包括内置的可处于密闭和真空环境中的样品台1，该探针台100还包括密封连接到探针台100上的样品传递机构2和中空连接件3，该中空连接件3从探针台100径向向外延伸并具有与样品台1相连且用作样品传递通道的中空腔室，样品传递机构2用于将样品通过中空腔室向内传递至样品台1或者将样品从该样品台1经由中空腔室向外传送。根据本发明的探针台通过设置中空连接件可密封连接到有机薄膜器件制备装置的过渡室，通过设置样品传递机构可在过度室与探针台的内置样品台之间传递样品。

具体地，中空连接件3优选地形成为中空圆筒（即圆管状），中空连接件3的中空腔与图2所示的样品台1相连通。这种中空圆筒的外端还可设有连接法兰33，以便与闸板阀4等相连，以下将述及。这样，如图1所示，可将中空连接件3和样品传递机构2布置在探针台100的外周部上，如同增加设置的探针臂5，四个探针臂5以及中空连接件3和样品传递机构2在探针台100的外周部均匀分布。另外，本实施方式中的样品传递机构2设计为包括磁力传输杆和安装在该磁力传输杆一端的拨叉（在探针台100内部而未显示）。优选地，磁力传输杆和中空连接件3分别位于探针台100的径向的两侧，磁力传输杆设置成使得拨叉能够随该磁力传输杆的移动而穿过样品台1和中空连接件3的中空腔室。本领域技术人员知晓地是，这种包括磁力传输杆及其末端安装的拨叉（或称机械手）的机构在真空环境下的样品传递上应用较为广泛，使用方便灵活，例如在实用新型专利CN2497308Y中即采用了这种磁力传输杆进行样品传送。由于为本领域技术人员所公知的器件和结构，因而在此不再对磁力传输杆和拨叉进行详细的结构描述。在探针台100与有机薄膜器件制备装置200连接后，通过操作磁力传输杆，可使得拨叉通过中空连接件3的中空腔室进入有机薄膜器件制备装置200的过度室中，并在样品台车上抓取样品，进而返回传送到探针台100的样品台1内，以通过操作探针臂5对样品进行各种电学测试。需要说明的是，本实施方式中仅例举了样品传递机构2和中空连接件3的优选结构形式和组成结构，但并不对其做出限定。例如，中空连接件3也可形成为方形或其它弯曲形状等，样品传递机构2也可设计成类似如前所述的专利申请201210046050.4中所公开的包括滑轨和样品台车的结构。

其中，图1所示的探针台100还可包括各种连接装置和系统，例如可设计抬升机构使得样品台1可上下移动或旋转，并且可包括连接到样品台1的真空泵抽系统、液体制冷剂加注装置和/或惰性气体加注装置及其驱动电机等等。通过往样品台1内（与探针台100内真空腔隔绝）通入液体制冷剂和向放置在样品台1的加热器通电流可调节样品台1表面的温度，使样品保持在常温以下的恒定低温氛围内。通入惰性气体等可改变样品台1内的环境气氛，并且可通过真空泵抽系统改变样品台1内的真空度。在进行上述改变样品台1气氛、真空度和温度等操作时，有必要将探针台100与有机薄膜器件制备装置200相隔离开，以免影响有机薄膜器件制备装置200内的气氛、温度和真空度等。因此，本实施方式中的探针台还可包括闸板阀4，该闸板阀4连接到中空连接件3上以用于开启或封闭中空连接件3的中空腔室，从而将探针台100与有机薄膜器件制备装置200相连通或阻绝。同样地，在包括真空环境的装置中常使用类似的闸板阀4装置，以进行真空隔离，例如在实用新型专利CN2497308Y中也采用了类似的闸板阀。由于为本领域技术人员所公知的器件和结构，因而在此同样不再加以结构描述。

采用以上阐述的探针台100，如图3所示，本发明相应提供了一种有机薄膜器件的制备与测试集成系统，该集成系统包括有机薄膜器件制备装置200和根据本发明上述的探针台100，探针台100与有机薄膜器件制备装置200之间通过中空连接件3密封相连，与外界环境隔离。这样，有机薄膜器件的生成、制备和测试可分别在有机薄膜器件制备装置200和探针台100中一体地连续完成，样品不会暴露于外界环境下，制备和测试效果更佳。

当上述制备与测试集成系统上需要设置闸板阀4，以便在必要时侯使得有机薄膜器件制备装置200与探针台100相隔离或连通时，如图3所示，其中的中空连接件3可设计成包括与探针台100密封连接的第一中空连接件31和与有机薄膜器件制备装置200密封连接的第二中空连接件32，第一中空连接件31和第二中空连接件32之间通过闸板阀4相连。闸板阀4外壳可设计成长方体形状并开有贯通孔（样品通道），第一中空连接件31和第二中空连接件32上的连接法兰33可相应安装到贯通孔两端并形成密封。此外，还可集成安装显微系统和相应的照明系统，使显微镜的工作距离足够大，能满足样品台1的高度设计，同时具有足够的分辨率和视野，满足器件结构的实时观察和下针测量。在此结构中，第二中空连接件32优选为一体地形成在有机薄膜器件制备装置200上，即第二中空连接件32与有机薄膜器件制备装置200的过渡室外壳一体成型。通过拆装第一中空连接件31、闸板阀4和第二中空连接件32，来实现有机薄膜器件制备装置200与探针台100之间的连接或分离。

在上述的有机薄膜器件的制备与测试集成系统的基础上，本发明还相应提供了一种有机薄膜器件的制备和测试方法，该方法包括：通过设置中空连接件3将有机薄膜器件制备装置200与探针台100进行密封连接且形成样品传递通道，并且通过设置样品传递装置2将样品通过样品传递通道在有机薄膜器件制备装置200与探针台100之间进行传送，使得有机薄膜器件的生成和测试均隔离外界气体。操作方便，可灵活应用，制备和测试效果更好。更优选地，该方法可在有机薄膜器件制备装置200与探针台100之间的样品传递通道上设置闸板阀4，从而利用该方法进行操作的步骤可包括：1）在有机薄膜器件制备装置200中生成有机薄膜器件样品；2）打开闸板阀4，使得有机薄膜器件制备装置200和探针台100的样品台1的气氛保持一致；3）操纵样品传递机构2将样品从有机薄膜器件制备装置200传送至样品台1；4）闭合闸板阀4并调节探针台100的样品台1内的气氛、温度和真空度；5）在探针台100内进行样品测试。根据样品测试结果，可对制备的有机薄膜器件进行评估，必要时可返回到有机薄膜器件制备装置200进行进一步处理或对有机薄膜器件制备装置200的结构和制备调节进行相应地针对性改进。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.有机薄膜器件的制备和测试方法，其特征在于，该方法使有机薄膜器件制备装置（200）与探针台（100）密封连接并在二者之间形成对外密封的样品传递通道，通过设置样品传递装置（2）以将样品经由所述样品传递通道在所述有机薄膜器件制备装置（200）与所述探针台（100）之间进行传送，使得有机薄膜器件的生成和测试均隔离外界气体。

2.根据权利要求1所述的有机薄膜器件的制备和测试方法，其特征在于，该方法还包括在所述有机薄膜器件制备装置（200）与探针台（100）之间的所述样品传递通道上设置闸板阀（4），其中，所述方法的操作步骤包括：

1）闭合所述闸板阀（4）以隔开所述有机薄膜器件制备装置（200）与探针台（100），在所述有机薄膜器件制备装置（200）中生成有机薄膜器件样品；

2）打开所述闸板阀（4），使所述有机薄膜器件制备装置（200）和所述样品台（1）的气氛保持一致，而后操纵所述样品传递机构（2）以将所述样品传送至所述样品台（1）；

3）闭合所述闸板阀（4）并调节所述样品台（1）内的气氛、温度和真空度，在所述样品台（1）内进行样品测试。

3.根据权利要求1或2所述的有机薄膜器件的制备和测试方法，其特征在于，所述有机薄膜器件制备装置（200）与所述探针台（100）之间通过圆筒状的中空连接件（3）连接，该中空连接件（3）具有中空腔室以用作样品传递通道。

4.探针台，该探针台（100）包括内置的样品台（1），其特征在于，该探针台（100）还包括样品传递机构（2）和中空连接件（3），该中空连接件（3）密封连接到所述探针台（100）的外周部上并径向向外延伸，所述中空连接件（3）具有与所述样品台（1）连通且用作样品传递通道的中空腔室，所述样品传递机构（2）用于将样品经由所述样品传递通道向内传递至所述样品台（1）或者将样品从该样品台（1）经由所述样品传递通道向外传送。

5.根据权利要求4所述的探针台，其特征在于，所述样品传递机构（2）包括磁力传输杆和安装在该磁力传输杆一端的拨叉，所述磁力传输杆和所述中空连接件（3）分别位于所述探针台（100）的径向的两侧，所述磁力传输杆设置成使得所述拨叉能够随该磁力传输杆的移动而穿过所述样品室（1）和所述中空连接件（3）的中空腔室。

6.根据权利要求4所述的探针台，其特征在于，该探针台（100）还包括连接到所述样品台（1）的真空泵抽系统、液体制冷剂加注装置和/或惰性气体加注装置。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的探针台，其特征在于，所述探针台还包括闸板阀（4），该闸板阀（4）连接到所述中空连接件（3）上以用于开启或封闭所述中空连接件（3）的中空腔室。

8.有机薄膜器件的制备与测试集成系统，其特征在于，该集成系统包括有机薄膜器件制备装置（200）和根据上述权利要求4-7中任意一项所述的探针台（100），所述探针台（100）与所述有机薄膜器件制备装置（200）之间通过所述中空连接件（3）与外界隔离地密封连接。

9.根据权利要求8所述的有机薄膜器件的制备与测试集成系统，其特征在于，所述探针台（100）还包括连接到所述中空连接件（3）上的闸板阀（4），所述中空连接件（3）包括与所述探针台（100）密封连接的第一中空连接件（31）和与所述有机薄膜器件制备装置（200）密封连接的第二中空连接件（32），所述第一中空连接件（31）和第二中空连接件（32）之间通过所述闸板阀（4）相连。

10.根据权利要求8所述的有机薄膜器件的制备与测试集成系统，其特征在于，所述第二中空连接件（32）一体地形成在所述有机薄膜器件制备装置（200）上。

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