[发明专利]一种用于柔性衬底大面积薄膜制备的真空热蒸镀设备

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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匀制备。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匀性。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匀。此外，采用该设备进行蒸镀的过程中，考虑到薄膜均匀性的要求，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匀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。

发明内容

本发明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匀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匀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，本发明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；