PID 速率控制

 

ITC系列薄膜沉积控制仪支持各种类型的蒸发器、沉积系统和坩埚。对于真空沉积支持使用不同种类的坩埚(1ccm坩埚、3ccm坩埚、10ccm坩埚和克努森渗出容器),从冷坩埚状态开始的沉积过程。

下图显示了以最高分辨率设置(测量间隔:0.15 s)记录2分钟的ITC系列薄膜沉积控制仪的背景噪声。记录显示了0.001 a /s的优越比率分辨率。这是一个真正的速率分辨率,而不是显示器的速率分辨率。

 

 

背景噪音

在IM模式下,QCM传感器和PID控制只需要很短的一段时间来捕捉正确的沉积速率值。这意味着,一个或多个选定的QCM传感器的挡板将在一段预先设定的时间内关闭,并在另一段预先设定的时间内反复打开,仅用于测量速率。关闭/开启的比值设置较高时,可以延长传感器的使用寿命,一般可以延长5到30倍。在IM模式下,要求整个过程处于完全的PID控制模式。

 

明确地说,在IM过程中,传感器挡板将自动:

 

打开 (T1)关闭 (T2)打开(T1)关闭 (T2)  打开 (T1)

 

T2>>T1; T2/T1的数值由用户设置  

 

下表显示了IM设置的两个例子:

下图显示了传感器挡板开启6秒,然后关闭60秒(开/闭比设置为10)时材料蒸发速率的变化。如图所示,每个时间间隔为4分钟。挡板的开启/关闭过程由PID自动控制。IM过程可以在启动阶段和蒸发过程中打开。在挡板关闭期间,如果沉积速率是稳定的,则持续监测沉积速率和薄膜厚度。建议用户将传感器挡板开启时间延长至少12秒,可关闭快门120秒(开/闭比为10)。它将提供更可靠的沉积速率。在这种情况下,开/闭比设置为10,意味着传感器寿命可以增加10倍。

 

 

IM模式

下图为红光OLED器件制作,全自动沉积器件的有机材料和电极层,该器件结构为:

掺杂HIL / HTL / 掺杂EML / ETL / EIL / 阴极

其中:

HIL   空穴注入层            

HTL   空穴传输层            

EML   发光层            

ETL   电子传输层

在设定PID参数,我们将掺杂HIL(organic1 + organic2)定义为第1层,HTL(organic2)定义为第2层,EML(organic3 + organic4)定义为第3层,ETL(organic5)定义为第4层,EIL(organic6)定义为第5层,Cathode(Metal)定义为第6层。也就是说,organic 1+2 和 3+4材料是同时沉积的共沉积过程。第6层被定义为最后一层。1-5层的启动和PID控制可以交替调整,以加快沉积过程。主挡板的开启/关闭可设置为手动或自动模式。对于第6层沉积(金属是Al),可以看到熔化过程的影响。

 

 

自动逐层沉积

在PC客户端中,用户可以导出实验参数和log为“Excel”文件。例如,在沉积或共沉积结束时,用户可以查看每个单独层的实际组成。报告还将列出缺失和不正确的材料名称,Tooling因数的异常设置和在沉积过程中的任何警告信号。

 

 

数据处理

PC客户端

时间、温度、速率、功率等log保存为Excel文件

工艺参数导出为Excel格式备份

ITC的综合性能

 

 

实时测量原理

ITC系列利用石英晶体微天平(QCM)原理来确定晶体(石英)的共振频率与其质量的相关性。谐振频率是由有源振荡器提供,直接从ITC传感器输入。
这与我们在高中物理中学到的简谐运动和弹簧质量系统的原理相似。它定义了重复的来回运动或向上和向下的运动。质量的增加会影响振荡的频率,从而影响振荡的周期,方程为:

对于使用QCM原理进行实时厚度测量,Sauerbrey方程是首次利用QCM表面的质频关系进行的可用尝试之一。

∆m和∆f分别为质量变化和频率位移,Cq为厚度传感器的质量灵敏度常数。在由AT切割纯石英材料得到的传感器中,6MHz的石英晶体的Cq的值约为15ng/(cm-2*Hz)。但此方程只有在晶体表面增加的薄层质量较小时,是精确的。
后来对Sauerbrey方程进行了改进,命名为Z-Match理论。ITC系列薄膜沉积控制仪采用这种zZ-Match理论,按照下式测量均匀沉积在QCM传感器表面的材料厚度(Th)。

在ITC系列薄膜沉积控制仪中,每70 - 150毫秒会计算一次所有通道(5个  ITC-5-D 或 10个 ITC-10-D )上所沉积的材料厚度Th,采用厚度时间微分方法计算沉积速率,利用速率值对沉积过程进行PID控制。