Автоматизированная установка для формирования тонкопленочных покрытий наноразмерной толщины методом молекулярного наслаивания

Полезная модель направлена на повышение качества тонкопленочных покрытий наноразмерной толщины, формируемых методом молекулярного наслаивания. Поставленная задача достигается путем введения в автоматизированную установку для формирования тонкопленочных покрытий наноразмерной толщины методом молекулярного наслаивания терморезисторов, содержащую держатель образца, на который наносятся тонкопленочные покрытия, выполненный с возможностью перемещения, рабочую станцию, сосуды для растворов различного состава для погружения в них образца, держатель сосудов линейного типа, при этом установка оснащена подводом и сливом чистой воды. Держатель сосудов выполнен в виде статического постамента с гнездами для линейного последовательного расположения сосудов.

Для повышения качества наносимых тонкопленочных покрытий держатель сосудов выполнен с возможностью термического воздействия на указанные сосуды растворов.

Вся конструкция установки, за исключением рабочей станции и блока управления, находится в герметичном корпусе с инертной средой.

Описание полезной модели

Полезная модель относится к области нанотехнологий и предназначена для формирования тонкопленочных покрытий наноразмерной толщины методом молекулярного наслаивания или полиионной сборки, например, для формирования различного рода оптических покрытий: отражающих, преломляющих, пропускающих определенный спектр волн, создание оптических фильтров, для формирования подзатворных диэлектрических слоев, для создания триболлогических и антикоррозионных покрытий и т.д.

Известно устройство для получения наноразмерных покрытий методом полиионной сборки "Полиион 1 М", содержащее держатель подложки, механизм вертикального перемещения подложки, держатель сосудов барабанного типа, с возможностью вращательного перемещения относительно держателя подложки, блок управления / Патент России МПК 51 H01L 21/100 №2005139079 /22/.

В данном устройстве отсутствует возможность проточной промывки образцов чистой водой и терморегулирования растворов.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для нанесения органических покрытий KSV D, содержащее держатель подложки, механизм вертикального перемещения подложки, сосуд для раствора, наносимого органического вещества /http://www.ksvltd.com/content/index/ksvdipcoaters/.

Однако данное устройство не позволяет осуществлять нагрев электролитов, в нем не предусмотрена промывка образцов в чистой воде и присутствует негативное влияние взаимодействия с атмосферой.

Задачей настоящего решения является повышение качества тонкопленочных покрытий наноразмерной толщины, формируемых методом молекулярного наслаивания путем терморегулирования растворов и создания инертной среды.

Поставленная задача достигается тем, что в автоматизированную установку для формирования тонкопленочных покрытий наноразмерной толщины методом молекулярного наслаивания, содержащую держатель образца, на который наносятся тонкопленочные покрытия, выполненный с возможностью перемещения,

рабочую станцию, сосуды для растворов различного состава для погружения в них образца, согласно решению, введен держатель сосудов линейного типа, при этом установка оснащена подводом и сливом чистой воды.

Держатель сосудов выполнен в виде статического постамента с гнездами для линейного последовательного расположения сосудов.

Для повышения качества наносимых тонкопленочных покрытий держатель сосудов выполнен с возможностью термического воздействия на указанные сосуды растворов.

Вся конструкция установки, за исключением рабочей станции и блока управления, находится в герметичном корпусе с инертной средой.

Рабочая станция установки состоит из компьютера, соединенного с блоком управления перемещениями держателя образца и терморегулированием нагревательных элементов сосудов.

Устройство поясняется чертежом, на котором приведена схема предложенной установки, где

1 - основание;

2 - вертикальная направляющая (устройство вертикального перемещения образца);

3 - горизонтальная направляющая (устройство горизонтального перемещения образца);

4 - штанга;

5 - держатель образца;

6 - образец;

7 - держатель сосудов;

8 - сосуды с растворами;

9 - нагреватели;

10 - подвод чистой воды;

11 - слив;

12 - рабочая станция;

13 - герметичный корпус;

14 - шаговый двигатель горизонтальной направляющей;

15 - шаговый двигатель вертикальной направляющей;

16 - каретка;

17 - блок управления.

Установка состоит из основания 1, на котором установлена горизонтальная направляющая 3, шаговый двигатель горизонтальной направляющей 14, держатель сосудов 7, рабочая станция 12 и герметизирующий корпус 13. Образец 6 зажимается держателем образца 5, закрепленным на штанге 4. Сосуды (стаканчики) с растворами 8 устанавливаются в гнезда держателя сосудов 7. В описываемом варианте установки имеется возможность расположения в гнездах держателя сосудов 7 до шести емкостей с различными растворами, в том числе и с чистой водой, седьмая позиция (служебное положение) предназначена для просушки и извлечения образца.

Вертикальная направляющая 2 представляет собой отдельное устройство, основным конструктивным элементом которого является пара винт-гайка. Винт (на чертеже не показан) связан с валом шагового двигателя 15, на гайке закреплена штанга 4. Вращательное движение вала шагового двигателя преобразуется парой винт-гайка в поступательное движение штанги 4 с закрепленной на ней посредством держателя 5 образца 6. Вертикальная направляющая 2 закреплена на каретке 16 горизонтальной направляющей 3, представляющей собой аналогичный механизм вертикальной направляющей, основным конструктивным элементом которого является пара винт-гайка. Винт (на чертеже не показан) связан с валом шагового двигателя 14, на гайке закреплена каретка 16. Вращательное движение вала шагового двигателя 14 преобразуется парой винт-гайка в поступательное движение каретки 16 и всей закрепленной на ней конструкции: вертикальной направляющей 2, шагового двигателя вертикальной направляющей 15, штанги 4, держателя образца 5 и самого образца 6 в горизонтальном направлении.

Общая конструкция установки снабжена подводом 10 и сливом 11 чистой воды для проточной промывки образцов.

Держатель сосудов 7 снабжен нагревателями 9, с помощью которых осуществляется терморегулирование задаваемых растворов.

Электронная схема управления содержит источники питания двигателя вертикальной направляющей 15 и двигателя горизонтальной направляющей 14, электронные ключи, управляющие обмотками двигателя (далее - ключи), и схему

сопряжения ключей с параллельным портом компьютера (на схеме не показан), а также ключи, управляющие реле нагрева терморезисторов. Управление ключами производится посредством специальной программы, запущенной на компьютере.

Вся конструкция установки помещена в герметичный корпус 13 с инертной средой внутри него.

В начале работы управляющая программа проводит инициализацию. Программа управляет ключами двигателей так, что происходит подъем штанги 4 вертикальной направляющей 2 и перемещение каретки 16 по горизонтальной направляющей 3 до седьмой позиции сосуда (служебное положение). Считается, что предварительная обработка образца - т.е. зарядка поверхности и/или промывка - уже выполнена. После инициализации начинается терморегулирование сосудов с электролитами и чистой водой. Сосуды, для которых необходимо производить терморегулирование, и их рабочая температура задается оператором на рабочей станции 12 с помощью управляющей программы. Далее начинается процесс молекулярного наслаивания.

За элементарный цикл нанесения в установке происходит наслаивание на образец 6 количества слоев, определяемых последовательностью и числом окунаний в сосуды с электролитами и водой 8, которые задаются оператором на рабочей станции 12. Штанга 4 опускает образец 6 в один из сосудов с электролитом 8. Уровень, до которого образец необходимо опустить (далее уровень погружения), является настраиваемым параметром управляющей программы. Образец выдерживается в сосуде в течение времени, необходимого для молекулярного наслаивания (адсорбции) слоя. Время адсорбции является настраиваемым параметром управляющей программы. По истечении времени адсорбции штанга 4 поднимает образец 6.

Далее начинается промывка образца. Каретка 16 перемещается с помощью горизонтальной направляющей 3, под образцом 6 оказывается сосуд с чистой водой. Штанга 4 опускает образец 6 в сосуд 8. В погруженном состоянии подложка выдерживается некоторое время (далее - время промывки). Время промывки является настраиваемым параметром программы. По истечении промывки начинается подъем образца 6. Количество циклов опускания-подъема подложки (далее - количество циклов промывки) является настраиваемым параметром

управляющей программы. Далее образец аналогичным образом промывается водой, содержащейся в следующих сосудах.

Промывка в потоке воды обеспечивает более качественную промывку образца 6.

Последующий процесс наслаивания нового слоя на образец из сосуда с другим электролитом и последующая промывка аналогичны описанным выше.

Далее цикл молекулярного наслаивания слоев повторяется необходимое число раз. Число циклов наслаивания является настраиваемым параметром управляющей программы.

Кроме описанных выше настраиваемых параметров, отвечающих за структуру наносимого слоя, в управляющей программе есть еще ряд настраиваемых параметров, влияющих на скорость подъема/опускания образца и скорость перемещения каретки с помощью горизонтальной направляющей. Изменением кода управляющей программы можно добиться корректировки операций и их последовательности.

1. Автоматизированная установка для формирования тонкопленочных покрытий наноразмерной толщины методом молекулярного наслаивания, содержащая держатель образца, выполненный с возможностью перемещения, рабочую станцию, сосуды для растворов различного состава для погружения в них образца, отличающаяся тем, что в нее введен держатель сосудов линейного типа, при этом установка оснащена подводом и сливом чистой воды.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что держатель сосудов выполнен в виде статического постамента с гнездами для линейного последовательного расположения сосудов.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что держатель сосудов выполнен с возможностью термического воздействия на указанные сосуды растворов.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вся конструкция установки, за исключением рабочей станции и блока управления, находится в герметичном корпусе с инертной средой.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочая станция состоит из компьютера, соединенного с электронной схемой управления перемещениями держателя образца и терморегулированием нагревательных элементов сосудов.