Автоматизированная установка для получения наноразмерных покрытий методом полиионной сборки

Полезная модель относится к области нанотехнологии и предназначена для создания наноразмерных покрытий, например, для изготовления сенсоров, покрытий с изменяемым коэффициентом преломления, пленок, обладающих магнитными свойствами и т.д. Поставленная задача достигается тем, что в автоматизированную установку для получения планарных наноразмерных слоев методом полиионной сборки, содержащую держатель подложки, на которую наносятся слои, выполненный с возможностью перемещения, блок- управления, сосуды для растворов различного состава для последовательного погружения в них подложки, согласно решению, введен держатель сосудов, при этом держатели выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга. Держатель сосудов может быть выполнен в виде барабана с гнездами для сосудов, вращающегося относительно держателя подложки, при этом держатель вертикально перемещается относительно держателя сосудов. Барабан дополнительно для повышения качества наносимых слоев во время промывки и/или нанесения слоев, может совершать возвратно-вращательные перемещения. Блок управления состоит из компьютера, соединенного с электронной схемой управления перемещением держателей (электронными ключами). Электронная схема установки может иметь гальваническую развязку с портом компьютера.

Полезная модель относится к области нанотехнологии и предназначена для создания наноразмерных покрытий, например, для изготовления сенсоров, покрытий с изменяемым коэффициентом преломления, пленок, обладающих магнитными свойствами и т.д.

Известно 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 автоматизировать процесс нанесения полиионных слоев.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для нанесения наноразмерных слоев на подложку KSV LM, содержащее держатель подложки, механизм горизонтального и вертикального перемещения подложки, сосуды с растворами различного состава и водой для промывки, блок задания режимов (http://www.ksvltd.com/content/index/ksvdipcoaters).

Устройство позволяет автоматизировать процесс, однако в нем отсутствует держатель сосудов, что увеличивает время подготовки к работе и допускает возможность изменения местоположения сосудов, например при механическом воздействии. Кроме того, устройство требует предварительной ручной настройки.

Задачей настоящего решения является полная автоматизация процесса при повышении качества наносимых слоев.

Поставленная задача достигается тем, что в автоматизированную установку для получения планарных наноразмерных слоев методом полиионной сборки, содержащую держатель подложки, на которую наносятся слои, выполненный с возможностью перемещения, блок управления, сосуды для растворов различного состава для последовательного погружения в них подложки, согласно решению, введен держатель сосудов, при этом держатели выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга.

Держатель сосудов может быть выполнен в виде барабана с гнездами для сосудов, вращающегося относительно держателя подложки, при этом держатель подложки перемещается вертикально относительно держателя сосудов.

Барабан дополнительно для повышения качества наносимых слоев во время промывки и/или нанесения слоев, может совершать возвратно-вращательные перемещения.

Блок управления состоит из компьютера, соединенного с электронной схемой управления перемещением держателей (электронными ключами).

Электронная схема установки может иметь гальваническую развязку с портом компьютера.

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

1. основание;

2. кран (устройство вертикального перемещения подложки);

3. штанга крана;

4. держатель подложки;

5. подложка;

6. барабан;

7. сосуды с жидкостями;

8. электронная схема управления;

9. шаговый двигатель барабана;

10. микропереключатель (датчик положения барабана);

11. упор.

Установка состоит из основания 1, на котором установлен кран 2, шаговый двигатель 9 перемещения барабана 6 и электронной схемы управления 8. Подложка 5 зажимается держателем подложки 4, закрепленном на штанге 3 крана. Сосуды (стаканчики) с полиэлектролитами 7 устанавливаются в гнезда барабана 6, укрепленного на валу двигателя 9. Для контроля угла поворота барабана 6 используется микропереключатель 10, установленный на фланце шагового двигателя 9 и упор 11, закрепленный на барабане 6. В первом стаканчике находится раствор полиэлектролита одного знака, в следующих трех - дистиллированная вода для промывки подложки, в пятом - полиэлектролит другого знака, и в последних трех стаканчиках - так же дистиллированная вода для промывки подложки.

Кран 2 представляет собой отдельное устройство, основным конструктивным элементом которого является пара винт-гайка. Винт (на чертеже не показан) связан с

валом шагового двигателя, на гайке закреплена штанга 3. Вращательное движение вала шагового двигателя крана преобразуется парой винт-гайка в поступательное движение штанги 3 с закрепленной на ней посредством держателя 4 подложки 5.

Электронная схема управления содержит источники питания двигателей крана 2 и барабана 9, электронные ключи, управляющие обмотками двигателей (далее - ключи) и схему сопряжения ключей с параллельным портом компьютера (на схеме не показан). Управление ключами производится посредством специальной программы, запущенной на компьютере.

В начале работы управляющая программа проводит инициализацию. Программа управляет ключами двигателей так, что происходит подъем штанги 3 крана 2 и поворот барабана 6 до замыкания микропереключателя 10. После инициализации держатель подложки оказывается полностью поднятым, а барабан - установленным в начальное положение, что позволяет избежать ошибки (например, если барабан был повернут вручную или работа установки была прервана). Считается, что предварительная обработка подложки - т.е., зарядка поверхности и промывка - уже выполнена. После инициализации начинается нанесение полиионных слоев.

За элементарный цикл нанесения в установке происходит нанесение на подложку 5 одного полиионного бислоя (два слоя полиионных молекул с зарядами разных знаков). Кран 2 опускает подложку 5 в первый из стаканчиков 7, в котором находится полиэлектролит одного знака. Уровень, до которого подложку необходимо опустить (далее - уровень погружения), является настраиваемым параметром управляющей программы. Подложка выдерживается в стаканчике в течение времени, необходимого для адсорбции слоя полиионных молекул (далее - время адсорбции). Время адсорбции является настраиваемым параметром управляющей программы. По истечении времени адсорбции кран 2 поднимает подложку 5.

Далее начинается промывка подложки. Барабан 6 поворачивается на угол 45°, под подложкой оказывается следующий из стаканчиков 7, в нем находится дистиллированная вода. Кран 2 опускает подложку 5 в стаканчик 7. В погруженном состоянии подложка выдерживается некоторое время (далее - время промывки). Время промывки является настраиваемым параметром программы. По истечении времени промывки начинается подъем подложки 5. Количество циклов опускания-подъема подложки (далее - количество циклов промывки) является настраиваемым параметром управляющей программы. Далее подложка аналогичным образом промывается водой, содержащейся в следующих двух стаканчиках.

Во время промывки и/или во время адсорбции управляющая программа может управлять двигателем 9 барабана 6 таким образом, что он будет совершать возвратно-вращательные движения. Это обеспечивает более интенсивное перемешивание жидкостей в стаканчиках, что позволяет улучшить как качество промывки, так и качество наносимых слоев.

Цикл адсорбции полиионных молекул из полиэлектролита противоположного знака аналогичен описанному выше. После промывки подложки в последнем стаканчике происходит возврат барабана 6 в исходное положение. Контроль возврата в исходное положение осуществляется с помощью микропереключателя 10 и упора 11, установленного на барабане 6.

Далее циклы нанесения повторяются необходимое число раз. Число полиионных бислоев 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 подложки и скорость поворота барабана. Изменением кода управляющей программы можно добиться корректировки операций и их последовательности.

1. Автоматизированная установка для получения планарных наноразмерных слоев методом полиионной сборки, содержащая держатель подложки, выполненный с возможностью перемещения, блок управления, сосуды для растворов различного состава для последовательного погружения в них подложки, отличающаяся тем, что в нее введен держатель сосудов, при этом держатели выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что держатель сосудов выполнен в виде барабана с гнездами для сосудов, выполненный с возможностью вращения относительно держателя подложки, при этом держатель выполнен с возможностью вертикального перемещения относительно держателя сосудов.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что барабан выполнен с возможностью возвратно-вращательного перемещения при нахождении подложки в сосудах.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок управления состоит из компьютера, соединенного с электронной схемой управления перемещением держателей.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что электронная схема имеет гальваническую развязку с портом компьютера.