一種用于原子層沉積儀的控制設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于原子層沉積控制領域，具體涉及一種用于原子層沉積儀的控制設備。
【背景技術】
[0002]現代信息和能源技術嚴重依賴于薄膜器件及其制備設備和技術。例如，納米電子器件、薄膜太陽能電池、光電制氫器件需要沉積各種半導體、金屬、緩沖層及電荷傳輸層。原子層沉積(Atomic Layer Deposit1n，簡稱ALD)技術作為一種可精確控制沉積厚度的薄膜制備技術，始于1977年芬蘭科學家的發明[專利US 4058430]。與化學氣相沉積技術相比，原子層沉積技術可將物質以單層原子的形式逐層沉積在襯底上。而且新一層的原子膜的化學吸附反應具有選擇性，使得每次沉積只能增加一層原子，沉積的薄膜均勻無針孔。原子層沉積避免了高溫、高真空的苛刻條件，沉積難度大大降低。另外，過量的前驅體可以循環利用，有利于大規模生產和成本控制。原子層沉積設備隨著能源與信息技術發展，需要向低成本化、高穩定性和安全性發展。
[0003]原子層沉積設備主要包括核心控制模塊、前驅體進樣控制模塊、溫控加熱模塊、真空模塊、反應器及氣路等。目前多數的發明主要關注原子層沉積的反應器或氣路設計，例如:專利CN 1468975A公開了一種原子層沉積設備，包括真空室、進出口、氣體分配器等，可通過維持反應氣體的壓力和流量，保證均勻沉積。專利CN 1643179A公開了一種原子層沉積設備和方法，能夠提高化學試劑效率及清理效率。專利CN1644756A發明了一種氣相流出物的收集器，避免進入前級栗。專利CN1777696A發明了一種環形閥，可在ALD沉積的不同階段采用不同的吹掃流量，改善前驅體的經濟效率。專利CN101076878A發明了一種薄膜沉積反應器設備，具有復數個基板分割形成的反應室。專利CN101370963A發明了一種用于原子層沉積的進氣歧管，可分配一種或多于一種氣體。專利CN10206118A公開了一種用于原子層沉積設備的設備，包括供入管線、結構件、脈沖閥等。專利CN102084461A公開了一種用于等離子體增強的原子層沉積設備，包括反應前驅體的噴頭及位置。專利CN102112655A公開了一種原子層淀積設備的裝載設備及裝載方法。專利102925875A公開了一種用于薄膜生長的雙模控系統及其控制方法，實現金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)和ALD兩種模式的原位轉換，解決了前驅體原料的效率與薄膜質量最優化的矛盾。
[0004]現有的原子層沉積設備的控制系統多采用計算機+工控機+控制板卡(或PLC)的控制方式，其控制系統需要多級運算與數據傳輸。這些計算機處理過程需要高級的編程和特定的通信協議協同完成，對軟件與硬件之間的配合要求較高；計算機和控制器采用分體設計，系統控制效率低下，提高了生產成本；計算機的操作系統容易感染病毒導致控制系統失效、穩定性差。由于原子層沉積系統需要長時間運行，可靠的控制系統和安全保護措施是保證正常生產和安全生產的基本要求。例如專利CN103031532B公開了一種安全性高的原子層沉積設備，其控制部件由觸摸屏、工控機和數據處理模塊組成。專利CN103194733A公開了一種采用集顯示和控制于一體的主控部件，精簡了設備結構、減少體積。
[0005]作為原子層沉積過程中的閥門控制、溫度控制、真空控制與安全控制系統，盡管采用計算機-工控機或單獨工控機控制能夠實現上述要求，但是其成本仍然居高不下。單片機(例如32位)核心已經可以處理一些循環控制、判斷控制等邏輯運算，可以大大降低系統的成本、并不會顯著增加系統的運行時間，完全可以實現原子層沉積控制。但是目前為止，采用單片機為核心的原子層沉積控制系統還尚未開發出來。

【發明內容】

[0006]本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的上述不足，提供一種用于原子層沉積儀的控制設備，以此控制設備為核心的原子層沉積儀具有定時可控栗入各種前驅體、體系溫度及過熱、停電保護以及報警的功能。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:
[0008]—種用于原子層沉積儀的控制設備，包括單片機控制系統、溫控模塊、保護模塊和報警模塊；
[0009]所述單片機控制系統包括單片機、程序輸入單元、時間控制單元、信號控制單元、執行單元和顯示單元，所述程序輸入單元、時間控制單元、信號控制單元和顯示單元均與單片機連接，信號控制單元的輸出端通過執行單元連接至執行元件，所述執行元件包括原子層沉積高速閥和氣動電磁擋板閥；
[0010]所述溫控模塊的輸入端與單片機的輸出端連接，溫控模塊的輸出端連接至執行元件(溫控模塊可切換單片機控制和手動獨立控制兩種工作模式)；
[0011]所述保護模塊與單片機控制系統連接、用于控制單片機控制系統的電源輸入；
[0012]所述報警模塊與單片機的輸出端及溫控模塊的輸出端連接。
[0013]按上述方案，所述程序輸入單元包括多個通道，每個通道含有切換部件和確認部件，各個通道均與單片機連接，用于手動設定原子層沉積高速閥的開啟時間、等待時間、內循環次數、外循環次數參數并將數據傳送至單片機；同時程序輸入單元還包括與單片機連接的存儲部件，用于儲存參數值。
[0014]按上述方案，所述顯示單元采用液晶顯示部件，液晶顯示部件通過I/O接口與單片機連接。按上述方案，所述單片機控制系統還包括一個電源隔離單元，電源隔離單元設置在信號控制單元和執行單元之間，用于將單片機與執行單元隔離，避免后續執行單元上不同電壓和功率信號對前級弱信號控制產生反饋影響。
[0015]按上述方案，所述執行單元包括M0S管驅動電路，用于驅動執行元件的原子層沉積高速閥，M0S管驅動電路還包含單片機延時控制電路，用于控制氣動電磁擋板閥的開關。
[0016]按上述方案，所述溫控模塊包括不同的控溫通道及對應每個控溫通道的加熱部件，各個加熱部件通過對應的控溫通道由單片機控制或手動獨立控制。按上述方案，所述保護模塊包括溫度保護單元和斷電保護單元，溫度保護單元與斷電保護單元均與單片機連接，溫度保護單元與斷電保護單元中任意一個單元斷開時整個設備電源關閉。
[0017]按上述方案，所述溫度保護單元包括多個串聯接在加熱部件附近的KDS常閉型溫度繼電器及低壓電路，低壓電路經過串聯的KDS常閉型溫度繼電器、繼電器和斷電保護單元連接至交流觸變器的控制端(控制電源輸入)；通電時保證斷電保護單元為常閉狀態，一旦斷電，斷電保護單元變為常開狀態不能導通。
[0018]按上述方案，所述斷電保護單元由三極管S9014C331為核心構建，產生低壓直流電路，并經電阻限流輸入三極管基極作為開關電路，斷電后導致三極管及交流觸變器斷開，供電恢復后三極管經人工觸發開關恢復輸出(實現斷電保護功能)。
[0019]按上述方案，所述報警模塊由蜂鳴器和發光二極管組成(當實際溫度超過范圍，或者程序出錯時，報警模塊通過聲音和發光報警)。
[0020]本發明的工作原理:單片機作為單片機控制系統的核心，通過產生時間序列，并基于此對產生不同的觸發信號；時間控制單元用于同時控制多個通道，保證每個通道的信號能夠達到高速閥開關的最小時間(如1-3毫秒)，且能夠長達到100秒保證低壓前驅體的供應，等待時間可以實現0-100秒保證真空系統能夠及時將反應殘余氣體排出反應