ExploraVAC PVD VLTE 有機熱蒸発器、20 インチ立方体ステンレススチール、有機物の低温蒸発器、有機染料の LTE 蒸着、OLEDS 発光層用有機薄膜蒸着、6 つの熱るつぼ

このボックス型真空コーター システムは、実験室環境で温度に敏感な有機化合物および有機金属化合物を真空低温蒸発および堆積するために設計されています。チャンバーは 20 x 20 x 20 インチの立方体で、ステンレス製です。10 cc の積載容量と 15 cc の総容量を持つ 6 つの熱蒸発るつぼがあります。カスタムメイドの 6 インチ回転式基板ホルダーなど、多くの機能を備えています。2 つの Inficon QCM センサーと、手動および自動プロセス モードを備えた内蔵の Inficon STM-2 厚さコントローラーを備えています。必要に応じて、基板ホルダーに放射ヒーターを追加することもできます。堆積プロセスは、シーケンシャルまたは共堆積にすることができます。その他の機能には、2 つの反応性堆積ガス入口ポート、重力シャッターとコーティングの進行状況を観察するためのチャンバー照明を備えたドア ビューポート、空気圧ソースと基板シャッター、フェイルセーフ機構、スタック ライトとアラームの形での視覚および音声ステータス インジケーターがあります。

システムには、すべてのチャンバーと堆積プロセス機能を制御できるオンボード Windows コンピューターで実行される、期限のない基本バージョンの AutoExplor™ ソフトウェアを搭載した 15.5 インチのタッチ スクリーン ディスプレイが組み込まれています。すべての電子部品は北米向けの UL 認定を受けています。システムには、直接の見かけのるつぼコイル電力、電圧、負荷電流測定モジュール、および下部キャビネット内のディスプレイ ユニットが取り付けられています。

このシステムは、PMMA、AIQ3、CuPc、MAI、フラーレン - C60、およびPTCDAやPDIなどのペリレン誘導体などの一般的な有機および有機金属材料を気化できます。SiO2、TiO2、Al2O3、GeO2の誘電体材料堆積用のさまざまな有機ベースの前駆物質も気化できます。

チャンバーは、適切に調整されている場合、Edwards nXDS20i ドライスクロールポンプによって粗引きされ、Pfeiffer HiPace 300 ターボ分子ポンプによって 3 x 10-7 Torr のベース圧力まで微引きされます。堆積前に、るつぼを 100 °C に加熱してサンプルを乾燥させることができます。クライオポンプが湿気を閉じ込めるために設置されています。各セラミックるつぼポケットは、サンプルの過熱が発生しないように PID 温度コントローラーを備えた加熱コイルで包まれています。

弊社では、お客様の VLTE プロセスに合わせてレシピをカスタマイズできます。出荷前にプロセスを徹底的にテスト実行します。ご要望に応じて、SOP の対面または仮想トレーニングも提供されます。弊社のシステムには、標準で 1 年間の保証が付いています。リードタイムは、注文確定後 90 日です。

ExploraVAC PVD VLTE 有機熱蒸発装置:

• 内部シールドを備えた完全密閉型 20 インチ溶接 SS 真空チャンバー
• るつぼ 6 個、15.0 cc、10 cc 積載容量
• るつぼ温度範囲: 30 – 800 °C
• アルミナ、ジルコニア、タングステン、グラファイト、石英るつぼに対応
• ロータリー基板ホルダー（カスタム）
• 空気圧シャッター
• 2つのQCMセンサー
• 基板放射ヒーター（オプション）
• 重力シャッター付き6インチビューポート付きドア
• クイックラッチフロントドアクロージャー
• ビューポートを通したLEDチャンバー照明
• 15.5インチLCDタッチスクリーンディスプレイ
• Edwards nXDS20i ドライスクロール真空ポンプ
• ファイファー ハイペース 300 ターボポンプ
• るつぼコイルの見かけの電力測定と表示
• 最大コイル電力 - 160W
• 各るつぼのPID温度制御
• 視覚と音声による実行ステータスインジケーター
• フェイルセーフ機構

PVD 熱蒸発堆積の概要


図 1. PVD プロセス中のボート内のターゲット材料の熱蒸発の概略図。

熱蒸発 物理蒸着法 (PVD) は、真空環境で基板上に材料の薄膜を蒸着するシンプルな方法です。この方法では、金属と非金属の両方の薄膜を蒸着できます。蒸着プロセス中、材料は熱加熱されて溶融し、蒸発します。その後、蒸気は蒸発して冷たい基板上に凝縮し、薄膜を形成します。Cr などの一部の材料は、溶融せずに昇華するだけで、最適な蒸着蒸気圧が得られます。蒸気分子の平均自由行程は、チャンバー内の残留ガスとの衝突を回避するのに十分な長さでなければなりません。これは、蒸発を開始する前にベース圧力が計算されたしきい値を下回るようにすることで実現されます。

当社のチャンバーは、Pfeiffer HiPace ターボ分子ポンプによって数分以内に 10-7 Torr 未満まで精密排気されます。このガス圧では、蒸気の平均自由行程は 40 インチ以上に増加します。これは、堆積プロセスの到達距離の約 4 倍です。これにより、当社のシステムの効率的で汚染のない堆積が保証されます。QCM センサーは、PVD チャンバーに組み込まれた一般的な膜厚モニターで、堆積速度と膜厚に関するフィードバックを常に提供します。

有機材料堆積のためのVLTEの原理
真空低温蒸発法 (VLTE) は、比較的低温の真空条件下で基板上に材料の薄膜を堆積させる方法です。原料は、分解または反応することなく蒸発するのに十分なだけ加熱されます。多くの有機化合物は高温に敏感で、過度の熱にさらされると劣化する可能性があるため、この技術は有機材料の場合に特に有効です。VLTE では、堆積する材料は真空下でるつぼ内で蒸発または昇華するまで加熱されます。従来の熱蒸発の場合のように、材料は加熱要素と直接接触しません。真空環境により材料の沸点が下がり、より低い温度で蒸発できるようになります。次に、この蒸気が基板上で凝縮し、薄膜を形成します。有機材料の場合、このプロセスは分解を防ぎ、高品質のフィルムを確保するために注意深く制御されます。 VTLE プロセスの動作温度範囲は約 800 °C まで上がりますが、これを超えるとほとんどの熱的に安定した有機化合物が分解し始め、フィルムコーティングの化学構造が変化し、フィルムの欠陥につながります。

VLTE有機系薄膜コーティング材料の例

図2. アルミニウムトリス(キノリン-8-オレート)AlQ3

AlQ3 は、融点が 410 ～ 430 °C の黄色の粉末です。AlQ3 は、OLED の電子輸送層としてよく使用されます。AlQ3 は、陰極から発光層への電子の輸送を促進します。AlQ3 は、電子と正孔の再結合時に光を発する発光層材料としても機能します。通常は緑色の光を発します。

図3. ペリレン誘導体

ペリレン誘導体は、ペリレンから誘導される有機化合物の一種で、優れた電荷輸送特性と発光特性のため、有機太陽電池や光検出器によく使用されます。ペリレン誘導体の例として、ペリレンテトラカルボン酸二無水物 (PTCDA) があります。PTCDA は暗赤色の粉末で、融点は 403 °C です。有機電界効果トランジスタ (OFET)、有機太陽電池 (OPV)、有機発光ダイオード (OLED) に使用されます。熱安定性が高く、電子移動度が良好で、可視スペクトルの吸収が強いのが特徴です。コーティングに赤色顔料を付けるために使用されます。

図4. フラーレン - C60

フラーレン、例えば C60 は濃い紫色で、融点はおよそ 600 °C (昇華) です。フラーレンは有機太陽電池 (OPV) の電子受容体としてよく使用されます。ドナー材料から電子を受け取り、効率的な電荷分離と輸送を促進します。フラーレンは電子親和力と移動度が高く、太陽電池の全体的な効率が向上します。C60 はペロブスカイト太陽電池、光検出器、有機発光ダイオード (OLED)、有機電界効果トランジスタ (OFET) の製造にも広く使用されています。

図5. ポリメチルメタクリレート（PMMA）
PMMA は透明な熱可塑性ポリマーで、光学コーティングやリソグラフィーのレジスト材料として使用され、融点は 160 °C です。PMMA は、電子ビーム リソグラフィーのポジ型レジストとして広く使用されています。電子ビームにさらされると、PMMA は鎖切断を起こし、露出した部分が現像液に溶けやすくなります。これにより、基板上に高解像度のパターンを作成できます。PMMA は、紫外線にさらすことで基板上にパターンを形成し、その後現像して露出した部分を除去するために使用できます。
PMMA は、導電層またはコンポーネント間の絶縁層として機能する電子デバイスや光電子デバイスの誘電体としても使用されます。優れた電気絶縁性を提供し、薄く均一な層に堆積できるという利点があります。PMMA は光学的透明性と光透過性に優れているため、光学コーティングに適しています。

用途: 有機材料の低温蒸発 (VLTE)

1. 有機太陽電池（OPV）：
太陽電池では、光を吸収して電気に変換するために有機薄膜が使用されます。
VLTE により活性層を正確に堆積できるようになり、OPV の効率が向上します。

2. 有機薄膜トランジスタ（OTFT）：
フレキシブル電子機器やディスプレイに使用されます。
VLTE は、デバイスのパフォーマンスを向上させる高品質の有機半導体層を提供します。

3. センサー:
有機材料は化学センサーや生物センサーに使用できます。
VLTE は、ターゲット分析物と相互作用できる敏感な有機フィルムの堆積を可能にします。

4. 有機レーザー:
さまざまな光学用途に使用するための有機半導体レーザーの開発。
有機フィルムの厚さと組成を正確に制御する必要があり、これは VLTE によって実現できます。

5. 有機発光ダイオード（OLED）：
VLTE は、ディスプレイや照明に不可欠な OLED の有機層を堆積するために使用されます。
効率的な発光とデバイス性能に必要な均一な薄膜を保証します。

シンプルな OLED (有機発光ダイオード) の層の配置は、下から上に向かって次のように説明できます。

図6. 有機発光ダイオードの基本構造

• 基板:通常はガラスまたは柔軟なプラスチック材料で作られ、OLED に機械的なサポートを提供します。


• 陽極:通常はインジウムスズ酸化物 (ITO) で作られた透明な層で、光を通過させ、デバイスに正電荷キャリア (正孔) を注入します。


• 正孔輸送層 (HTL):この層は、陽極から発光層への正孔の輸送を促進します。


• 発光層 (EML):光が生成される OLED の中心部分。この層には、電極間に電圧が加えられると光を発する有機分子またはポリマーが含まれています。


• 電子輸送層 (ETL):この層は、カソードから発光層への電子の輸送を促進します。


• カソード:通常はアルミニウムやカルシウムなどの材料で作られ、デバイスに電子を注入する金属層。



OLED（有機発光ダイオード）は、鮮やかな色彩、高いコントラスト、柔軟性、エネルギー効率により、さまざまな用途に使用されています。

主な用途は次のとおりです: ディスプレイ画面:

• スマートフォン：ハイエンドディスプレイ。
• テレビ：優れた画質。
• ウェアラブルデバイス: スマートウォッチとフィットネストラッカー。
• モニター: プロフェッショナルなビジュアル作業。
• デジタルサイネージ: 公共広告および情報ディスプレイ。
• フレキシブル ディスプレイ: 折りたたみ可能および巻き取り可能な画面。


まとめ
真空低温蒸発は、有機薄膜の堆積に不可欠な技術であり、温度制御と膜の均一性の点で利点があります。材料の感度とプロセスの複雑さに関連する課題にもかかわらず、高度な有機電子デバイスと光電子デバイスの製造に重要な役割を果たします。堆積パラメータを適切に最適化して制御することは、高品質の膜を実現し、有機ベースのデバイスの性能と信頼性を確保する上で不可欠です。