Система автоматического регулирования температуры подложки в установке для получения пленочного материала методом спрей-пиролиза

Рассмотрена проблема обеспечения оптимального температурного режима технологического процесса получения прозрачных проводящих покрытий методом спрей-пиролиза. Для её решения предложена система автоматического регулирования температуры подложки, которая в отличие от ранее применяемых средств задания температуры в «ручном» режиме обеспечивает требуемую точность поддержания температуры подложки и её минимальный градиент по поверхности подложки, т. е. позволяет достичь идеального температурного режима испарения капель аэрозоля в процессе пиролиза. Функционально разработанная система автоматического регулирования состоит из автоматического регулятора температуры, регулятора мощности, инфракрасного нагревателя на галогенных лампах, датчика температуры. Решена вариационная задача минимизации расхода электроэнергии при включении инфракрасного нагревателя. Предложено для исключения выбросов тока оптимизировать режим включения нагревателя. Выполнен синтез и анализ предложенной системы автоматического регулирования, рассчитаны её временны́ е и частотные показатели. Подтверждены приемлемое быстродействие, нулевая статическая ошибка регулирования и нулевое перерегулирование, существенный запас устойчивости по фазе и амплитуде. Применение такой системы автоматического регулирования температуры способствует созданию оптимального режима испарения капель аэрозоля, позволяет стабилизировать температуру подложки и градиент температуры, обеспечивая тем самым стабильность характеристик получаемых плёнок. Исследуемые прозрачные проводящие покрытия входят в состав стёкол с регулируемой прозрачностью, а также используются в качестве слоёв солнечных элементов.

1. Ainabayev A., Walls B., Mullarkey D. et al. High-performance p-type V2O3 films by spray pyrolysis for transparent conducting oxide applications. Scientific Reports, 1928 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-52024-4

2. Malik O., Hidalga-Wade F., Amador R. Spray pyrolysis processing for optoelectronic applications. In: Pyrolysis, ed. Mohamed Samer (2017). https://doi.org/10.5772/67431

3. Puspharajah P., Radhakrishna S., Arof A. K. Transparent conducting lithium-doped nickel oxide thin films by spray pyrolysis technique. Journal of Materials Science, (32), 3001–3006 (1997). https://doi.org/10.1023/A:1018657424566

4. Zinchenko T., Pecherskaya E., Artamonov D. The properties study of transparent conductive oxides (TCO) of tin dioxide (ATO) doped by antimony obtained by spray pyrolysis. AIMS Materials Science, 6(2), 276–287 (2019). https://doi.org/10.3934/matersci.2019.2.276

5. Kim J., Murdoch B. J., Partridge J. G. et al. Ultrasonic spray pyrolysis of antimony-doped tin oxide transparent conductive coatings. Advanced Materials Interfaces, 7(18), 2000655 (2020). https://doi.org/10.1002/admi.202000655

6. Perednis D., Gauckler L. J. Thin film deposition using spray pyrolysis. Journal of Electroceramics, 14, 103–111 (2005). https://link.springer.com/article/10.1007/s10832-005-0870-x

7. Binder S., Martynczuk J., Prestat M., Gauckler L. J. Crack-free yttria stabilized zirconia thin films by aerosol assisted chemical vapor deposition: Influence of water and carrier gas. Thin Solid Films, 522(1), 58−65 (2012). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2012.09.042

8. Zinchenko T. O., Pecherskaya E. A., Antipenko V. V. et al. Methodology for the selection of technological modes for the synthesis of transparent conducting oxides with desired properties. Materials Science Forum, 1049, 198–203 (2022). http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1049.198

9. Zinchenko T. O., Pecherskaya E. A., Golubkov P. E. et al. Investigation of the properties of transparent conductive oxides produced by aerosol pyrolysis. Journal of Surface Investigation, 16(6), 1315–1321 (2022). https://doi.org/10.1134/S102745102206060X

10. Волович Г. И. Мощные источники регулируемого тока на операционных усилителях. Современная электроника, (5), 36–39. (2010).

11. Gopi Pasala, Varma Pinni, Challapalli Kalyan et al. Dynamic behavior and stability analysis of automatic voltage regulator with parameter uncertainty. International Transactions on Electrical Energy Systems, 1–13 (2023). https://doi.org/10.1155/2023/6662355

12. Зинченко Т. О., Печерская Е. А., Новичков М. Д. и др. Синтез тонкопленочных структур оксида вольфрама методом спрей-пиролиза. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, 16(3.1), 402–407 (2023). https://doi.org/10.18721/JPM.163.173