[發明專利]一種大尺寸磁控濺射鍍膜的簡易強化方法

無效

• 申請號: 201210574569.X
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103014645A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 朱嘉琦;雷沛;曹文鑫;韓杰才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及大尺寸磁控濺射鍍膜的簡易強化方法。

背景技術

磁控濺射，特別是反應磁控濺射，采用此方法制備的薄膜密度較低，薄膜中存在空位、間隙原子、位錯以及空洞等缺陷，嚴重影響薄膜的性能。一般情況下，磁控濺射制備的薄膜，結晶度差，結晶溫度高，存在較多缺陷，特別對于反應磁控濺射來說，上述問題尤為嚴重。

現有的離子或電子輔助磁控濺射沉積薄膜方法，需要在磁控濺射設備上增加離子源或電子源，通過薄膜沉積過程中，對于弱成鍵離子和成膜原子的撞擊以實現動量和能力轉換，使得不穩定離子或缺陷及雜質粒子逃離薄膜生長表面，同時增加成膜原子的移動能力。離子或電子源的加入，不僅增加了成本和技術的復雜性，而且離子源的加入破壞了磁控濺射艙體電場分布，易使得薄膜中容易產生畸點。此外，現有的離子或電子輔助沉積薄膜方法，對于小尺寸的襯底材料，可以鍍制出厚度均勻、附著力強的薄膜材料，但是對于大尺寸的襯底材料，由于離子束和電子束有效束斑直徑的限制，很難制備出直徑為米量級的厚度均勻、附著力強的薄膜材料。

發明內容

本發明是要解決現有的離子或電子輔助磁控濺射沉積薄膜方法存在成本高和技術復雜，而且很難制備出大尺寸、厚度均勻、附著力強的薄膜材料的問題，而提出一種大尺寸磁控濺射鍍膜的簡易強化方法。

本發明中的一種大尺寸磁控濺射鍍膜的簡易強化方法按以下步驟進行：

一、將襯底材料用丙酮超聲波清洗15min~30min，再用無水乙醇清洗15min~30min，最后用去離子水清洗25min~30min后烘干，然后將襯底材料置于磁控濺射真空倉內的旋轉加熱臺上；通過真空泵將真空倉內抽成真空，當真空倉內壓強達到1.0×10^-4Pa~9.9×10^-4Pa時，啟動加熱裝置，將加熱臺加熱至25℃~1000℃，并且保溫30min~120min，其中旋轉加熱臺的材質為不銹鋼，襯底材料為金屬、陶瓷或半導體；

二、向真空倉內通入Ar氣，當倉內壓強為3Pa~5Pa時，向旋轉加熱臺施加500V~800V的負電壓，對襯底表面進行反濺清洗10min~20min；

三、反濺清洗完畢后，向靶材施加射頻電源啟輝，射頻功率為60W~500W，預濺射20min~50min，開始鍍膜，鍍膜時真空倉內氣體壓強為0.1Pa~2Pa，鍍膜時間為10min~90min，然后拉上擋板，接著向真空倉內通入O₂，使用流量計將O₂流量控制在4sccm~100sccm，預濺射10min~30min后，調整真空倉內氣體壓強為0.1Pa~2Pa，向旋轉加熱臺施加100V~400V的負電壓，然后移開擋板，繼續向襯底表面鍍膜，鍍膜1h~3h；

四、鍍膜完成后，依次按要求關閉射頻電源和負壓電源，關閉Ar氣閥門，質量流量器的電源，O₂氣路閥門，打開插板閥將真空倉內氣體壓強抽至1.0×10^-4Pa~5.0×10^-4Pa；

五、關閉剩余的所有電源，待真空倉內溫度降至20℃~25℃時即制得本發明所述的高密度、低缺陷薄膜。

本發明的工作原理：本發明中磁控濺射強化技術是在薄膜沉積過程中，利用磁控濺射系統本身自生成的Ar離子，對于弱成鍵離子和成膜原子的撞擊以實現動量和能力轉換，使得不穩定離子或缺陷及雜質粒子逃離薄膜生長表面，同時增加成膜原子的移動能力，制備出大尺寸、結構穩定、缺陷少的優質薄膜。

本發明包含以下優點：

1、由于引入Ar離子對整個旋轉加熱臺進行轟擊，轟擊效果均勻一致，因而采用磁控濺射方法可在大尺寸襯底材料上制備出厚度均勻、附著力強的薄膜；

2、制備過程中由于Ar離子轟擊薄膜表面，使得不穩定離子或缺陷及雜質粒子逃離薄膜生長表面，同時增加成膜原子的移動能力，制備出結構穩定，缺陷少，密度大的優質薄膜；

3、制備過程中由于Ar離子轟擊薄膜表面，為成膜原子的移動提供了能量，在相同的溫度條件下，薄膜更易形成晶體結構；

4、由于薄膜結構發生變化，從而引起薄膜物理性能上的變化，薄膜的折射率、硬度和彈性模量都有所提高。

附圖說明