[發明專利]傳輸方向可調式的多級磁場電弧離子鍍方法

有效

• 申請號: 201510575622.1
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN105088150B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 魏永強;宗曉亞;吳忠振;蔣志強
• 申請（專利權）人: 魏永強
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.傳輸方向可調式的多級磁場電弧離子鍍方法，其特征在于，該方法所使用裝置包括偏壓電源（1）、弧電源（2）、電弧離子鍍靶源（3）、多級磁場裝置（4）、多級磁場電源（5）、傳輸方向可調式磁場裝置（6）、傳輸方向可調式磁場電源（7）、真空室（8）、樣品臺（9）；

該方法包括以下步驟：

步驟一、將待處理的基體工件置于真空室（8）內的樣品臺（9）上，工件接偏壓電源（1）的脈沖輸出端，安裝在真空室（8）上的電弧離子鍍靶源（3）接通弧電源（2），多級磁場裝置（4）接通多級磁場電源（5），傳輸方向可調式磁場裝置（6）接通傳輸方向可調式磁場電源（7）；

步驟二、薄膜沉積：將真空室（8）抽真空，待真空室（8）內的真空度小于10^-2Pa時，通入工作氣體至0.01Pa～10Pa；

開啟偏壓電源（1），偏壓電源（1）輸出脈沖的峰值電壓值為0～1.2kV，脈沖頻率為0Hz～80kHz，脈沖寬度1~90%；通過調節偏壓電源（1）輸出的偏壓幅值，脈沖頻率和脈沖寬度，控制基體工件對金屬等離子體的有效吸引和離子能量的調節，進行薄膜的沉積和控制低熔點的純金屬或多元合金材料及非金屬材料在薄膜中的比例，實現純金屬薄膜、不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜及具有納米多層或梯度結構的薄膜制備，偏壓電源（1）通過脈沖頻率、脈沖偏壓幅值和脈沖偏壓的占空比分別調整，來控制單位時間到達基體工件表面的電弧等離子體能量峰值強度和密度，偏壓電源（1）輸出脈沖為單脈沖、直流脈沖復合或多脈沖復合，所制備薄膜的微觀結構和性能通過偏壓電源（1）的脈沖偏壓參數進行調整，對電弧等離子體的能量進行調節，利用脈沖偏壓的幅值、脈沖寬度和頻率實現高能離子對薄膜生長的釘扎效應，改善薄膜生長的晶體組織和應力狀態，提高膜基結合強度；

開啟弧電源（2），通過電弧的弧斑運動對電弧離子鍍靶源（3）的表面進行清洗，調節需要的工藝參數，弧電源（2）輸出的電流值為10~300A，弧電源（2）輸出的電流為直流、脈沖或者直流脈沖復合；

電弧離子鍍靶源（3）采用的靶體材料為低熔點的純金屬或多元合金靶材及非金屬材料，突破了傳統電弧離子鍍靶源（3）采用低熔點的純金屬或多元合金材料及非金屬材料的限制，實現薄膜成分和微觀結構的靈活調節；

開啟多級磁場電源（5）調節多級磁場裝置（4），保持電弧等離子體在電弧離子鍍靶源（3）穩定產生和對大顆粒缺陷進行過濾消除，使電弧等離子體以較高的傳輸效率通過多級磁場裝置（4），再利用傳輸方向可調式磁場電源（7）調節傳輸方向可調式磁場裝置（6），保證電弧等離子體到達真空室內任意位置的基體工件表面，進行薄膜的快速沉積，通過多級磁場裝置（4）和傳輸方向可調式磁場裝置（6）實現大顆粒缺陷的清除和電弧等離子體的高效傳輸；

多級磁場裝置（4）對電弧在靶表面的燒蝕進行有效控制，消除由于燒蝕不均產生的“饅頭靶”現象，實現均勻燒蝕和靶材的高效利用，多級磁場裝置（4）消除大顆粒缺陷并保證離化率接近100%的電弧等離子體的高效傳輸，多級磁場裝置（4）結合電弧離子鍍靶源的工藝參數，實現利用多套沉積裝置調節產生的復合等離子體中各種元素的離子比例，實現不同元素比例的多元多層薄膜的快速沉積；

傳輸方向可調式磁場裝置（6）彌補了直線型磁過濾方法在傳輸方向上不能靈活調節的缺陷，有利于高離化率等離子體在任意位置工件表面的化學合成反應成膜，傳輸方向可調式磁場裝置（6）調節電弧等離子體在真空室中的傳輸方向，實現真空室（8）內任意位置基體工件表面薄膜的快速沉積；

反復執行步驟一至步驟二，來制備純金屬薄膜、不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜及具有納米多層或梯度結構的薄膜；

步驟三、單獨采用傳統電弧離子鍍、脈沖陰極弧、多級磁場過濾裝置和傳輸方向可調式磁場裝置結合直流偏壓、脈沖偏壓或直流脈沖復合偏壓進行薄膜沉積，來制備純金屬薄膜、不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜及具有納米多層或梯度結構的薄膜。

2.根據權利要求1所述的傳輸方向可調式的多級磁場電弧離子鍍方法，其特征在于，工作氣體選用氬氣，或工作氣體選用氮氣、乙炔、甲烷、硅烷或氧氣中一種或多種的混合氣體，來制備純金屬薄膜、不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜及具有納米多層或梯度結構的薄膜，步驟二中可以使用2套或者以上的電弧離子鍍靶源（3）、多級磁場裝置（4）和調節傳輸方向可調式磁場裝置（6）配合的電弧離子鍍裝置進行以各種純金屬元素和多元合金材料為靶材的薄膜沉積，然后進行步驟三，然后反復執行步驟二和步驟三，如此反復，制備具有不同應力狀態、微觀結構、元素比例和多元多層結構的薄膜。