[實用新型]柵極輔助柱狀電弧離子鍍膜裝置

有效

• 申請號: 201520837539.2
• 申請日: 2015-10-27
• 公開（公告）號: CN205152318U
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 張斌;張俊彥;高凱雄;強力;王健
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本實用新型屬于物理氣相沉積領域,涉及一種用于原子級光滑薄膜的柵極輔助柱狀電弧離子鍍裝置，可以用于光滑金屬薄膜、氮化物薄膜和碳化物薄膜的生長。

背景技術

目前，具有離化率高、沉積速率高、技術成熟等優點的陰極真空電弧（CVA）沉積技術是制備高性能硬質薄膜的主要制備方法之一，電弧離子鍍由于其沉積效率高等原因，廣泛應用于耐磨、防腐和光學薄膜的制備過程。但因傳統電弧弧斑的產生機制和其不規則運動等原因，沉積過程中的弧斑壽命短、工藝穩定性差；薄膜中的宏觀大顆粒共沉積污染嚴重、殘余應力高、膜基結合力差等是限制其應用的關鍵瓶頸問題（專利ZL200610131894.3）。改進的磁過濾電弧制備技術（FCVA）雖在一定程度上降低了宏觀大顆粒的污染，但薄膜的生長速率伴有大幅下降，技術復雜，成本高。

針對電弧產生的液滴引起的薄膜粗糙度大等問題,目前，各國科學家和產業界人士已嘗試通過不同過濾器措施來減少宏觀大顆粒的共沉積。依過濾器原理不同，大致主要分為視線內和視線外的機械式過濾器和磁過濾器兩大類。機械式主要是用機械裝置阻擋或削弱大顆粒流（專利ZL200710158829.4），磁過濾式則多是利用勵磁線圈在管道內產生有一定曲率的磁場，帶電粒子在磁場中受洛倫茲力約束有沿磁力線運動的趨勢而偏轉，而質量大，帶電量很少的顆粒幾何不受磁場影響僅在慣性作用下做直線運動，直接撞擊在管道壁上達到過濾目的。綜上述，磁過濾技術是降低電弧離子鍍大液滴的有效途徑，但是磁過濾裝置復雜，占空空間大，沉積速率低，且單位腔體上裝配的弧源遠少于單獨的電弧離子源,薄膜沉積速率是電弧離子鍍的1/5甚至更低，因此生產效率低下，且設備和生產成本昂貴。相對磁過濾，柱狀旋轉電弧具有更高的沉積速率的同時可以有效降低粗糙度，但是依舊達不到原子級光滑，部分薄膜仍需要后處理才能滿足高精度的需求。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了解決電弧離子鍍產生的大液滴降低了薄膜的致密度和連續性，導致生長的薄膜結合力差，表面粗糙度高，沉積的薄膜需要二次拋光等因素，使其難以在精密動接觸部件表面得到大規模的應用，且二次拋光增加了成本的問題，而提出一種直接沉積光滑硬質薄膜的柵極輔助柱狀電弧離子鍍膜裝置。

柵極輔助柱狀電弧離子鍍膜裝置，包括由電源Ⅰ供電的柱狀陰極靶、由偏壓電源供電的工件架，其特征在于在柱狀陰極靶前放置一個由電源Ⅱ供電的柵極。

所述電源Ⅰ為直流電源、直流脈沖電源或高功率脈沖電源。

所述柵極為圓孔、方孔或三角孔，孔徑大小為2-8mm，距離柱狀陰極靶4-12mm。

所述電源Ⅱ為直流正電壓電源、負偏壓電源或正負周期脈沖電源、射頻電源、微波電源。

電源Ⅰ給柱狀陰極靶提供能量，用于點弧及維持弧光放電；電源Ⅱ為直流正電壓電源時，柵極是輔助陽極，加速電子進一步提高等離子離化率，提高電子與中性粒子的碰撞幾率，電子與液滴碰撞進一步細化液滴；電源Ⅱ為負偏壓電源時，加速帶電離子進一步提高等離子離化率，提高電子與中性粒子的碰撞幾率，電子與液滴碰撞進一步細化液滴；電源Ⅱ為正負周期脈沖電源、射頻電源或微波電源時，除進一步提高等離子離化率，加速帶電離子進一步提高等離子離化率，提高電子與中性粒子的碰撞幾率，電子與液滴碰撞進一步細化液滴；另一方面，當大液滴穿過柵極孔時，勢場會壓縮液滴，隨后脫離勢場爆炸細化。

本實用新型對比現有技術具有以下創新點：使用柵極與柱弧相結合的方式，顯著增強離化率和等離子勢場，使液滴有效細化或者消失。

本實用新型對比現有技術具有以下顯著優點：

1、柵極與柱弧相結合顯著提高了薄膜的光滑度。

2、柵極與柱弧相結合賦予鍍膜更多的靈活性，可以通過柵極電源的選擇和時序調節，制備納米結構和多層薄膜，從而改善和優化薄膜的物理化學性能。

3、柵極與柱弧相結合，在提高薄膜結合力、光滑度的前提下保持了更高的薄膜沉積速率。

4、對比單獨的柱弧（電流越大、薄膜粗糙度越大），柵極的加入可以使柱弧使用更大的電流，薄膜沉積速率提高1.5-3倍。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖中：1-電源Ⅰ、2-電源Ⅱ、3-柱狀陰極靶、4-柵極、5-偏壓電源、6-工件架。

具體實施方式

實施例1