[發明專利]多級磁場電弧離子鍍和孿生靶中頻磁控濺射復合沉積方法

在審

• 申請號: 201610300074.6
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN105734501A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 魏永強;宗曉亞;侯軍興;魏永輝;劉源;蔣志強;符寒光
• 申請（專利權）人: 魏永強
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/35
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.多級磁場電弧離子鍍和孿生靶中頻磁控濺射復合沉積方法，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、孿生靶中頻磁控濺射電源5、孿生靶中頻磁控濺射靶源6、真空室7、樣品臺8和偏壓電源波形示波器9；

該方法包括以下步驟：

步驟一、將待處理基體工件置于真空室7內的樣品臺8上，工件接偏壓電源1的輸出端，安裝在真空室7上的電弧離子鍍靶源3接弧電源2的輸出端、孿生靶中頻磁控濺射靶源6接孿生靶中頻磁控濺射電源5的高功率脈沖輸出端；

步驟二、薄膜沉積：將真空室7抽真空，待真空室7內的真空度小于10^-4Pa時，通入工作氣體至0.01Pa～10Pa，開啟偏壓電源1和偏壓電源波形示波器9，并調節偏壓電源1輸出的偏壓幅值，脈沖頻率和脈沖寬度，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%；

開啟弧電源2和多級磁場過濾裝置4，通過電弧的弧斑運動對電弧離子鍍靶源3的表面進行清洗后，調節需要的工藝參數，弧電源2輸出的電流值為10~300A，通過多級磁場裝置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到達基體表面，進行薄膜的快速沉積；

開啟孿生靶中頻磁控濺射電源5，調整合適的輸出工作功率，工作電壓和工作電流后，使孿生靶中頻磁控濺射靶源6起輝，對孿生靶中頻磁控濺射靶源6表面進行清洗，孿生靶中頻磁控濺射電源5的頻率10~100kHz，工作功率0.1~150kW，工作電流15~240A，工作電壓20~1000V，通常采用40kHz，占空比80%，再依據靶材種類、尺寸和沉積工藝選擇孿生靶中頻磁控濺射電源5輸出的工作功率，工作電壓和工作電流，產生穩定的多元復合等離子體。

2.根據權利要求1所述的多級磁場電弧離子鍍和孿生靶中頻磁控濺射復合沉積方法，其特征在于，該方法所使用裝置還包括偏壓電源波形示波器9用于顯示偏壓電源1發出的脈沖電壓和電流波形，通過調整偏壓電源1的輸出波形，對鍍膜離子進行有效的吸引，進行薄膜的沉積和控制低熔點純金屬（比如鋁）或多元合金材料（比如鋁硅合金）及非金屬材料（比如半導體材料硅和非金屬材料石墨等）在薄膜中的比例，實現對等離子體能量的調節。

3.根據權利要求1所述的多級磁場電弧離子鍍和孿生靶中頻磁控濺射復合沉積方法，其特征在于，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。

4.根據權利要求1所述的多級磁場電弧離子鍍和孿生靶中頻磁控濺射復合沉積方法，其特征在于，該方法還包括：

步驟三、可以單獨采用傳統直流磁控濺射、脈沖磁控濺射、孿生靶中頻磁控濺射、傳統電弧離子鍍、脈沖陰極弧或多級磁場電弧離子鍍結合直流偏壓、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優質薄膜。

5.根據權利要求1所述的多級磁場電弧離子鍍和孿生靶中頻磁控濺射復合沉積方法，其特征在于，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優質薄膜。

6.根據權利要求1所述的多級磁場電弧離子鍍和孿生靶中頻磁控濺射復合沉積方法，其特征在于，孿生靶中頻磁控濺射靶源6采用的靶體材料可以為低熔點的純金屬（比如鋁）或多元合金靶材（比如鋁硅合金），以及電弧離子鍍靶源3所不宜采用非金屬（比如石墨）和半導體材料（比如硅），而電弧離子鍍靶源3可以為采用磁控濺射技術難于離化的高熔點純金屬或多元合金材料，也可以有效利用多級磁場裝置4而采用傳統電弧離子鍍技術所避免使用的低熔點的純金屬或多元合金靶材。

7.根據權利要求1所述的多級磁場電弧離子鍍和孿生靶中頻磁控濺射復合沉積方法，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優質薄膜。