[發(fā)明專利]內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板的多級磁場電弧離子鍍方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710052985.6
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106637096B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏永強;宗曉亞;劉學申;劉源;侯軍興;張華陽;蔣志強;馮憲章
• 申請（專利權(quán)）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.內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板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）、內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）、正偏壓電源（7）、樣品臺（8）、偏壓電源波形示波器（9）和真空室（10）；

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（10）內(nèi)的樣品臺（8）上，內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）與真空室（10）和多級磁場裝置（4）之間絕緣，工件和樣品臺（8）接偏壓電源（1）的負極輸出端，電弧離子鍍靶源（3）安裝在真空室（10）上，接弧電源（2）的負極輸出端，多級磁場裝置（4）的各級磁場接多級磁場電源（5）的各個輸出端，正負極接法可以依據(jù)輸出磁場方向進行確定，內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）接正偏壓電源（7）的正極輸出端，開啟外部水冷循環(huán)系統(tǒng)；

步驟二、薄膜沉積：將真空室（10）抽真空，待真空室（10）內(nèi)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(diào)節(jié)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%，偏壓電源（1）輸出波形為直流、單脈沖、直流脈沖復合或多脈沖復合；

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(diào)節(jié)需要的工藝參數(shù)，電弧離子鍍靶源（3）采用高熔點或低熔點的純金屬或多元合金材料，可以使用單個靶、多個靶或復合靶；進行純金屬薄膜、不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜、多元多層、超晶格、具有納米多層或梯度結(jié)構(gòu)的薄膜；弧電源（2）輸出的電流值為10~300A，弧電源（2）輸出直流、單脈沖、直流脈沖復合或多脈沖復合；通過多級磁場電源（5）調(diào)節(jié)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(wěn)定產(chǎn)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，電弧離子鍍靶源（3）和多級磁場裝置（4）通過水冷方式避免工作過程中的溫度升高問題；

開啟正偏壓電源（7），對內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）保持直流正偏壓，調(diào)整輸出電壓，使內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）對大顆粒進行吸引，對沉積離子進行排斥，減少等離子體在管內(nèi)傳輸過程中的損耗，提高等離子體的傳輸效率和薄膜的沉積速度；內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）可以配合多級磁場裝置（4）設(shè)計擋板上孔的類型、大小和擋板的間距，擋板通過螺栓連接和利用螺母進行位置固定，便于拆解組裝和清理污染物；內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）與多級磁場裝置（4）之間活動絕緣裝配在一起，內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）可以視表面污染程度及時拆卸清理和安裝，避免了無襯板狀態(tài)下多級磁場裝置（4）的管內(nèi)壁污染和難于清理的問題，內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）的多孔擋板間距和多級磁場裝置（4）的各級磁場長度相配合，內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）多孔擋板的外徑略小于多級磁場裝置（4）的內(nèi)徑；內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）多孔擋板中的孔徑大小、類型根據(jù)不同靶材和工藝參數(shù)進行選擇，通過內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）多孔擋板中的孔徑大小、類型變化及各級擋板的結(jié)構(gòu)組合，可以實現(xiàn)對大顆粒的機械阻擋屏蔽；內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）的材料可選擇無磁性、耐清理的304不銹鋼材料，可根據(jù)需要選擇合適的厚度、孔徑的大小、類型和各級擋板的結(jié)構(gòu)布局，按照實際設(shè)計參數(shù)加工即可；正偏壓電源（7）的電壓參數(shù)為0 ~ +200V，為直流電壓，在沉積過程中可以對大顆粒缺陷產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的吸引，大大減少大顆粒通過多級磁場裝置（4）到達薄膜表面的機率；

內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板的多級磁場電弧離子鍍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(fā)出的脈沖電壓和電流波形，通過調(diào)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沉積靶材在薄膜中的比例，實現(xiàn)對等離子體能量的調(diào)節(jié)；

內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）通過施加正偏壓可以對大顆粒進行有效吸引，對沉積離子進行排斥，減少等離子體在管內(nèi)傳輸過程中的損耗，進一步提高電弧等離子體的傳輸效率和薄膜的沉積速度；多級磁場過濾裝置可以通過磁力線保證電弧等離子體的高效傳輸，改變大顆粒缺陷的運動路徑來消除電弧等離子體中的大顆粒缺陷；內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）可以通過自身結(jié)構(gòu)實現(xiàn)機械阻擋屏蔽效應(yīng)，限制大顆粒缺陷的運動路徑來消除電弧等離子體中的大顆粒缺陷；通過脈沖偏壓參數(shù)進行調(diào)整，包括幅值、脈沖寬度和頻率實現(xiàn)對電弧等離子體能量的調(diào)節(jié)和對殘留的大顆粒缺陷進行消除；所制備薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能可以通過脈沖偏壓參數(shù)進行調(diào)整，利用脈沖偏壓的幅值、脈沖寬度和頻率實現(xiàn)高能離子對薄膜生長的釘扎效應(yīng)，改善薄膜生長的晶體組織和應(yīng)力狀態(tài)，提高結(jié)合強度；所制備的薄膜避免了大顆粒缺陷，薄膜晶體組織更加致密，可以進一步提高薄膜的力學性能；

步驟三、可以結(jié)合采用傳統(tǒng)直流磁控濺射、脈沖磁控濺射、傳統(tǒng)電弧離子鍍和脈沖陰極弧與直流偏壓、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(jié)構(gòu)的薄膜；

反復執(zhí)行步驟一至步驟二，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(jié)構(gòu)的薄膜；

內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板的多級磁場電弧離子鍍方法可以在多孔型擋板裝置中利用施加的正偏壓對大顆粒進行吸引，有效避免低熔點材料所產(chǎn)生的大顆粒問題；同時對沉積離子進行排斥，減少等離子體在多孔型擋板間傳輸過程中的損耗，提高等離子體的傳輸效率和薄膜的沉積速度；內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）孔徑的大小、類型變化和各級擋板間的結(jié)構(gòu)組合，可以實現(xiàn)對大顆粒缺陷的機械阻擋屏蔽，減少大顆粒通過多孔型擋板裝置到達沉積樣品表面的概率；內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）可以實現(xiàn)快速拆卸安裝，避免了無襯板狀態(tài)下多級磁場裝置（4）的管內(nèi)壁污染清理的問題；通過調(diào)整工件上所施加負偏壓參數(shù)，有利于改善靶基之間等離子體的區(qū)間電勢分布，充分吸引復合等離子體向工件運動，實現(xiàn)薄膜的快速沉積；同時還利用電弧離子鍍技術(shù)的產(chǎn)生穩(wěn)定持續(xù)、離化率高的金屬等離子體，有利于高離化率離子在工件表面的化學合成反應(yīng)，制備不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜、多元多層、超晶格和具有梯度結(jié)構(gòu)的薄膜或純金屬薄膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板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，該方法可以單套或者2套以上的的電弧離子鍍靶源（3）、多級磁場裝置（4）和內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板裝置（6）組合的內(nèi)襯正偏壓多孔型擋板的多級磁場電弧離子鍍方法組合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，然后反復執(zhí)行步驟二和步驟三，如此反復，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(jié)構(gòu)的薄膜。