[發明專利]一種磁控濺射傾斜沉積鍍膜裝置

在審

• 申請號: 201710256926.0
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107142457A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 向勇;劉雯;閆宗楷;彭志;蔣趙聯;吳露
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 閆樹平

技術領域

本發明涉及真空鍍膜技術領域，具體為一種磁控濺射傾斜沉積鍍膜裝置。

背景技術

納米柱是一種高度有序的納米陣列結構。目前，制備納米柱的方法主要有：納米壓印技術、(極)遠紫外光刻、電子/離子束光刻、模板法等手段。

與其他方法相比，模板法制備的納米結構具有相當的靈活性，實驗裝置簡單，操作條件溫和，能夠精確控制納米材料的尺寸、形貌和結構，所以得到廣泛關注。但模板法制備納米結構也存在一些缺點：有機化合物模板需使用有機溶劑去除，這會在一定程度上破壞了納米材料的結構；一些有序納米材料的模板成本較高等。利用模板法制備納米材料，如何去除模板且保證去除工藝不對所制備的納米結構的形貌和性能產生不良影響，是模板法的一大難題。

磁控濺射是一種被廣泛應用的薄膜材料沉積方法。其原理是在真空環境下，利用高壓電場電離惰性氣體，形成由帶正電荷的離子和電子組成的等離子體，其中帶正電荷的離子在電場的作用下高速向陰極靶材表面撞擊，將靶材表面的金屬離子擊出，并逐漸沉積在待鍍基底表面形成薄膜。

傳統的磁控濺射裝置中，待鍍基片與濺射槍以較大傾角相互排列，結合待鍍基片自轉，可實現待鍍基片表面均勻薄膜的沉積。傾斜沉積技術是一種可用于基片表面納米結構制備的新方法，其原理是使濺射材料以與待鍍基片表面較小傾角的方式掠入射沉積在待鍍基片表面，可制備出各種傾斜柱狀納米結構薄膜，制備的納米結構薄膜形狀可以為傾斜柱狀、之字形、v形、螺旋狀和豎直的柱狀結構。傾斜沉積薄膜的生長分為成核和種子的形成階段、薄膜的生長階段。在成核和種子的形成階段，原子入射到襯底上，并在襯底表面凝聚，形成分離的原子團(島或核)。由于沉積原子的在基片表面遷移率很低故不會與領近的孤立核結合，這樣就在襯底上形成了很多“空白”區域(沒有薄膜材料覆蓋的區域)。在薄膜的生長階段，由于入射粒子束以一定的傾斜角度入射到襯底上，核會在襯底上形成幾何陰影，使得入射原子被核捕獲而不能到達陰影區域，這樣隨著薄膜沉積的進行，將會形成垂直基片方向生長的柱狀結構。

如公開號為CN101216567A的中國發明專利《傾斜沉積鍍膜裝置》，根據其公開內容，該傾斜沉積鍍膜裝置結合電子槍蒸發鍍膜，通過不同傾角的楔形塊構造不同沉積角的基片，制備雕塑薄膜。該發明實現一次抽真空過程可同時鍍制不同傾斜角度的雕塑薄膜。但由于電子束蒸發所產生的材料粒子能量較低，造成所制備的薄膜附著力和取向性較差，較難完成單晶等高質量薄膜的制備。

又如公開號CN104109841A的中國發明專利《磁控濺射傾斜沉積鍍膜裝置》，根據其公開內容，引入刻度盤和基片安裝夾具控制基片的傾斜角度。該裝置可以實現多個不同傾角的薄膜樣品制備，實驗效率較高。但由于該裝置將基片架設置在可旋轉基底裝置上，考慮到真空下加熱對設備變形的影響，無法實現真空下沉積過程的熱處理；且該裝置需打開腔體更換待鍍基片，無法保證設備的長時間穩定高真空實驗條件(如實現高真空需額外的長時間抽真空過程)；且需要打開腔體破壞真空更，故限制了設備的使用效率。一般情況下，磁控濺射裝置更換基片和靶材會直接使濺射腔暴露在空氣中，破壞了濺射腔的真空環境，在更換基片和靶材后需要再次對濺射腔進行抽真空操作。抽真空操作耗時耗力，延長了實驗周期，影響了實驗效率。

手套箱是將高純惰性氣體充入箱體內，并循環過濾除去氣氛中氧氣、水分、有機氣體等活性物質，保證手套箱內的水含量、氧含量、真空度等處于一定范圍內，提供穩定操作氣氛的設備。手套箱主要應用在制備鋰離子電池、半導體、超級電容和OLED等領域。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為解決目前磁控濺射傾斜沉積鍍膜裝置中待鍍基片的傾斜角度不連續及鍍膜過程中需多次抽真空的缺點，本發明提供了一種磁控濺射傾斜沉積鍍膜裝置。

一種磁控濺射傾斜沉積鍍膜裝置，包括濺射腔、腔門、手套箱和過渡腔。

所述濺射腔中設有基片轉動電機、旋轉軸、底座、伸縮支架、頂板、加熱臺、基片架、靶槍、靶材和靶材架。

旋轉軸連接底座和基片旋轉電機，底座固定且始終處于水平；伸縮支架連接底座和頂板，伸縮支架至少三個，各伸縮支架的兩端分別固定在底座和頂板的邊緣，且長度可調；頂板的下方連接加熱臺，加熱臺的下方連接基片架，基片架用于放置待鍍基片；頂板的傾斜帶動加熱臺，基片架和待鍍基片同時一致傾斜；靶材架上設置有至少一個靶槍，靶材固定在靶槍頂部；

所述過渡腔中設有傳送基片架和磁力傳送裝置，傳送基片架與磁力傳送裝置連接，用于傳送待鍍基片至濺射腔中；

所述濺射腔、手套箱和過渡腔通過3個腔門實現兩兩連接。