[發明專利]一種運用離化原子團簇結合HIPIMS技術制備高質量薄膜的方法

在審

• 申請號: 201811277352.6
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109402555A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 張克偉;秦文斌;林朝宗;李宏霞
• 申請（專利權）人: 昆山益固納米科技有限公司
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/46
• 代理公司: 蘇州科仁專利代理事務所(特殊普通合伙) 32301
• 代理人: 周斌;陸彩霞

1.一種運用離化原子團簇結合HIPIMS技術制備高質量薄膜的方法，其特征在于，采用HIPIMS技術的同時利用離化原子團簇轟擊靶材從而制備高質量薄膜的物理氣相沉積方法；成倍提升HIPIMS技術的成膜沉積速率，以制備得到性能優良的高質量薄膜，通過原子原子團簇裝置將惰性氣體團簇化然后經離子裝置離化引出，在電場，磁場作用下轟擊靶材，或將原子團簇氣體直接通入靶材附近，利用高功率電源使原子團簇電離，使靶材粒子在基板上參與反應，制備得到薄膜，具體包括以下步驟：

步驟1，將載體基材進行清洗并干燥

利用超聲波清洗5步法，將載體基材清洗5~15分鐘，然后用氮氣槍吹干；

步驟2，載體基材預處理

將步驟1清洗干燥后的載體基材放于真空室中，用離化原子團簇轟擊載體基材表面，對載體基材的表面進行濺射清潔、活化和平坦化預處理；

步驟3，載體基材表面打底

將步驟2預處理后的載體基材根據基材的材質與所鍍薄膜的種類與性質在基材表面濺射需要的金屬薄膜、非金屬薄膜，以及漸變的目標化合物薄膜的過渡層結構；

步驟4，薄膜的制備

在步驟3打底后的載體基材表面，通過團簇離化裝置引入離化原子團簇粒子，使用HIPIMS電源，視基材與薄膜的性能施加一定的偏壓，離化的原子團簇轟擊靶材，在載體基材表面上不斷形成核生長，實現薄膜的濺射生長，從而在載體基材表面制備得到所需的薄膜材料。

2.根據權利要求1所述的一種運用離化原子團簇結合HIPIMS技術制備高質量薄膜的方法，其特征在于，所述步驟1中超聲波清洗5步法，包括去離子水-酒精-丙酮-酒精-去離子水5步，具體過程為：首先將基體材料放入盛有去離子水的干凈的燒杯或其他容器中，然后將容器放置于超聲波清洗機中，清洗8min~12min，取出基材放于盛有酒精的燒杯中，重復上述步驟，直至整個清洗過程完成。

3.根據權利要求1所述的一種運用離化原子團簇結合HIPIMS技術制備高質量薄膜的方法，其特征在于，所述步驟2中濺射清潔、活化及的平坦化預處理的時，偏壓為500V~800V，腔體壓力0.2Pa~1.0Pa，轟擊10min~20min。

4.根據權利要求1所述的一種運用離化原子團簇結合HIPIMS技術制備高質量薄膜的方法，其特征在于，所述步驟3中的金屬薄膜和非金屬薄膜均為一層或多層，其中金屬薄膜為常見的金屬材料，包括但不限于Ti、Cr、Al、W、Cu、Zn等其他金屬材料；非金屬薄膜材料包括但不限于Si、石墨等其他材料；金屬、非金屬薄膜均不限于一種材料可以是幾種材料的組合。

5.根據權利要求1所述的一種運用離化原子團簇結合HIPIMS技術制備高質量薄膜的方法，其特征在于，所述步驟3中打底過程總共用時5min~20min，需要施加偏壓時，偏壓選用0~800V。

6.根據權利要求1所述的一種運用離化原子團簇結合HIPIMS技術制備高質量薄膜的方法，其特征在于，所述步驟4中的團簇離化裝置包括原子原子團簇裝置（1）、離化裝置（2）、腔體（3）、靶材（31）和基板（4），所述原子原子團簇裝置（1）和離化裝置（2）通過螺栓結合在一起后固定于預留的某一靶材位置，并通過螺栓固定連接于腔體（3）外部，所述靶材（31）通過螺栓固定于陰極系統中，陰極系統再通過螺栓固定于腔體（3）內固定的靶材（31）位置，所述基板（4）通過特定的掛具固定在腔體（3）內的轉盤上，可以實現同時自轉與公轉，且轉速可調，所述基板（4）和靶材（31）之間的距離在10cm~40cm范圍內，所述腔體（3）的內壁上根據實際需求在設計之初預留出相應的靶材（31）位置，靶材（31）位置為2N個，且對稱分布或按照靶材（31）實際數量將腔體（3）內壁均分為若干份，每個靶材（31）位置的尺寸根據實際應用中陰極的尺寸確定，其中每套陰極系統中都固有HIPIMS電源的接線柱（32、33、34、35），所述原子團簇裝置（1）的輸入端連接有團簇源氣體通道（11），所述原子團簇裝置（1）與離化裝置（2）的連接處設置有噴嘴（12）。