[發(fā)明專利]一種運(yùn)用離化原子團(tuán)簇結(jié)合HIPIMS技術(shù)制備高質(zhì)量薄膜的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811277352.6
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109402555A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張克偉;秦文斌;林朝宗;李宏霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山益固納米科技有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/02
• 分類號(hào): C23C14/02;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/46
• 代理公司: 蘇州科仁專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32301
• 代理人: 周斌;陸彩霞

本發(fā)明公開(kāi)了一種運(yùn)用離化原子團(tuán)簇結(jié)合HIPIMS技術(shù)制備高質(zhì)量薄膜的方法，是利用離化原子團(tuán)簇作為濺射氣體并結(jié)合HIPIMS技術(shù)制備高質(zhì)量薄膜的物理氣相沉積方法，發(fā)揮高功率磁控濺射的成膜特點(diǎn)，并成倍數(shù)提升HIPIMS技術(shù)的成膜沉積速率，以制備得到性能優(yōu)良的高質(zhì)量薄膜，通過(guò)原子團(tuán)簇裝置將惰性氣體團(tuán)簇化然后經(jīng)離子裝置離化引出，在電場(chǎng)，磁場(chǎng)作用下轟擊靶材，使靶材粒子在基板上參與反應(yīng)，制備得到薄膜。解決現(xiàn)有技術(shù)存在的采用傳統(tǒng)PVD法成膜質(zhì)量較差，CVD法生產(chǎn)的薄膜結(jié)合力不佳、力學(xué)性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于PVD 真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種運(yùn)用離化原子團(tuán)簇結(jié)合HIPIMS技術(shù)制備高質(zhì)量薄膜的方法。

背景技術(shù)

在眾多的碳材料中，類金剛石薄膜以其優(yōu)異的性能引起世界范圍的廣泛研究熱潮。類金剛石薄膜主要是由金剛石結(jié)構(gòu)的sp3雜化碳原子和石墨結(jié)構(gòu)的sp2雜化碳原子相互混雜的三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，通常為非晶態(tài)或非晶－納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)。類金剛石碳基薄膜具有高的硬度，優(yōu)異的減摩抗磨性能，高熱導(dǎo)率，低介電常數(shù)，寬帶隙，良好的光學(xué)透過(guò)性以及優(yōu)異的化學(xué)惰性和生物相容性，在航空航天，機(jī)械，電子，光學(xué)，裝飾外觀保護(hù)，生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前制備薄膜的方法主要分為PVD法和CVD法。PVD技術(shù)主要是通過(guò)通入Ar等惰性氣體在電場(chǎng)磁場(chǎng)作用下濺射石墨靶材，根據(jù)使用電源的種類不同又分為中頻、直流、多弧法，HIPIMS法等，前3個(gè)方法制備的DLC膜的硬度較高但膜層表面不夠光滑；雖然HIPIMS方法制備的薄膜膜層致密，表面光滑，但是此方法也存在一些問(wèn)題，如濺射速率慢等問(wèn)題；CVD技術(shù)中PECVD由于具有沉積溫度低、繞射性好等優(yōu)點(diǎn)而成為最常用的制備DLC薄膜的方法之一。在氣體放電等離子體中，由于低速電子與氣體原子碰撞，除了產(chǎn)生正、負(fù)離子外，還會(huì)產(chǎn)生大量的激發(fā)原子、分子等活性基，從而大大增強(qiáng)反應(yīng)氣體的活性。這些活性組分之間容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且在生成反應(yīng)產(chǎn)物的同時(shí)放出反應(yīng)熱。因此，PECVD工藝過(guò)程的低壓非平衡等離子體中，高能粒子為源物質(zhì)粒子提供了能量，不需要額外加熱便可以促使化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，從而降低了宏觀的化學(xué)反應(yīng)溫度，使本來(lái)難以發(fā)生或者反應(yīng)速度很慢的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成為可能，這也就是能在低溫下實(shí)現(xiàn)高溫反應(yīng)的根本原因。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要有以下方面：沉積速率快；基本溫度較低；薄膜均一性好。但是該成膜技術(shù)結(jié)合力不佳。

已公開(kāi)的專利：離化原子團(tuán)簇輔助化學(xué)氣相沉積制備DLC薄膜及其系統(tǒng)，專利號(hào)：CN201710573592.X，采用PECVD技術(shù)制備DLC薄膜工藝中產(chǎn)生的薄膜/基板（022）之間結(jié)合力薄弱、薄膜密度和硬度偏低的問(wèn)題，并進(jìn)一步影響DLC薄膜在刀具和模具等機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域的使用壽命，大幅度改善薄膜的表面平整度和力學(xué)性能尤為關(guān)鍵。以上專利雖然在一定程度上能夠提高PECVD方法制備DLC膜層的結(jié)合力，但是仍然有進(jìn)步空間；此外PECVD技術(shù)制備的DLC薄膜因?yàn)楹琀，而含氫的DLC薄膜在溫度增加到一定程度時(shí)，薄膜中的H原子開(kāi)始逸出，sp3鍵含量降低，薄膜朝石墨化方向轉(zhuǎn)變。加氫后的薄膜的力學(xué)性能不穩(wěn)定，復(fù)雜條件下難以正常穩(wěn)定地工作，不含氫的DLC薄膜的制備具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：提供一種運(yùn)用離化原子團(tuán)簇結(jié)合HIPIMS技術(shù)制備高質(zhì)量薄膜的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)在存在的采用傳統(tǒng)直流，中頻PVD法制備薄膜材料質(zhì)量不佳、CVD法生產(chǎn)的薄膜結(jié)合力不佳、力學(xué)性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種運(yùn)用離化原子團(tuán)簇結(jié)合HIPIMS技術(shù)制備高質(zhì)量薄膜的方法，是利用離化原子的團(tuán)簇結(jié)合HIPIMS轟擊靶材制備高質(zhì)量薄膜的物理氣相沉積方法，發(fā)揮高功率磁控濺射的成膜特點(diǎn)，并成倍提升HIPIMS技術(shù)的成膜沉積速率，以制備得到性能優(yōu)良的高質(zhì)量薄膜，通過(guò)原子團(tuán)簇裝置將惰性氣體團(tuán)簇化然后經(jīng)離子裝置離化引出，在電場(chǎng)，磁場(chǎng)作用下轟擊靶材，或?qū)⒃訄F(tuán)簇氣體直接通入靶材附近，利用高功率電源使原子團(tuán)簇電離，使靶材粒子與反應(yīng)氣體在基板上反應(yīng)，制備得到薄膜。

具體包括以下步驟：

步驟1，將載體基材進(jìn)行清洗并干燥