[發(fā)明專利]濺射鍍膜設(shè)備及其電極裝置和鍍膜方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010516230.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN113774342A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宗堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇菲沃泰納米科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

用于一濺射鍍膜設(shè)備的電極裝置，其中所述濺射鍍膜設(shè)備適用于在基材表面鍍膜，其中所述濺射鍍膜設(shè)備包括一用于容置基材與靶材的反應(yīng)腔體，其中所述電極裝置適于安裝于該反應(yīng)腔體，其中所述電極裝置包括：至少一射頻電源，具有預(yù)設(shè)的頻率；至少一射頻驅(qū)動(dòng)電極，其連接于所述射頻電源的輸出端，其中該靶材位于靠近所述射頻驅(qū)動(dòng)電極的位置，其中該基材面向該靶材且相距一定的距離，并形成一濺射空間；以及至少一供磁元件，其中所述供磁元件被設(shè)置于在臨近該靶材的區(qū)域產(chǎn)生至少部分平行于該靶材表面的磁場(chǎng)的位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鍍膜領(lǐng)域，進(jìn)一步涉及一濺射鍍膜設(shè)備及其電極裝置和鍍膜方法。

背景技術(shù)

濺射鍍膜是一種廣泛采用的制備表面涂層的物理氣相沉積方法。目前濺射鍍膜方法為：在反應(yīng)腔室中，利用荷能粒子轟擊靶材料(或靶材)表面，使被轟擊出的粒子沉積在基材表面形成涂層或膜層。與傳統(tǒng)的真空蒸鍍方法相比，濺射鍍膜方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如膜層和基材附著力強(qiáng)，可制取高熔點(diǎn)物質(zhì)薄膜，可進(jìn)行反應(yīng)濺射制取化合物膜等。

目前最簡(jiǎn)單的濺射鍍膜方法是直流二極濺射鍍膜方法。直流二極濺射鍍膜方法采用由一對(duì)陰極和陽(yáng)極組成的輝光放電結(jié)構(gòu)的電極裝置，其中陰極作為濺射靶材料(又稱陰極靶)，待鍍膜的基材置于兩電極間或陽(yáng)極上，在適當(dāng)?shù)臍鈮合?，在該電極裝置的兩電極間施加直流高壓，使反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體放電產(chǎn)生等離子體，其中的離子受陰極電場(chǎng)作用，加速轟擊靶材料，使靶材料表面的粒子濺射出來并沉積在基材表面以形成涂層。但是，由于直流二極濺射鍍膜方法的電極裝置的放電效率較低，從而導(dǎo)致反應(yīng)腔室內(nèi)放電產(chǎn)生的等離子體密度較低，致使由靶材料表面濺射出來的粒子的產(chǎn)額較低(即濺射率較低)，和沉積率較低，使得直流二極濺射鍍膜方法在實(shí)際中已很少使用。

為了提高濺射鍍膜效率，一種直流磁控濺射鍍膜方法在該直流二極濺射鍍膜方法的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。該直流磁控濺射鍍膜方法在該陰極靶背后安裝磁鐵，在陰極附近形成幾百高斯以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，將電子約束在陰極附近，以大幅度提高放電效率，從而提高濺射率和沉積率。

然而，在直流二極濺射鍍膜方法和直流磁控濺射鍍膜方法中，靶材料必須為金屬或?qū)щ姴牧希拍軌蜃鳛殛帢O產(chǎn)生放電反應(yīng)，因此，直流二極濺射鍍膜方法和直流磁控濺射鍍膜方法只能用于制備金屬、合金或?qū)щ娀衔锿繉印Ａ硪环矫?，由于絕緣材料無(wú)法作為陰極產(chǎn)生放電，直流二極濺射鍍膜方法和直流磁控濺射鍍膜方法均無(wú)法用于制備絕緣材料涂層。

為了能夠利用濺射鍍膜方法制備絕緣材料涂層，一種傳統(tǒng)的射頻濺射鍍膜方法，利用射頻放電，在兩電極之間施加射頻電壓以形成射頻電場(chǎng)，絕緣材料作為靶材料被制成薄片固定在射頻驅(qū)動(dòng)電極上，待鍍膜的基材被置于兩電極間或接地電極上。射頻電場(chǎng)穿透絕緣靶材料在兩電極之間放電產(chǎn)生等離子體，并與等離子體共同作用在絕緣靶材料表面形成自偏置效應(yīng)，以加速離子轟擊絕緣靶材料，使絕緣靶材料表面的粒子濺射出來并沉積在基材表面以形成絕緣材料涂層。目前，典型的射頻濺射鍍膜方法采用的電極裝置的射頻頻率為13.56MHz。

與直流二極濺射鍍膜方法類似，該射頻濺射鍍膜方法也存在放電效率較低，等離子體密度較低，致使濺射率較低和沉積率較低的問題。為提高濺射率和沉積率，類似于上述直流磁控濺射鍍膜方法在直流二極濺射鍍膜方法的基礎(chǔ)上的改進(jìn)，一種射頻磁控濺射鍍膜方法由射頻放電與磁控陰極相結(jié)合而成，即該射頻磁控濺射鍍膜方法是在靶材料附近形成強(qiáng)磁場(chǎng)，將射頻電壓加在靶材料上以形成射頻電場(chǎng)，利用射頻放電和強(qiáng)磁場(chǎng)的共同作用，提高放電效率，以提高濺射率和沉積率。

然而，相對(duì)于直流磁控濺射鍍膜方法對(duì)于直流二極濺射鍍膜方法那樣顯著的濺沉積效率的提升，射頻磁控濺射鍍膜方法相對(duì)于射頻濺射鍍膜方法的沉積率的提高相對(duì)較小。換句話說，射頻磁控濺射鍍膜方法并沒有獲得如期的沉積率，在實(shí)際應(yīng)用中，沉積率依然較小。例如，典型的直流磁控濺射鍍膜方法的沉積率為每分鐘幾百納米，而典型的射頻磁控濺射鍍膜方法的沉積率為每分鐘幾納米。如此低的沉積率，嚴(yán)重的限制了射頻磁控濺射鍍膜方法在實(shí)際生產(chǎn)或工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，使得射頻磁控濺射鍍膜方法基本上是在不計(jì)成本的基礎(chǔ)科研中被采用，而無(wú)法大量的投入到工業(yè)生產(chǎn)中。