一種離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于真空鍍膜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置。該裝置將離子束、磁控濺射兩種鍍膜技術(shù)集成于一個(gè)真空室，通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)鍍膜工位并經(jīng)樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)與鍍膜工位重合完成不破壞真空情況下的復(fù)合鍍膜，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)離子束濺射沉積、離子束輔助沉積、離子束直接沉積、單靶磁控濺射沉積、雙靶磁控濺射聚焦共沉積、雙靶磁控濺射垂直沉積多層膜、離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜等多種鍍膜方式，大大擴(kuò)展了設(shè)備的生產(chǎn)和研究功能。利用該裝置采用離子束磁控濺射兩步法沉積微晶硅薄膜可充分提高微晶硅薄膜的晶化率；同時(shí)可有效減小薄膜與基體間內(nèi)應(yīng)力，增加薄膜與基體間的結(jié)合強(qiáng)度；鍍膜在同一真空室內(nèi)完成，節(jié)約設(shè)備成本。
【專利說(shuō)明】一種離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于真空鍍膜工藝裝備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及磁控濺射和離子束鍍膜方法和裝置領(lǐng)域，并涉及微晶硅薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代薄膜技術(shù)正朝原子分子組裝和復(fù)合化方向發(fā)展，離子束鍍膜和磁控濺射是具有幾十年發(fā)展歷史的薄膜制備技術(shù)，目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中被廣泛使用，如磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)、太陽(yáng)能真空集熱管鍍膜、集成電路互連布線、生物材料表面改性、光學(xué)膜制備、材料芯片制備等。離子束鍍膜技術(shù)包括離子束濺射沉積(IBS)、離子束輔助沉積(IBAD)、離子束直接沉積(IBD)等方法，由于離子束濺射粒子能量較高、離子束具有轟擊注入作用且可用于界面混合，因而有利于提高薄膜粘結(jié)強(qiáng)度和進(jìn)行新材料研究，但離子束鍍膜的沉積速率很低，一般幾個(gè)小時(shí)才能沉積一個(gè)微米，膜層太薄及低的生產(chǎn)效率限制了其應(yīng)用。而磁控濺射鍍膜速率快，但其制備的薄膜與工件之間往往結(jié)合強(qiáng)度較弱，影響其壽命。近年真空鍍膜技術(shù)的發(fā)展有將離子束鍍膜與磁控濺射等多種鍍膜技術(shù)進(jìn)行模塊組合的趨勢(shì)，二者結(jié)合起來(lái)，可以提高制備薄膜的實(shí)用性和增強(qiáng)其研究功能。目前，將離子束技術(shù)和磁控濺射沉積技術(shù)組合在一起的方式主要有兩種，一是采用多室，將兩種方式分別在不同真空室內(nèi)完成(郭東民等 ，一種磁控與離子束復(fù)合濺射沉積系統(tǒng)，ZL 200810228886.X) ; 二是在一個(gè)真空室內(nèi)設(shè)置兩種方式，但主要是采用離子束輔助(或增強(qiáng))磁控濺射沉積的方式進(jìn)行(宋振綸等，一種用于表面防護(hù)的離子束輔助磁控濺射沉積裝置及方法，ZL200810120013.7)，通常離子束技術(shù)只起清洗和輔助轟擊作用，不直接鍍膜，而且用于輔助的離子源須為射頻源或陽(yáng)極層離子源，價(jià)格很高。
[0003]離子束濺射和磁控濺射是兩種不同的物理氣相沉積(P V D)鍍膜技術(shù)，通常所要求的工作氣壓不同，離子束鍍膜通常在10 —2Pa數(shù)量級(jí)氣壓下工作，磁控濺射工作氣壓通常在10 —卜IOPa范圍，因此一般兩者不能同時(shí)工作，除非使用上述特殊離子源。分室實(shí)現(xiàn)離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜，既可以解決兩者工作氣壓不同的問(wèn)題，又可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，但設(shè)備造價(jià)高，占地面積大，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，不適宜于小批量制備和試驗(yàn)研究。而將兩種鍍膜方式集成在一個(gè)真空室中，由于源、靶、臺(tái)需要符合一定的位向關(guān)系，其設(shè)計(jì)布置難度很大。
[0004]本發(fā)明與以上現(xiàn)有真空濺射鍍膜工藝裝置不同，提供了一種集成離子束鍍膜與磁控濺射鍍膜的復(fù)合鍍膜裝置。
[0005]利用上述裝置沉積微晶硅薄膜，既可以克服化學(xué)氣相沉積(CVD)方法帶來(lái)的有毒尾氣處理和金屬離子污染問(wèn)題，又可解決直接采用磁控濺射沉積硅薄膜結(jié)晶度不高的問(wèn)題，特別是極大地節(jié)省了設(shè)備成本。
[0006]硅薄膜被視為薄膜太陽(yáng)能電池的核心材料越來(lái)越引起人們的重視。目前制備的硅薄膜主要是以非晶態(tài)的形式存在，但非晶硅薄膜光伏電池存在轉(zhuǎn)換效率低和由S-W效應(yīng)引起的效率衰退等問(wèn)題，微晶硅薄膜是一種納米硅晶粒鑲嵌在非晶網(wǎng)絡(luò)中的材料，具有較高電導(dǎo)率、較高遷移率的電學(xué)性質(zhì)及優(yōu)良的光學(xué)穩(wěn)定性，制備高晶化率的微晶硅薄膜可以有效克服非晶硅薄膜的不足，并且其制備技術(shù)與非晶硅薄膜完全相容，因此近年來(lái)越來(lái)越多的研究人員開展了微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的研究工作。
[0007]硅薄膜的結(jié)晶性能是制備高質(zhì)量微晶硅薄膜的一個(gè)重要參考指標(biāo)，直接影響硅薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性。早期研究者主要采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)方法制備硅薄膜，Moonsang Kang等人采用ECR CVD方法在襯底溫度300°C，不同氫氣稀釋比(H2/SiH4=0~9)條件下制備非晶娃薄膜(Moonsang Kang, Jaeyeong Kim, Yongseo Koo,et al.Characteristics of a_S1:H films prepared by ECR CVD as a function ofthe H2/SiH4[J].Materials Chemistry and Physics, 1997(51): 152-156)。國(guó)內(nèi)的王永興等人采用常壓CVD方法在45(T520°C襯底溫度下制備氫化非晶硅薄膜(王永興，崔萬(wàn)秋，何笑明，等.常壓CVD淀積非晶硅薄膜的研究[J].武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，13(3): 34-39)。目前國(guó)內(nèi)外非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池普遍是采用CVD法來(lái)制備的，為了提高采用CVD法制備硅薄膜的晶化率，研究者主要從對(duì)沉積的非晶硅薄膜進(jìn)行后處理熱退火和在基體上引入種子層這兩個(gè)方面著手。采用后處理熱退火工藝誘導(dǎo)晶化提高薄膜晶化率，通常是先在基體上制備處于亞穩(wěn)態(tài)的非晶硅薄膜，然后通過(guò)金屬誘導(dǎo)晶化(MIC)，快速熱退火(RTA)，固相晶化(SPC)，激光晶化退火(ELA)等技術(shù)將非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅薄膜，目前這方面的報(bào)道較多。Ebil O等人利用HWCVD方法固定襯底溫度430°C制備非晶硅薄膜，之后米用 Al 誘導(dǎo)娃薄膜晶化(Ebil O, Aparicio R, Birkmire R.Aluminum-1nducedcrystallization of amorphous silicon films deposited by hot wire chemical vapordeposition on glass substrates[J].Thin Solid Films, 2010, 519: 178-183.)。Yuwen Zhao等人首先采用PECVD法在襯底溫度400°C，H2/SiH4=3~10條件下，以0.65~1.23--/s的沉積速率沉積非晶硅薄膜，之后利用脈沖快速熱退火法對(duì)樣品進(jìn)行后處理，制備多晶硅薄膜。處理過(guò)程包括多個(gè)周期，每一個(gè)周期中，先預(yù)加熱到550°C維持60s，緊接著在850°C保溫Is,整個(gè)處理過(guò)程在幾分鐘內(nèi)完成晶化(Yuwen Zhao, Wenjing Wang, Feng Yun,etal.Polycrystalline silicon films prepared by improved pulsed rapid thermalannealing[J].Solar Energy Materials & Solar Cells, 2000, 62: 143-148)。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所黃金英等申請(qǐng)了《制備微晶硅的方法》的專利(專利號(hào):CN1727526A)，利用紫外光輔助熱退火的方法將PECVD法制備的非晶硅薄膜誘導(dǎo)晶化。R.H.Buitrago等人采用PECVD法在Schott AF-37玻璃襯底上于20(T250°C條件下制備非晶娃薄膜，再采用固相晶化法退火處理，退火溫度600-800°C，退火時(shí)間24h(R.H.Buitrago,G.A.Risso, M.Cutrera, et al.Polycrystalline silicon thin film solar cellsprepared by PECVD_SPC[J].International Journal Of Hydrogen Energy, 2008, 33:3522-3525)。但總的說(shuō)來(lái)，對(duì)樣品的后處理一方面使得工藝流程復(fù)雜化，生產(chǎn)成本提高，另一方面，制備的薄膜在后處理過(guò)程中存在誘導(dǎo)金屬層處理不完全及其它雜質(zhì)污染等局限性。
[0008]因此，一些研究者考慮在基體上先引入一層種子層，然后在此種子層表面進(jìn)行鍍膜的工藝手段。北京行者多媒體科技有限公司的李沅民等公開了《微晶硅薄膜的形成方法》(專利號(hào):CN101237005A)，采用先在基板上形成一個(gè)含有晶核的引晶層，再用PECVD方法形成非晶娃薄膜，最后在不小于500個(gè)大氣壓的高壓H2環(huán)境中維持3~10個(gè)小時(shí)制備氫化微晶娃薄膜Jung-Jie Huang等人公開了一種制備微晶娃薄膜的方法(專利號(hào):US2009/0029532A1 )，采用CVD方法沉積了一層微晶硅種子層，然后引入氣體離子轟擊種子層表面，再在轟擊的薄膜表面沉積微晶硅薄膜，處理工藝較簡(jiǎn)單，晶化率提高了 7%。Hsin-Yuan Mao等采用HWCVD方法在襯底溫度350°C，較高氫氣含量百分比(> 90%)條件下先沉積一層微晶硅種子層，隨后在較低氫氣含量百分比下繼續(xù)沉積硅薄膜，相比無(wú)種子層的情況，樣品晶化率獲得了一定的提高(Mao H-Y, Wuu D-S, Wu B-R, etal.Hot-wirechemical vapor deposition and characterization of polycrystalline silicon thinfilms using a two-step growth method[J].Mater Chem Physj 2011，126: 665-668.)?；瘜W(xué)氣相沉積幾乎不可避免地用到了以H2稀釋的SiH4氣體作為源氣體，SiH4是一種無(wú)色易燃有毒氣體，這就決定了使用時(shí)需配備有一套完整的尾氣處理輔助設(shè)備及系統(tǒng)，從而使制造成本大大提升，制備過(guò)程中也存在很大安全隱患。另外，熱絲化學(xué)氣相沉積制備的硅薄膜材料，金屬離子污染問(wèn)題還沒解決。采用物理氣相沉積方法則無(wú)需使用SiH4等有毒氣體，如磁控濺射沉積薄膜具有“低溫”、“高速”兩大特點(diǎn)，且制備過(guò)程易控制，能實(shí)現(xiàn)大面積制膜。為了提高硅薄膜的晶化率，南京航空航天大學(xué)沈鴻烈等人公開了《鋁誘導(dǎo)低溫制備大晶粒多晶硅薄膜的方法》(專利號(hào):CN 101665905A)，采用PVD方法在襯底上沉積非晶硅薄膜、繼續(xù)生成二氧化硅薄膜、再沉積鋁薄膜，得到襯底/a-Si/Si02/Al疊層，在惰性氣氛保護(hù)下于真空退火爐中退火，制備大晶粒多晶硅薄膜的方法。中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所黃添懋等人提出采用磁控濺射方法在玻璃襯底上相繼沉積鋁薄膜、硅薄膜，硅薄膜沉積前，樣品暴露于空氣中一段時(shí)間，形成一層氧化層，制備出Glass/Al/Al203/a_Si結(jié)構(gòu),最后米用快速熱處理工藝制備多晶硅薄膜(專利號(hào):CN101740358A)。另外，日本A.Tabata等人提出采用射頻磁控派射方法，利用layer-by-layer工藝在較高的沉積速率(0.2"0.4nm/s)下提高硅薄膜晶化率，分別采用高氫氣含量百分比(93%)和低氫氣含量百分比(10%)的實(shí)驗(yàn)條件交替沉積，達(dá)到了提高晶化率的目的(Tabata A, Okada K, Suzuoki Y, etal.Control ofcrystallinity and deposition rate of hydrogenated microcrystalline silicon thinfilms prepared by radio frequency magnetron sputtering using layer-by-layergrowth[J].Thin Solid Films, 2005， 491: 148-152.)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0009]本發(fā)明將離子束、磁控濺射兩種鍍膜技術(shù)集成于一個(gè)真空室研制出“多功能離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜設(shè)備”，通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)鍍膜工位并經(jīng)樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)與鍍膜工位重合完成不破壞真空情況下的復(fù)合鍍膜，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)離子束濺射沉積、離子束輔助沉積、離子束直接沉積、單靶磁控濺射沉積、雙靶磁控濺射聚焦共沉積、雙靶磁控濺射垂直沉積多層膜、離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜等多種鍍膜方式，大大擴(kuò)展了設(shè)備的生產(chǎn)和研究功能。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置，正視圖如圖10 (帶局剖)所示，側(cè)視圖如圖11(帶局剖)所示，具體為一個(gè)真空室，真空室頂部設(shè)置有通向真空室內(nèi)的中能注入離子源，真空室左右兩個(gè)側(cè)壁上各設(shè)置有一個(gè)通向真空室內(nèi)的濺射離子源，真空室后壁上方設(shè)置有一個(gè)通向真空室內(nèi)的低能輔助離子源，真空室后壁下方設(shè)置有兩個(gè)與分子泵連通的抽氣管；真空室內(nèi)設(shè)置有樣品臺(tái)，樣品臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與真空室的底部連接；樣品臺(tái)上方設(shè)有兩個(gè)左右對(duì)稱布置的磁控濺射靶頭，磁控濺射靶頭通過(guò)磁控濺射支架與真空室的頂部連接；磁控濺射靶頭上方設(shè)有兩個(gè)左右對(duì)稱布置的離子束轉(zhuǎn)靶。
[0011]所述樣品臺(tái)的圓周上均勻分布有六個(gè)小樣品臺(tái)，離子束鍍膜工位(B)和磁控濺射鍍膜工位(Al、A2)位于樣品臺(tái)的圓周上，通過(guò)樣品臺(tái)公轉(zhuǎn)可將樣品臺(tái)上某個(gè)小樣品臺(tái)與鍍膜工位(Al、A2或B)相重合,如圖12所示。
[0012]離子束鍍膜工位(B)為實(shí)施單靶或雙靶離子束濺射沉積、離子束輔助沉積、或者離子束直接沉積的鍍膜工位。
[0013]磁控濺射鍍膜工位(A)為實(shí)施雙靶磁控濺射聚焦共沉積的鍍膜工位。
[0014]磁控濺射鍍膜工位(Al)或(A2)為實(shí)施單靶磁控垂直濺射沉積的鍍膜工位。
[0015]通過(guò)計(jì)算機(jī)控制樣品臺(tái)(8)公轉(zhuǎn)并分別在磁控濺射鍍膜工位(Al)和(A2)定時(shí)停留，可實(shí)施多層膜沉積。
[0016]離子束鍍膜工位 (B)實(shí)施離子束輔助沉積過(guò)渡層薄膜后，在不破壞真空的情況下，通過(guò)改變工作氣壓，將樣品臺(tái)(8)轉(zhuǎn)至磁控濺射鍍膜工位(A，或Al，或A2)，實(shí)施磁控濺射鍍膜，從而完成離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜。
[0017]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋和說(shuō)明:
本發(fā)明所述的一種離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置，用于實(shí)現(xiàn)上述工藝，它包括:一臺(tái)用于清洗和輔助轟擊的低能離子源，兩臺(tái)用于濺射的離子源，一臺(tái)用于垂直轟擊的中能離子源；兩個(gè)磁控濺射靶；一個(gè)包含水冷和加熱的能公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的六工位樣品臺(tái)，其結(jié)構(gòu)圖示意圖如圖12所示。
[0018]兩臺(tái)濺射離子源呈對(duì)稱布置，可以實(shí)現(xiàn)單源單靶濺射，也可以實(shí)現(xiàn)雙源雙靶聚焦共沉積。
[0019]兩個(gè)磁控濺射靶，可以通過(guò)調(diào)節(jié)靶頭偏轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)垂直濺射，也可以實(shí)現(xiàn)雙靶聚焦共濺射沉積。
[0020]離子束鍍膜與磁控濺射鍍膜不同時(shí)進(jìn)行，其復(fù)合鍍膜通過(guò)樣品臺(tái)公轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，SP首先在離子束鍍膜工位采用離子束鍍膜，然后在不破壞真空的情況下將所鍍膜樣品通過(guò)樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)至磁控濺射鍍膜工位進(jìn)行磁控濺射鍍膜。
[0021]利用上述裝置，提出了一種離子束磁控濺射兩步法制備微晶硅薄膜的方法，包括以下步驟:
(1)離子束鍍膜:離子束鍍膜:用離子束濺射沉積(IBS)或離子束輔助沉積(IBAD)方法在襯底上派射娃祀預(yù)沉積一層娃同質(zhì)過(guò)渡層，所述娃同質(zhì)過(guò)渡層厚度為50 nm~200nm ;離子束濺射沉積(IBS)是指用離子束濺射硅靶材沉積硅薄膜的方法，離子束輔助沉積(IBAD)是指用離子束濺射沉積硅薄膜的同時(shí)，用中能離子束對(duì)硅薄膜進(jìn)行輔助轟擊的方法；
(2)磁控濺射鍍膜:采用磁控濺射在所述硅同質(zhì)過(guò)渡層上沉積硅薄膜:具體控制參數(shù)為:襯底溫度為300°C~500°C，氫氣體積濃度:50%~95%，濺射工作氣壓0.5 Pa~10Pa。
[0022]步驟(1)中所述離子束為能量為1.0keV~3.5keV，束流為20mA~80mA的離子束；所述中能離子束為能量為IOkeV~50keV，束流為2mA~8mA的中能離子束。
[0023]步驟(1)中所述的襯底的材料為玻璃或鐵。
[0024]步驟(1)和(2)中所述硅靶的材料包括多晶硅和單晶硅。
[0025]步驟(2)中所述磁控濺射包括脈沖、射頻或中頻磁控濺射。[0026]步驟(1)和步驟(2)在同一真空室中進(jìn)行，即首先在離子束鍍膜工位采用離子束鍍膜，然后在不破壞真空的情況下將所鍍膜樣品通過(guò)樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)至磁控濺射鍍膜工位進(jìn)行磁控濺射鍍膜。
[0027]該方法采用離子束技術(shù)在襯底表面預(yù)沉積硅同質(zhì)過(guò)渡層，再采用磁控濺射沉積的方法制備微晶硅薄膜，通過(guò)同質(zhì)過(guò)渡層對(duì)異質(zhì)材料襯底表面進(jìn)行改性并控制表面粗糙度以誘導(dǎo)硅薄膜晶化，實(shí)現(xiàn)了原位晶化，該過(guò)程可在同一真空室內(nèi)完成；同時(shí)在有效減小薄膜與基體間內(nèi)應(yīng)力，增加薄膜與基體間的結(jié)合強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，充分提高了薄膜的晶化率。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
(1)離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置將磁控濺射和離子束技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，磁控濺射靶頭可調(diào)節(jié)角度，并配備直流、射頻、脈沖等多種電源，樣品臺(tái)可公轉(zhuǎn)掃描，經(jīng)過(guò)單獨(dú)或組合完成多種方式鍍膜，既可鍍單質(zhì)、合金和化合物膜，又可鍍多層膜，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備“多功能化”。
[0029](2)離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置配置有濺射、低能清洗和中能轟擊離子源，并與磁控濺射靶集成在同一個(gè)真空室中，盡管兩者不能同時(shí)工作，但通過(guò)樣品臺(tái)掃描可在不破壞真空的情況下實(shí)現(xiàn)離子束和磁控濺射的復(fù)合鍍膜，充分發(fā)揮離子束表面改性功能且鍍膜粘結(jié)牢固和磁控濺射鍍膜速率快的優(yōu)勢(shì)，將沉積硅薄膜的兩步工藝在同一真空室中進(jìn)行，工藝操作簡(jiǎn)單，極大地降低了設(shè)備成本。
[0030](3)由于離子束濺射粒子具有比磁控濺射粒子更高能量，特別是采用20keV以上的中能Ar+離子束輔助轟擊，具有注入效應(yīng)，沉積的過(guò)渡層與襯底結(jié)合緊密，從而明顯增加薄膜與基體間的結(jié)合強(qiáng)度。
[0031](4)采用磁控濺射方法沉積微晶硅，無(wú)需使用SiH4等有毒氣體及配備一套完整的尾氣處理輔助設(shè)備及系統(tǒng)，從而使制造成本大大降低。
[0032](5)相比于直接在基體上采用磁控濺射方法沉積硅薄膜，通過(guò)本發(fā)明裝置采用離子束磁控濺射兩步法沉積的微晶硅薄膜，其晶化率明顯提高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是拉曼光譜的分峰擬合圖；
圖2是70%氫氣體積濃度下制備樣品的XRD圖；
圖3是70%氫氣體積濃度下制備樣品的Raman圖；
圖4是80%氫氣體積濃度下制備樣品的XRD圖；
圖5是80%氫氣體積濃度下制備樣品的Raman圖；
圖6是90%氫氣體積濃度下制備樣品的XRD ；
圖7是90%氫氣體積濃度下制備樣品的Raman圖；
圖8是160W條件下引入過(guò)渡層制備樣品的XRD圖；
圖9是IOPa氣壓條件下制備樣品的Raman圖；
圖10是本發(fā)明所述離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置正視圖(帶局剖)；
圖11是本發(fā)明所述離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置側(cè)視圖(帶局剖)；
圖12是鍍膜工位示意圖；
其中，I為真空室，2為中能注入離子源，3為低能輔助離子源，4為磁控濺射支架，5為磁控濺射靶頭，6為離子束轉(zhuǎn)靶，7為濺射離子源，8為樣品臺(tái)，9為轉(zhuǎn)軸，10為抽氣管，Al和A2為磁控濺射鍍膜工位，B為離子束鍍膜工位。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明。
[0035]實(shí)施例1:
一種離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置，如圖10、圖11所示，具體為一個(gè)真空室(1)，真空室頂部設(shè)置有通向真空室內(nèi)的中能注入離子源(2)，真空室左右兩個(gè)側(cè)壁上各設(shè)置有一個(gè)通向真空室內(nèi)的濺射離子源(7)，真空室后壁上方設(shè)置有一個(gè)通向真空室內(nèi)的低能輔助離子源(3)，真空室后壁下方設(shè)置有兩個(gè)與分子泵連通的抽氣管(10);真空室內(nèi)設(shè)置有樣品臺(tái)(8)，樣品臺(tái)(8)通過(guò)轉(zhuǎn)軸(9)與真空室的底部連接；樣品臺(tái)(8)上方設(shè)有兩個(gè)左右對(duì)稱布置的磁控濺射靶頭(5)，磁控濺射靶頭(5)通過(guò)磁控濺射支架(4)與真空室的頂部連接；磁控濺射靶頭(5 )上方設(shè)有兩個(gè)左右對(duì)稱布置的離子束轉(zhuǎn)靶(6 )。
[0036]所述樣品臺(tái)(8)的圓周上均勻分布有六個(gè)小樣品臺(tái)，離子束鍍膜工位(B)和磁控濺射鍍膜工位(Al、A2)位于樣品臺(tái)的圓周上，通過(guò)樣品臺(tái)公轉(zhuǎn)`可將樣品臺(tái)上某個(gè)小樣品臺(tái)與鍍膜工位(Al、A2或B)相重合,如圖12所示。
[0037]實(shí)施例2:` 用實(shí)施例1所述的裝置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種離子束磁控濺射兩步法制備微晶硅薄膜的方法:
脈沖磁控濺射沉積微晶硅薄膜，靶材為多晶硅，本底真空< l--10_4Pa，氫氣體積濃度為
70%。
[0038]脈沖磁控濺射沉積微晶硅薄膜，靶材為多晶硅，本底真空< I X 10-4Pa,氫氣體積濃度為70%。
[0039]采用普通載玻片為基體，依次經(jīng)丙酮、酒精超聲清洗，烘干后裝入離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜設(shè)備真空室內(nèi)的樣品臺(tái)上，鍍膜前用低能離子束轟擊清洗其表面15min。然后采用離子束輔助沉積硅同質(zhì)過(guò)渡層，厚度為68nm，即在用能量為2.5keV的Ar+離子束濺射多晶Si靶的同時(shí)，用另一束能量為30keV的Ar+離子束進(jìn)行輔助轟擊。沉積過(guò)渡層后，在不破壞真空的情況下，將樣品臺(tái)通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置從離子束鍍膜工位轉(zhuǎn)到磁控濺射鍍膜工位，采用脈沖磁控濺射沉積Si薄膜，磁控濺射鍍膜工藝為:襯底溫度為300°C，濺射工作氣壓4Pa，功率180W，脈沖頻率28kHz，占空比60%。
[0040]采用X射線衍射儀和激光共焦拉曼光譜儀(激光光源為氦氖激光器，波長(zhǎng)633nm)進(jìn)行樣品的結(jié)晶性能分析。附圖2是硅薄膜XRD圖譜，附圖3是硅薄膜的拉曼圖譜，由圖2、3可知，未引入同質(zhì)過(guò)渡層沉積的硅薄膜完全呈非晶態(tài)，在Raman譜的480CHT1處出現(xiàn)典型峰包；而引入同質(zhì)過(guò)渡層后，硅薄膜的XRD和Raman峰型明顯變尖銳，半高寬變窄，由謝樂公式可知晶粒尺寸存在增大趨勢(shì)，說(shuō)明硅薄膜已部分晶化。對(duì)拉曼光譜進(jìn)行分峰擬合(見圖1)，并運(yùn)用公式
【權(quán)利要求】
1.一種離子束磁控濺射復(fù)合鍍膜的裝置，其特征是，具體為一個(gè)真空室(I)，真空室頂部設(shè)置有通向真空室內(nèi)的中能注入離子源(2)，真空室左右兩個(gè)側(cè)壁上各設(shè)置有一個(gè)通向真空室內(nèi)的濺射離子源(7)，真空室后壁上方設(shè)置有一個(gè)通向真空室內(nèi)的低能輔助離子源(3)，真空室后壁下方設(shè)置有兩個(gè)與分子泵連通的抽氣管(10);真空室內(nèi)設(shè)置有樣品臺(tái)(8)，樣品臺(tái)(8)通過(guò)轉(zhuǎn)軸(9)與真空室的底部連接；樣品臺(tái)(8)上方設(shè)有兩個(gè)左右對(duì)稱布置的磁控濺射靶頭(5)，磁控濺射靶頭(5)通過(guò)磁控濺射支架(4)與真空室的頂部連接；磁控濺射靶頭(5)上方設(shè)有兩個(gè)左右對(duì)稱布置的離子束轉(zhuǎn)靶(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述樣品臺(tái)(8)的圓周上均勻分布有六個(gè)小樣品臺(tái)，離子束鍍膜工位(B)和磁控濺射鍍膜工位(A、A1、A2)位于樣品臺(tái)的圓周上，通過(guò)樣品臺(tái)公轉(zhuǎn)可將樣品臺(tái)上某個(gè)小樣品臺(tái)與鍍膜工位(A、Al、A2或B)相重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，離子束鍍膜工位(B)為實(shí)施單靶或雙靶離子束濺射沉積、離子束輔助沉積、或者離子束直接沉積的鍍膜工位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，磁控濺射鍍膜工位(A)為實(shí)施雙靶磁控濺射聚焦共沉積的鍍膜工位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，磁控濺射鍍膜工位(Al)或(A2)為實(shí)施單靶磁控垂直濺射沉積的鍍膜工位。`
【文檔編號(hào)】C23C14/46GK103774104SQ201310576275
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月1日
【發(fā)明者】周靈平, 朱家俊, 彭坤, 李德意, 楊武霖, 李紹祿 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)