一種能夠提高薄膜沉積速率的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及材料表面鍍膜領(lǐng)域，具體涉及一種能夠提高薄膜沉積速率的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在真空陰極電弧等離子體沉積薄膜過程中，為了使薄膜表面均勻、光滑、清潔，提高薄膜的均勻性、致密性、結(jié)合力，必須消除等離子體中的大型顆粒和雜質(zhì)，因此需在陰極靶材和樣品基片之間設(shè)置管道狀的磁場過濾器，在過濾器外壁施加磁場，這樣帶電粒子在磁場中受到洛侖茲力將沿管壁中心線做螺旋運(yùn)動(dòng)，螺旋半徑R=MV/BQ。對(duì)于等離子體中的所有粒子而言，其運(yùn)動(dòng)存在如下三種情況，具體如圖1所示:
[0003]①、不帶電的粒子，無論尺寸大小，由于不受洛侖茲力的影響，在真空過濾管道中做直線運(yùn)動(dòng)，沉積在陽極或者過濾管道內(nèi)壁；
[0004]②、較大尺寸的帶電顆粒，由于螺旋回旋半徑大于過濾器內(nèi)徑，也將沉積在陽極或者過濾管道內(nèi)壁；
[0005]③、較小尺寸的帶電離子，螺旋運(yùn)動(dòng)半徑小于管壁內(nèi)側(cè)半徑，則帶電粒子能通過過濾器并沉積在基片表面上。
[0006]雖然設(shè)置過濾器可以提高薄膜的表面光潔度、清潔度、致密性和結(jié)合力，但是設(shè)置過濾器后濺射靶材的利用率降低，薄膜沉積速率下降，工藝時(shí)間增加，設(shè)備的運(yùn)行成本和效率明顯降低。目前，為了克服過濾器設(shè)置所帶來的缺陷，主要采取增大過濾器的磁場強(qiáng)度，雖然可以在一定程度上提高沉積速率，但是增加磁場強(qiáng)度會(huì)使得設(shè)備成本大大增加，設(shè)備維護(hù)困難；并且，磁場增大會(huì)影響周圍其他電氣控制元件的正常運(yùn)行。因此，該方法會(huì)給設(shè)備的制造、維護(hù)帶來不便，并影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠提高薄膜沉積速率的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，其可有效解決上述問題，提高薄膜的沉積速率，且設(shè)備的制造成本低，維護(hù)簡單，不會(huì)對(duì)其他電器元件的運(yùn)行造成影響。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述方案，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施:
[0009]—種能夠提高薄膜沉積速率的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，其特征在于:包括相對(duì)布置的陰極靶材和真空腔室內(nèi)設(shè)置的在其表面進(jìn)行鍍膜的基片，陰極靶材和基片之間設(shè)置管道狀的過濾器，過濾器的管壁與正偏壓電源相連接。
[0010]通過在過濾器的管壁上施加正偏壓，使得管道壁處的電勢增加，排斥正電荷離子束流，使原本荷質(zhì)比較小、螺旋半徑較大的離子也能通過過濾器，從而提高了沉積速率。
【附圖說明】
[0011]圖1為傳統(tǒng)純離子真空電弧鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為金材料陰極靶材在施加+20V偏壓和不施加偏壓下情形下的沉積速率比較圖；
[0014]圖4為石墨材料陰極靶材在施加+20V偏壓和不施加偏壓下情形下的沉積速率比較圖；
[0015]圖5為鈦材料陰極靶材在施加+20V偏壓和不施加偏壓下情形下的沉積速率比較圖；
[0016]圖6為石墨材料陰極靶材在不同磁場強(qiáng)度和偏壓條件下的沉積速率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本實(shí)用新型的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0018]以下以新加坡南洋理工大學(xué)使用的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備進(jìn)行具體說明。
[0019]純離子真空電弧鍍膜設(shè)備的濺射靶材主要是純金屬、金屬合金和石墨等，靶材表面被高溫高能陰極電弧離化后，主要以正價(jià)態(tài)的形式存在。因?yàn)殡x子束流載有正電荷，而呈現(xiàn)正電勢，管道中心線附近的電勢為+5V左右(以石墨靶材，陰極弧電流設(shè)置50A為例)，而靠近管壁區(qū)間接近0V。由于管道中心的電勢比管壁稍高，所以正電荷離子束有向管壁發(fā)散的趨勢，離子束在過濾器12管道中聚束較難，導(dǎo)致沉積速率下降。
[0020]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如圖2所示，通過在過濾器12的管壁上施加正偏壓，使得管道壁處的電勢增加，排斥正電荷離子束流，使離子更靠近管道中心，使原本荷質(zhì)比較小、螺旋半徑較大的離子也能通過過濾器12，從而提高了沉積速率。對(duì)如上述純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，在過濾器12管壁上施加+20V偏壓，施加+20V偏壓后，管道管壁電勢高于管道中心電勢，+20V偏壓配合管道過濾器12的磁場，使原本荷質(zhì)比較小、螺旋半徑較大的離子也能通過過濾器12，從而提高了沉積速率。例如針對(duì)金、石墨、鈦三種陰極靶材11，其在施加+20V偏壓和不施加偏壓情形下的沉積速率如圖3、4、5所示，可見，管壁施加+20V偏壓可以顯著提高沉積速率。另外該方法不會(huì)帶來設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的困難，也不會(huì)對(duì)過濾器12周圍的電器控制元件造成影響，同時(shí)，操作時(shí)只需增加一個(gè)正偏壓電源14與管壁相連接即可，設(shè)備的成本低，維護(hù)方便。
[0021]為了使沉積速率得到最大的提高，以下以石墨材料的陰極靶材11進(jìn)行詳細(xì)分析，測定不同正偏壓和不同磁場強(qiáng)度下的沉積速率，結(jié)果如圖6所示，由圖可知，管壁正偏壓施加超過+20V后，薄膜沉積速率增加不再明顯，有飽和趨勢；過濾器12磁場強(qiáng)度超過1200GS后，薄膜沉積速率增加也不再明顯，有飽和趨勢；因此，綜合考慮整個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)成本和運(yùn)行穩(wěn)定性，最為優(yōu)選在管壁施加+20V偏壓、磁場強(qiáng)度1200GS進(jìn)行濺射鍍膜操作。另外，還可以針對(duì)相應(yīng)的情形對(duì)基片13施加偏壓，以進(jìn)一步提高薄膜致密性和結(jié)合力。
[0022]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種能夠提高薄膜沉積速率的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，其特征在于:包括相對(duì)布置的陰極靶材和真空腔室內(nèi)設(shè)置的在其表面進(jìn)行鍍膜的基片，陰極靶材和基片之間設(shè)置管道狀的過濾器，過濾器的管壁與正偏壓電源相連接；陰極靶材為石墨材料，正偏壓電源為+20V偏壓電源，過濾器為磁場強(qiáng)度1200GS的過濾器；基片施加偏壓；基片位于真空腔室內(nèi)，管道狀的過濾器的內(nèi)腔直徑沿其長度方向?yàn)闄M值，過濾器上只設(shè)置有一個(gè)入口和一個(gè)出口，過濾器的入口和出口呈垂直狀布置，陰極靶材與過濾器的入口相對(duì)應(yīng)布置，基片與過濾器的出口相對(duì)應(yīng)布置。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種能夠提高薄膜沉積速率的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，包括相對(duì)布置的陰極靶材和真空腔室內(nèi)設(shè)置的在其表面進(jìn)行鍍膜的基片，陰極靶材和基片之間設(shè)置管道狀的過濾器，過濾器的管壁與正偏壓電源相連接。通過在過濾器的管壁上施加正偏壓，使得管道壁處的電勢增加，排斥正電荷離子束流，使原先荷質(zhì)比較小、螺旋半徑較大的離子也能通過過濾器，從而提高了沉積速率。
【IPC分類】C23C14/32
【公開號(hào)】CN204939598
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520246388
【發(fā)明人】張心鳳, 鄭杰, 尹輝
【申請(qǐng)人】安徽純?cè)村兡た萍加邢薰?br>【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日