一種純離子真空電弧鍍膜設備的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本實用新型涉及材料表面鍍膜領域，具體涉及一種純離子真空電弧鍍膜設備。
【背景技術】
[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、結合力，必須消除等離子體中的大型顆粒和雜質，因此需在陰極靶材和樣品基片之間設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動，螺旋半徑R=MV/BQο雖然設置過濾器可以提高薄膜的表面光潔度、清潔度、致密性和結合力，但是設置過濾器后濺射靶材的利用率降低，薄膜沉積速率下降，工藝時間增加，設備的運行成本和效率明顯降低。目前，為了克服過濾器設置所帶來的缺陷，主要采取增大過濾器的磁場強度，雖然可以在一定程度上提高沉積速率，但是增加磁場強度會使得設備成本大大增加，設備維護困難；并且，磁場增大會影響周圍其他電氣控制元件的正常運行。因此，該方法會給設備的制造、維護帶來不便，并影響設備運行的穩(wěn)定性。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種純離子真空電弧鍍膜設備，其可有效解決上述問題，提高薄膜的沉積速率，且不會對其他電器元件的運行造成影響。
[0004]為實現上述方案，本實用新型采用如下技術方案進行實施:
[0005]—種純離子真空電弧鍍膜設備，其特征在于:包括陰極靶材、接地陽極、過濾器和真空腔室內設置的在其表面進行鍍膜的基片，陰極靶材為石墨靶材，過濾器的管壁與+20V偏壓電源相連接，接地陽極和過濾器之間設置有環(huán)形絕緣墊板，環(huán)形絕緣墊板內設置有環(huán)形的絕緣擋環(huán)；絕緣擋環(huán)的截面為L形，絕緣擋環(huán)包括環(huán)管和環(huán)管下端外圍設置的環(huán)板，環(huán)板固定在環(huán)形絕緣墊板的下板面與接地陽極的上表面之間，環(huán)管的高度與環(huán)形絕緣墊板的厚度相吻合。
[0006]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。另夕卜，通過設置絕緣擋環(huán)，使得等離子體在激發(fā)后無法直接沉積在環(huán)形絕緣墊板的內環(huán)壁面上，避免環(huán)形絕緣墊板被熔融燒壞和延長環(huán)形絕緣墊板的維護周期，提高生產效率和沉積較厚的納米薄膜。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0008]圖2為石墨材料陰極革El材在施加+20V偏壓和不施加偏壓下的沉積速率比較圖；
[0009]圖3為石墨材料陰極靶材在不同磁場強度和偏壓條件下的沉積速率圖；
[0010]圖4為絕緣擋環(huán)、環(huán)形絕緣墊板在接地陽極和過濾器之間的安裝示意圖；
[0011]圖5為圖4的A處放大示意圖；
[0012]圖6為環(huán)形絕緣墊板和環(huán)形擋板的裝配示意圖；
[0013]圖7為環(huán)形絕緣墊板的結構示意圖；
[0014]圖8為環(huán)形擋板的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本實用新型的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本實用新型進一步進行詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0016]以下以新加坡南洋理工大學使用的純離子真空電弧鍍膜設備進行具體說明。
[0017]純離子真空電弧鍍膜設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，主要以正價態(tài)的形式存在。因為離子束流載有正電荷，而呈現正電勢，管道中心線附近的電勢為+5V左右(以石墨靶材，陰極弧電流設置50A為例)，而靠近管壁附近的電勢接近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，導致沉積速率下降。
[0018]本實用新型采取的技術方案如圖1、4、5、6、7、8所示，一種純離子真空電弧鍍膜設備，包括陰極靶材40、接地陽極30、過濾器20和真空腔室內設置的在其表面進行鍍膜的基片60，陰極靶材40為石墨靶材，過濾器20的管壁與+20V偏壓電源50相連接，接地陽極30和過濾器20之間設置有環(huán)形絕緣墊板11，環(huán)形絕緣墊板11內設置有環(huán)形的絕緣擋環(huán)12 ;絕緣擋環(huán)12的截面為L形，絕緣擋環(huán)12包括環(huán)管121和環(huán)管121下端外圍設置的環(huán)板122，環(huán)板122固定在環(huán)形絕緣墊板11的下板面與接地陽極30的上表面之間，環(huán)管121的高度與環(huán)形絕緣墊板11的厚度相吻合。
[0019]通過在過濾器20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，使原本荷質比較小、螺旋半徑較大的離子也能通過過濾器20，從而提高了沉積速率。如在過濾器20管壁上施加+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20的磁場，使原本荷質比較小、螺旋半徑較大的離子也能通過過濾器20，從而提高了沉積速率。針對石墨材質的陰極靶材40，其在施加+20V偏壓和不施加偏壓情形下的沉積速率如圖2所示，可見，管壁施加+20V偏壓可以顯著提高沉積速率。
[0020]由于陽極接地，在過濾器20管壁施加正偏壓后，必須設計絕緣結構使得過濾器20與接地陽極30之間絕緣，因此在接地陽極30和磁場過濾器20之間設置環(huán)形絕緣墊板11。環(huán)形絕緣墊板11在使用時，環(huán)形絕緣墊板11的內環(huán)壁面是完全裸露在等離子體的移動通道內，因此，當等離子體在陰極靶材40上被激發(fā)后，部分等離子無法避免的會沉積黏附在環(huán)形絕緣墊板11的內環(huán)壁面上，當沉積黏附在環(huán)形絕緣墊板11內環(huán)壁面上的等離子體逐漸增多，會形成一層導電薄膜，從而使環(huán)形絕緣墊板11電阻逐漸變小，絕緣性能下降，甚至從絕緣體變?yōu)閷w，無法起到絕緣的作用，導致環(huán)形絕緣墊板11易被熔融燒壞，影響納米薄膜的純度。因此，本實用新型中還設置了絕緣擋環(huán)12，通過設置絕緣擋環(huán)12，使得等離子體在激發(fā)后無法直接沉積在環(huán)形絕緣墊板11的內環(huán)壁面上，避免環(huán)形絕緣墊板11被熔融燒壞和延長環(huán)形絕緣墊板11的維護周期，提高生產效率和沉積較厚的納米薄膜。
[0021]進一步的方案為:環(huán)形絕緣墊板11的內環(huán)壁面上開設有環(huán)形槽111，環(huán)形槽111沿環(huán)形絕緣墊板11的厚度方向間隔設置，具體如圖5、6、7所示。環(huán)形絕緣墊板11被絕緣擋環(huán)12和環(huán)形槽111雙層保護:電弧等離子體被激發(fā)后，飛向環(huán)形絕緣墊板11方向的等離子體先被絕緣擋環(huán)12有效遮擋，剩余的少部分也只能沉積在環(huán)形絕緣墊板11的內環(huán)壁面的淺槽區(qū)域(圖6中區(qū)域I );由于深槽區(qū)域(圖6中區(qū)域II)得到了很好的保護，所以環(huán)形絕緣墊板11的絕緣性能得以維持較長時間，避免環(huán)形絕緣墊板11被熔融燒壞，提高生產效率和沉積較厚的納米薄膜。
[0022]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40進行詳細分析，測定不同正偏壓和不同磁場強度下的沉積速率，結果如圖3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20磁場強度超過1200GS后，薄膜沉積速率增加也不再明顯，有飽和趨勢；因此，綜合考慮整個設備的生產成本和運行穩(wěn)定性，最為優(yōu)選在管壁施加+20V偏壓、磁場強度1200GS進行濺射鍍膜操作。另外，還可以針對相應的情形使得基片60與-600V偏壓電源相連接，以進一步提高薄膜致密性和結合力。
[0023]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種純離子真空電弧鍍膜設備，其特征在于:包括陰極靶材、接地陽極、過濾器和真空腔室內設置的在其表面進行鍍膜的基片，陰極靶材為石墨靶材，過濾器的管壁與+20V偏壓電源相連接，接地陽極和過濾器之間設置有環(huán)形絕緣墊板，環(huán)形絕緣墊板內設置有環(huán)形的絕緣擋環(huán)；絕緣擋環(huán)的截面為L形，絕緣擋環(huán)包括環(huán)管和環(huán)管下端外圍設置的環(huán)板，環(huán)板固定在環(huán)形絕緣墊板的下板面與接地陽極的上表面之間，環(huán)管的高度與環(huán)形絕緣墊板的厚度相吻合。2.根據權利要求1所述的純離子真空電弧鍍膜設備，其特征在于:環(huán)形絕緣墊板的內環(huán)壁面上開設有環(huán)形槽，環(huán)形槽沿環(huán)形絕緣墊板的厚度方向間隔設置。3.根據權利要求1所述的純離子真空電弧鍍膜設備，其特征在于:過濾器為磁場強度1200Gs的過濾器，基片與-600V偏壓電源相連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種純離子真空電弧鍍膜設備，包括陰極靶材、接地陽極、過濾器和真空腔室內設置的在其表面進行鍍膜的基片，陰極靶材為石墨靶材，過濾器的管壁與+20V偏壓電源相連接，接地陽極和過濾器之間設置有環(huán)形絕緣墊板，環(huán)形絕緣墊板內設置有環(huán)形的絕緣擋環(huán)。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。另外，通過設置絕緣擋環(huán)，使得等離子體在激發(fā)后無法直接沉積在環(huán)形絕緣墊板的內環(huán)壁面上，避免環(huán)形絕緣墊板被熔融燒壞和延長環(huán)形絕緣墊板的維護周期，提高生產效率和沉積較厚的納米薄膜。
【IPC分類】C23C14/32
【公開號】CN204982040
【申請?zhí)枴緾N201520542572
【發(fā)明人】張心鳳, 鄭杰, 尹輝
【申請人】安徽純源鍍膜科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年7月24日