專利名稱：閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉 及一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，主要應用于高離化率的反應磁控濺射鍍膜領域。
背景技術：
磁控濺射作為一種低溫、高速的鍍膜方式被廣泛應用于電子、機電、儀表、航天等各個領域。磁控濺射所鍍薄膜的性能分為二大類一種是功能性薄膜，另一種是裝飾性薄膜；其中最重要的是功能性薄膜，功能性薄膜對成膜過程中的離化率指標要求很高，現有的磁控濺射鍍膜方式的離化率不能滿足某些功能性薄膜的要求，這樣就限制了磁控濺射的應用范圍。磁控濺射的基本原理是在一定的真空下(10_2pa)，向鍍膜室內充入工作氣體到特定的真空度(I(T1Pa),然后給磁控祀施加幾百伏的負電壓；由于磁控祀本身有磁場,在磁控靶與鍍膜室之間形成了一個正交的電磁場，鍍膜室中的游離電子在正交電磁場的作用下向正極(鍍膜室)加速行進，在行進過程中與工作氣體碰撞，把工作氣體電離，產生正離子和電子，正尚子在電場的作用下與祀材撞擊，祀材原子被撞擊出來，沉積在工件上，電子繼續(xù)電離工作氣體。這個過程稱為濺射，磁控靶本身的磁場控制電子沿著磁力線螺旋形運動，來增加電子的行進路程，從而提高電子與工作氣體的碰撞次數；電子行進路程越長、電子的數量越多，磁控靶的離化率就越高；這種靶表面帶有正交電磁場的濺射叫做磁控濺射，這種靶叫磁控靶。磁控靶是磁控濺射鍍膜設備的核心，磁控靶的磁場布置和磁路設計是各個鍍膜企業(yè)的核心技術。目前，現有的磁控濺射鍍膜設備的磁控靶及磁路設計如圖I所示，從圖I中可以看出磁控靶的磁路設計相同，每個磁控靶參與濺射的電子在能量耗盡后就直接落到陽極鍍膜室上面；電子的利用率低，離化率自然也低。現有提高磁控濺射鍍膜設備的離化率的方法有I、在設備中增加燈絲組件，由燈絲組件為磁控靶提供更多的電子，由于有更多的電子參與到磁控靶的濺射當中，從而提高了磁控靶的離化率；但由于燈絲組件發(fā)射電子的能力有限，所以該種方法對離化率的提高幫助非常有限；2、在設備中增加離子源，由離子源電離工作氣體，直接為磁控靶提供大量的正離子，該種方法極大的提高了磁控靶的離化率；但是由于需要單獨配備離子源和與之配套的電源，而離子源和配套的電源價格很高，整套設備操作復雜。

發(fā)明內容
針對現有的磁控濺射鍍膜設備離化率偏低的問題，本發(fā)明提供一種離化率高的閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備。為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案，一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，包括鍍膜室、鍍膜室門、工件轉架、圓柱磁控靶、充氣系統(tǒng)、靶擋板及真空抽氣口，所述鍍膜室門通過鉸鏈固定在鍍膜室上，在所述鍍膜室的外壁上設有真空抽氣口，在鍍膜室的下蓋上設有工件轉架，在鍍膜室的上蓋上設有圓柱磁控靶和充氣系統(tǒng)，所述工件轉架與偏壓電源相連接；其特點是，所述圓柱磁控靶的設置數量為大于或等于4的偶數個，圓柱磁控靶磁鐵的磁極面向被鍍工件設置，并使各圓柱磁控靶之間形成閉合的磁回路；其中，奇數圓柱磁控靶磁鐵的磁極是N-S-N，偶數圓柱磁控靶磁鐵的磁極是S-N-S，或者奇數圓柱磁控靶磁鐵的磁極是S-N-S，偶數圓柱磁控靶磁鐵的磁極是N-S-N。所述奇數圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場強度在6000 8000高斯范圍內，N極磁鐵的磁場強度在4000 6000高斯范圍內。所述奇數圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場強度為6500高斯或7500高斯，N極磁鐵的磁場強度為4500高斯或5500高斯。所述偶數圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場強度在6000 8000高斯范圍內，S極磁鐵的磁場強度在4000 6000高斯范圍內。所述偶數圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場強度為6500高斯或7500高斯，S極磁鐵的磁場強度為4500高斯或5500高斯。為了阻擋靶材濺射出來的靶材原子，在所述鍍膜室的上蓋上設有靶擋板。如圖2和圖3所示，對于單個圓柱磁控靶而言，磁力線從N極出發(fā)回到S極，形成一個封閉的磁場；對于相鄰的圓柱磁控靶而言，I號靶、3號靶的左右磁鐵是N極面向靶材，2號靶、4號靶的左右磁鐵是S極面向靶材，由于每個圓柱磁控靶采用的是非平衡磁場，其多余的磁力線就從I號靶、3號靶的N極出發(fā)回到2號靶和4號靶的S極，這樣就在I到4號靶之間，由磁力線形成了一個封閉的圓環(huán)即閉合磁場；對于單個圓柱磁控靶而言，采用非平衡磁場，所以這種濺射方式是閉合磁場非平衡磁控濺射。本發(fā)明的有益效果I、本發(fā)明的單個圓柱磁控靶的磁場采用非平衡磁場設計對于所述奇數圓柱磁控祀S極磁鐵的磁場強度在6000 8000高斯范圍內，N極磁鐵的磁場強度在4000 6000高斯范圍內，如無特殊要求，S極磁鐵的磁場強度為6500高斯或7500高斯，N極磁鐵的磁場強度為4500高斯或5500高斯；對于偶數圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場強度在6000 8000高斯范圍內，S極磁鐵的磁場強度在4000 6000高斯范圍內，如無特殊要求，N極磁鐵的磁場強度為6500高斯或7500高斯，S極磁鐵的磁場強度為4500高斯或5500高斯；對于單個圓柱磁控祀而言,磁力線從N極出發(fā)回到S極，自己形成一個封閉的磁場，由于N、S極的磁場強度不同，每個圓柱磁控靶本身的磁場是不平衡的，即奇數圓柱磁控靶S極磁場有剩余，偶數圓柱磁控靶N極磁場有剩余；2、本發(fā)明的整個設備的圓柱磁控靶之間由磁力線形成閉合的磁回路由于單個的圓柱磁控靶本身磁場是不平衡的，對于相鄰的圓柱磁控靶而言，I號靶、3號靶剩余的磁力線就從I號靶、3號靶的N極出發(fā)回到2號靶和4號靶的S極，這樣在I到4號靶之間，由磁力線形成了一個封閉的圓環(huán)。I號靶到4號靶之間的磁場相互連接，形成一個閉合磁場，這樣在磁控派射過程中，電子就在這個閉合磁場的控制下，沿著磁力線螺旋運動，在一個圓柱磁控靶參與濺射后，在電場的作用下又來到相鄰的圓柱磁控靶參與 濺射，直到電子的能量完全耗盡后，落到陽極(鍍膜室)上，電子的行進路程提高了 2 3倍，這樣就最大限度的電離工作氣體，從而提高了磁控濺射的離化率；由于離化率的提高，使在成膜過程中有更多的離子轟擊膜層，使膜層的附著力、膜層質量有大幅度的提高；這就是閉合磁場非平衡磁控派射；3、本發(fā)明的圓柱磁控靶的布置方式靈活多樣圖2、3所示只是本發(fā)明的一種應用形式，只要圓柱磁控靶的數量是大于或等于4的偶數，即4個、6個、8個、10個等都可以應用本發(fā)明；4、被鍍工件的溫升低由于電子是耗盡能量后才脫離濺射區(qū)域，電子與被鍍工件撞擊時的能量與普通的磁控濺射相比要低很多，被鍍工件的溫升只有幾十度，這對一些對溫度敏感的被鍍工件是至關重要的。


圖I是現有的磁控濺射鍍膜設備的結構示意圖；圖2是本發(fā)明采用圓周鍍膜方式的結構示意圖；圖3是本發(fā)明采用直線鍍膜方式的結構示意圖；圖4是本發(fā)明的一個實施例的結構示意圖；圖中1_被鍍工件，2-靶材，3-磁鐵，4-磁力線，5-電子，6_鍍膜室，7鍍膜室門，8-工件轉架，9-圓柱磁控靶，10-充氣系統(tǒng)，11-靶擋板，12-真空抽氣口。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的解釋說明如圖4所示，一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，包括鍍膜室6、鍍膜室門7、工件轉架8、圓柱磁控靶9、充氣系統(tǒng)10、靶擋板11及真空抽氣口 12，所述鍍膜室門7通過鉸鏈固定在鍍膜室6上，在所述鍍膜室6的外壁上設有真空抽氣口 12，在鍍膜室6的下蓋上設有工件轉架8，在鍍膜室6的上蓋上設有圓柱磁控靶9和充氣系統(tǒng)10，所述工件轉架8與偏壓電源相連接，偏壓電源、工件轉架8和圓柱磁控靶9構成了離子清洗轟擊系統(tǒng)；所述圓柱磁控靶9的設置數量為大于或等于4的偶數個，圓柱磁控靶9磁鐵的磁極面向被鍍工件I設置，并使各圓柱磁控靶9之間形成閉合的磁回路；其中，奇數圓柱磁控靶9磁鐵的磁極是N-S-N，偶數圓柱磁控靶9磁鐵的磁極是S-N-S，或者奇數圓柱磁控靶9磁鐵的磁極是S-N-S,偶數圓柱磁控靶9磁鐵的磁極是N-S-N。為了阻擋靶材2濺射出來的靶材原子，在所述鍍膜室6的上蓋上設有靶擋板11。所述奇數圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場強度為6500高斯或7500高斯，N極磁鐵的磁場強度為4500高斯或5500高斯；所述偶數圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場強度為6500高斯或7500高斯，S極磁鐵的磁場強度為4500高斯或5500高斯。所述充氣系統(tǒng)10為現有技術，其包括質量流量計、質量流量計控制器、截止閥及
管路等。所述靶材2設置在圓柱磁控靶9磁鐵的四周。下面結合

本發(fā)明的一次使用過程首先，拉開鍍膜室門7，將不銹鋼管或不銹鋼板安裝在工件轉架8上，關閉鍍膜室門7，然后通過真空抽氣口 12對鍍膜室6抽真空；達到規(guī)定的真空度后，工件轉架8開始旋轉，同時通過充氣系統(tǒng)10向鍍膜室6內充工作氣體；達到規(guī)定的真空度后，開啟偏壓電源，在圓柱磁控靶9和工件轉架8之間施加1-1000伏的電壓。由于工作氣體被電離而產生輝光放電，在圓柱磁控靶9和工件轉架8之間形成等離子區(qū)，產生具有較低動能的正離子，正離子在電場的作用下轟擊被鍍工件1，對被鍍工件I進行離子轟擊清洗；清洗結束后，通過充氣系統(tǒng)10向鍍膜室6內通反應氣體；達到規(guī)定真空度后，在圓柱磁控靶9和工件轉架8之間施加幾百伏的負電壓，圓柱磁控靶9處于負電位，在圓柱磁控靶9和工件轉架8之間形成等離子體區(qū)，等離子體區(qū)的正離子轟擊圓柱磁控靶9，將所需要的靶材2原子濺射出來，靶材2原子與被電離的反應氣體發(fā)生反應，然后沉積在被鍍工件I上。本實施例共有六套圓柱磁控靶9，根據太陽能吸收膜層的需要，分別開啟不同圓柱磁控靶9，在被鍍工件I上沉積不同材質的膜層，這些不同材質的膜層共同組成所需要的太陽能吸收膜層。待最后一層膜層沉積完畢后，向鍍膜室6中充大氣，開啟鍍膜室門7，將被鍍工件I從工件轉架8上取下來，開始下一個工作循環(huán)。

目前國內普遍應用的是玻璃管太陽能熱水器，最高耐溫200°C，而使用太陽能發(fā)電，要求水溫至少達到400°C，這就要求在不銹鋼板或不銹鋼管上鍍太陽能吸收層?，F有的太陽能吸收層在400°C下無法長期工作，解決的辦法是在現有膜層的最外層鍍高純度的二氧化硅。但是現有的磁控濺射鍍膜設備的離化率不夠，需要增加離化源，這樣就大幅度的增加了設備的投資和操作復雜性。應用本發(fā)明后，在不增加設備投資的情況下，成功的在不銹鋼上鍍出了耐高溫的太陽能吸收層。樣品在500°C加熱爐內加熱4小時后，膜層沒有任何變化，達到了實際應用的要求。
權利要求
1.一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，包括鍍膜室、鍍膜室門、工件轉架、圓柱磁控靶、充氣系統(tǒng)、靶擋板及真空抽氣口，所述鍍膜室門通過鉸鏈固定在鍍膜室上，在所述鍍膜室的外壁上設有真空抽氣口，在鍍膜室的下蓋上設有工件轉架，在鍍膜室的上蓋上設有圓柱磁控靶和充氣系統(tǒng)，所述工件轉架與偏壓電源相連接；其特征在于所述圓柱磁控靶的設置數量為大于或等于4的偶數個，圓柱磁控靶磁鐵的磁極面向被鍍工件設置，并使各圓柱磁控靶之間形成閉合的磁回路；其中，奇數圓柱磁控靶磁鐵的磁極是N-S-N，偶數圓柱磁控靶磁鐵的磁極是S-N-S，或者奇數圓柱磁控靶磁鐵的磁極是S-N-S，偶數圓柱磁控靶磁鐵的磁極是N-S-N。
2.根據權利要求I所述的一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，其特征在于所述奇數圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場強度在6000 8000高斯范圍內，N極磁鐵的磁場強度在4000 6000高斯范圍內。
3.根據權利要求2所述的一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，其特征在于所述奇 數圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場強度為6500高斯或7500高斯，N極磁鐵的磁場強度為4500聞斯或5500聞斯。
4.根據權利要求I所述的一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，其特征在于所述偶數圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場強度在6000 8000高斯范圍內，S極磁鐵的磁場強度在4000 6000高斯范圍內。
5.根據權利要求4所述的一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，其特征在于所述偶數圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場強度為6500高斯或7500高斯，S極磁鐵的磁場強度為4500聞斯或5500聞斯。
6.根據權利要求I所述的一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，其特征在于在所述鍍膜室的上蓋上設有靶擋板。
全文摘要
一種閉合磁場非平衡磁控濺射鍍膜設備，主要應用于高離化率的反應磁控濺射鍍膜領域。本發(fā)明包括鍍膜室、鍍膜室門、工件轉架、圓柱磁控靶、充氣系統(tǒng)、靶擋板及真空抽氣口，鍍膜室門通過鉸鏈固定在鍍膜室上，在鍍膜室的外壁上設有真空抽氣口，在鍍膜室的下蓋上設有工件轉架，在鍍膜室的上蓋上設有圓柱磁控靶和充氣系統(tǒng)，工件轉架與偏壓電源相連接；其特點是圓柱磁控靶的設置數量為大于或等于4的偶數個，圓柱磁控靶磁鐵的磁極面向被鍍工件設置，并使各圓柱磁控靶之間形成閉合的磁回路；奇數圓柱磁控靶的磁極是N-S-N，偶數圓柱磁控靶的磁極是S-N-S，或者奇數圓柱磁控靶的磁極是S-N-S，偶數圓柱磁控靶的磁極是N-S-N。
文檔編號C23C14/00GK102653857SQ201210142280
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權日2012年5月9日
發(fā)明者金廣福 申請人:愛發(fā)科中北真空(沈陽)有限公司