一種純離子真空電弧鍍膜設(shè)備的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本實(shí)用新型涉及材料表面鍍膜領(lǐng)域，具體涉及一種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/BQο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】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種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，且不會(huì)對(duì)其他電器元件的運(yùn)行造成影響。
[0004]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:
[0005]—種純離子真空電弧鍍膜設(shè)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(nèi)設(shè)置的在其表面進(jìn)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(shè)置有環(huán)形絕緣墊板，環(huán)形絕緣墊板內(nèi)設(shè)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(shè)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(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。另夕卜，通過設(shè)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(nèi)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(hù)周期，提高生產(chǎn)效率和沉積較厚的納米薄膜。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖8為環(huán)形擋板的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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(dǎo)致沉積速率下降。
[0018]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如圖1、4、5、6、7、8所示，一種純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，包括陰極靶材40、接地陽極30、過濾器20和真空腔室內(nèi)設(shè)置的在其表面進(jìn)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(shè)置有環(huán)形絕緣墊板11，環(huán)形絕緣墊板11內(nèi)設(shè)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(shè)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(zhì)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(zhì)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(duì)石墨材質(zhì)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(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)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(shè)置環(huán)形絕緣墊板11。環(huán)形絕緣墊板11在使用時(shí)，環(huán)形絕緣墊板11的內(nèi)環(huán)壁面是完全裸露在等離子體的移動(dòng)通道內(nèi)，因此，當(dāng)?shù)入x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(huì)沉積黏附在環(huán)形絕緣墊板11的內(nèi)環(huán)壁面上，當(dāng)沉積黏附在環(huán)形絕緣墊板11內(nèi)環(huán)壁面上的等離子體逐漸增多，會(huì)形成一層導(dǎo)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?dǎo)體，無法起到絕緣的作用，導(dǎo)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(shí)用新型中還設(shè)置了絕緣擋環(huán)12，通過設(shè)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(nèi)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(hù)周期，提高生產(chǎn)效率和沉積較厚的納米薄膜。
[0021]進(jìn)一步的方案為:環(huán)形絕緣墊板11的內(nèi)環(huán)壁面上開設(shè)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(shè)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(hù):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(nèi)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(hù)，所以環(huán)形絕緣墊板11的絕緣性能得以維持較長時(shí)間，避免環(huán)形絕緣墊板11被熔融燒壞，提高生產(chǎn)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(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(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)的情形使得基片60與-600V偏壓電源相連接，以進(jìn)一步提高薄膜致密性和結(jié)合力。
[0023]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)】
1.一種純離子真空電弧鍍膜設(shè)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(nèi)設(shè)置的在其表面進(jìn)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(shè)置有環(huán)形絕緣墊板，環(huán)形絕緣墊板內(nèi)設(shè)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(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，其特征在于:環(huán)形絕緣墊板的內(nèi)環(huán)壁面上開設(shè)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(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，其特征在于:過濾器為磁場強(qiáng)度1200Gs的過濾器，基片與-600V偏壓電源相連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種純離子真空電弧鍍膜設(shè)備，包括陰極靶材、接地陽極、過濾器和真空腔室內(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(shè)置有環(huán)形絕緣墊板，環(huán)形絕緣墊板內(nèi)設(shè)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(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。另外，通過設(shè)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(nèi)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(hù)周期，提高生產(chǎn)效率和沉積較厚的納米薄膜。
【IPC分類】C23C14/32
【公開號(hào)】CN204982040
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520542572
【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20日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日