一种提高纯离子真空电弧镀膜设备中薄膜沉积速率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高纯离子真空电弧镀膜设备中薄膜沉积速率的方法，具体的操作是在过滤器的管壁上施加正偏压。通过在过滤器的管壁上施加正偏压，使得管道壁处的电势增加，排斥正电荷离子束流，使荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器，从而提高了沉积速率。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
技术介绍
本专利技术涉及材料表面镀膜领域，具体涉及。
技术介绍
在真空阴极电弧等离子体沉积薄膜过程中，为了使薄膜表面均匀、光滑、清洁，提高薄膜的均匀性、致密性、结合力，必须消除等离子体中的大型颗粒和杂质，因此需在阴极靶材和样品基片之间设置管道状的磁场过滤器，在过滤器外壁施加磁场，这样带电粒子在磁场中受到洛仑兹力将沿管壁中心线做螺旋运动，螺旋半径R=MV/BQ。对于等离子体中的所有粒子而言，其运动存在如下三种情况，具体如图1所示: ①、不带电的粒子，无论尺寸大小，由于不受洛仑兹力的影响，在真空过滤管道中做直线运动，沉积在阳极或者过滤管道内壁； ②、较大尺寸的带电颗粒，由于螺旋回旋半径大于过滤器内径，也将沉积在阳极或者过滤管道内壁； ③、较小尺寸的带电离子，螺旋运动半径小于管壁内侧半径，则带电粒子能通过过滤器并沉积在基片表面上。虽然设置过滤器可以提高薄膜的表面光洁度、清洁度、致密性和结合力，但是设置过滤器后溅射靶材的利用率降低，薄膜沉积速率下降，工艺时间增加，设备的运行成本和效率明显降低。目前，为了克服过滤器设置所带来的缺陷，主要采取增大过滤器的磁场强度，虽然可以在一定程度上提高沉积速率，但是增加磁场强度会使得设备成本大大增加，设备维护困难；并且，磁场增大会影响周围其他电气控制元件的正常运行。因此，该方法会给设备的制造、维护带来不便，并影响设备运行的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，其可有效解决上述问题，提高薄膜的沉积速率，且设备的制造成本低，维护简单，不会对其他电器元件的运行造成影响。为实现上述方案，本专利技术采用如下技术方案进行实施: ，其特征在于:其是在过滤器的管壁上施加正偏压。通过在过滤器的管壁上施加正偏压，使得管道壁处的电势增加，排斥正电荷离子束流，使原本荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器，从而提高了沉积速率。【附图说明】图1为纯离子真空电弧镀膜设备的结构示意图；图2为金材料阴极靶材在施加+20V偏压和不施加偏压下情形下的沉积速率比较图； 图3为石墨材料阴极靶材在施加+20V偏压和不施加偏压下情形下的沉积速率比较图； 图4为钛材料阴极靶材在施加+20V偏压和不施加偏压下情形下的沉积速率比较图； 图5为石墨材料阴极靶材在不同磁场强度和偏压条件下的沉积速率图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进一步进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下以新加坡南洋理工大学使用的纯离子真空电弧镀膜设备进行具体说明。纯离子真空电弧镀膜设备的溅射靶材主要是纯金属、金属合金和石墨等，靶材表面被高温高能阴极电弧离化后，主要以正价态的形式存在。因为离子束流载有正电荷，而呈现正电势，管道中心线附近的电势为+5V左右(以石墨靶材，阴极弧电流设置50A为例)，而靠近管壁区间接近0V。由于管道中心的电势比管壁稍高，所以正电荷离子束有向管壁发散的趋势，离子束在过滤器12管道中聚束较难，导致沉积速率下降。本专利技术中，通过在过滤器12的管壁上施加正偏压，使得管道壁处的电势增加，排斥正电荷离子束流，使离子更靠近管道中心，使原本荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器12，从而提高了沉积速率。对如上述纯离子真空电弧镀膜设备，在过滤器12管壁上施加+20V偏压，施加+20V偏压后，管道管壁电势高于管道中心电势，+20V偏压配合管道过滤器12的磁场，使原本荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器12，从而提高了沉积速率。例如针对金、石墨、钛三种阴极靶材11，其在施加+20V偏压和不施加偏压情形下的沉积速率如图2、3、4所示，可见，管壁施加+20V偏压可以显著提高沉积速率。另外该方法不会带来设备运行维护的困难，也不会对过滤器12周围的电器控制元件造成影响，同时，操作时只需增加一个偏压电源与管壁相连接即可，设备的成本低，维护方便。为了使沉积速率得到最大的提高，以下以石墨材料的阴极靶材11进行详细分析，测定不同正偏压和不同磁场强度下的沉积速率，结果如图5所示，由图可知，管壁正偏压施加超过+20V后，薄膜沉积速率增加不再明显，有饱和趋势；过滤器12磁场强度超过1200GS后，薄膜沉积速率增加也不再明显，有饱和趋势；因此，综合考虑整个设备的生产成本和运行稳定性，最为优选在管壁施加+20V偏压、磁场强度1200GS进行溅射镀膜操作。另外，还可以针对相应的情形对基片13施加偏压，以进一步提高薄膜致密性和结合力。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。【主权项】1.，其特征在于:其是在过滤器的管壁上施加正偏压。2.根据权利要求1所述的提高纯离子真空电弧镀膜设备中薄膜沉积速率的方法，其特征在于:其是在过滤器的管壁上施加正偏压使得管道壁上的电势大于管道中心线处的电势。3.根据权利要求2所述的提高纯离子真空电弧镀膜设备中薄膜沉积速率的方法，其特征在于:正偏压的大小为+20V。4.根据权利要求1或2或3所述的提高纯离子真空电弧镀膜设备中薄膜沉积速率的方法，其特征在于:过滤器的磁场强度为1200GS。【专利摘要】本专利技术公开了，具体的操作是在过滤器的管壁上施加正偏压。通过在过滤器的管壁上施加正偏压，使得管道壁处的电势增加，排斥正电荷离子束流，使荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器，从而提高了沉积速率。【IPC分类】C23C14-32【公开号】CN104762604【申请号】CN201510193012【专利技术人】张心凤, 郑杰, 尹辉 【申请人】安徽纯源镀膜科技有限公司【公开日】2015年7月8日【申请日】2015年4月22日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高纯离子真空电弧镀膜设备中薄膜沉积速率的方法，其特征在于：其是在过滤器的管壁上施加正偏压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张心凤，郑杰，尹辉，
申请(专利权)人：安徽纯源镀膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34