一种磁控溅射镀膜系统及利用其制备高纯度靶膜的方法技术方案

本发明专利技术属于合金镀膜技术领域，涉及一种磁控溅射镀膜系统及利用其制备高纯度靶膜的方法。所述的磁控溅射镀膜系统包括镀膜腔室、用于向镀膜腔室提供磁控溅射载气氩气的氩气提供系统、用于对镀膜腔室进行抽真空处理的抽真空系统，镀膜腔室中包括溅射靶、可通过电机带动旋转的转盘、位于转盘上的样品架，溅射靶可向正对其的样品架上安装的基片进行磁控溅射镀膜，其中所述的溅射靶为多个，分别为不同金属或不同组成比例合金的溅射靶。用本发明专利技术的磁控溅射镀膜系统及利用其制备高纯度靶膜的方法，可在基片上镀制不同成分、含量的金属膜或合金膜。

Magnetron sputtering coating system and method for preparing high purity target film by using the same

The invention belongs to the technical field of alloy coating, relating to a magnetron sputtering coating system and a method for preparing a high purity target film by using the magnetron sputtering coating system. A magnetron sputtering system comprises a coating chamber, for argon argon gas to provide a magnetron sputtering coating chamber providing system for vacuum pumping system, vacuum treatment of coating chamber, coating chamber includes a sputtering target, can be driven by a motor rotation of the turntable, is located in the sample holder on the turntable, the sputtering target may by magnetron sputtering coating to the substrate on which the installation on the sample holder, wherein the sputtering target for multiple, respectively as the sputtering target of different metals or alloy composition. The magnetron sputtering coating system of the invention and the method for preparing a high-purity target film by using the same can be plated with metal film or alloy film with different compositions and content on the substrate.

【技术实现步骤摘要】
一种磁控溅射镀膜系统及利用其制备高纯度靶膜的方法
本专利技术属于合金镀膜
，涉及一种磁控溅射镀膜系统及利用其制备高纯度靶膜的方法。
技术介绍
靶特性是中子管的重要参数之一，直接影响中子管产额、寿命、稳定性等指标。氚靶是中子管的关键部件。中子管在工作过程中，离子源将氘气电离，氘离子经加速电极加速后打到氚靶上，与氚靶中吸附的氚发生反应产生中子。氚靶材料钛具有吸氢同位素特性，在一定气压下的氘氚混合气中，钛可选择性吸附氘和氚。将已吸附一定摩尔比氘氚的钛置于真空环境中，在加热条件下可选择性的释放氘和氚。此选择性可定义为如下式(1)所示的氘氚分离系数α。α＝(T/D)solid/(T/D)gas(1)式(1)中(T/D)solid表示固相中氚和氘的摩尔比，(T/D)gas表示释放的混合气体中氚和氘的摩尔比。当α＞1时，氚靶材料在一定条件下倾向于保留氚而释放氘；反之当0＜α＜1时，氚靶材料在一定条件下倾向于释放氚而吸收氘。中子管仪器的使用条件决定了中子管用氚靶材料在运行工况下，氘氚分离系数应满足α＞1。钛钼合金是广泛使用的中子发生器用氚靶材料，在钼底衬上沉积钛形成薄膜，可吸附氢同位素，尤其在一定条件下，可以吸入高浓度的氚。文献表明，钛钼合金的氘氚分离系数α与合金中钼计量数(即钼原子数量百分比)有关，钼计量数越小，吸氚能力越强。例如在Ti∶Mo＝1∶2时，氘氚分离系数α可达1.87，但该合金的吸氚容量只能达到1.31(Q/Ti)；适当减少Mo含量，使Ti∶Mo＝2∶1，氘氚分离系数α为1.61，合金的吸氚容量可达2.4。但钛钼合金中的钛是一种活泼金属，在空气中容易吸附氧气、二氧化碳等气体，在表面形成碳氧污染，从而严重影响钛膜的吸氚速率以及吸氚容量。磁控溅射法是真空镀膜技术之一，广泛应用于镀制钛金属膜和钛合金膜。磁控溅射技术的原理是：在与溅射靶表面平行的方向施加磁场，利用电场与磁场的垂直相互关系，使靶面发射的电子在靶附近作螺旋运动，并与环境中的氩气(Ar)分子发生碰撞。若电子能量足够，则将电离出Ar+和另一个电子，其中Ar+在电场作用下飞向阴极(即溅射靶)并轰击靶面，使靶材原子溅射出来，最终沉积到基片表面，形成薄膜。磁控溅射工艺条件稳定，靶材的溅射速率稳定，可通过时间控制实现膜厚的控制，所制膜层附着性好、致密、纯度较高。利用磁控溅射技术，为镀制满足要求的钛钼合金膜，一般在镀膜机中同时安装一块固定成分比的钛钼合金靶和一块镍靶，利用钛钼合金靶在基片上溅射一层钛钼合金膜，然后利用镍靶在合金膜表面溅射一层保护性镍膜。一般情况下，该方法只能镀制固定成分比的钛钼合金膜，若需要制备不同组分的钛钼合金膜，则需更换相应的钛钼合金靶。利用磁控溅射法制备高纯度合金靶膜需要满足如下几个条件：1.溅射靶纯度高；2.基片表面清洁；3.磁控溅射载气(Ar)纯度高；4.镀膜腔室极限真空度高(文献报导的镀膜腔室极限真空度一般在1×10-3～2×10-4Pa之间)。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种磁控溅射镀膜系统，以可在基片上镀制不同成分、含量的金属膜或合金膜。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其包括镀膜腔室、用于向镀膜腔室提供磁控溅射载气氩气的氩气提供系统、用于对镀膜腔室进行抽真空处理的抽真空系统，镀膜腔室中包括溅射靶、可通过电机带动旋转的转盘、位于转盘上的样品架，溅射靶可向正对其的样品架上安装的基片进行磁控溅射镀膜，其中所述的溅射靶为多个，分别为不同金属或不同组成比例合金的溅射靶。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的镀膜腔室的外壁材料为不锈钢，且不锈钢内外表面经过离子抛光处理。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的镀膜腔室外壁为球形，采用高真空刀口法兰密封。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的氩气提供系统包括氩气纯化器，用于提高进入镀膜腔室的氩气的纯度。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的各溅射靶有独立挡板，以防止单一溅射靶溅射过程中，溅射金属原子打到其他溅射靶上。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的溅射靶为4个，分别为钛靶、钼靶、强磁镍靶和钛钼合金靶。在一种更加优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的钛钼合金靶中钼原子数量百分比为5-15％。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的样品架的数量为4个，均匀对称的分布在所述的转盘上。在一种更加优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中每个样品架上可安装的基片数量为1-6个。在一种更加优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的样品架为可通过电机带动自转的样品架，以使样品架上安装的各基片可以正对溅射靶。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的镀膜腔室中还包括安装在样品架上的加热块，用于对样品架上安装的基片进行加热烘烤除气，除去基片表面吸附的杂质。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的镀膜腔室中还包括氩离子枪，用于喷射氩气清洁基片表面。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种磁控溅射镀膜系统，其中所述的磁控溅射镀膜系统还包括真空度测量仪，用于对镀膜腔室中的真空度进行监测。本专利技术的第二个目的提供一种利用前述磁控溅射镀膜系统制备高纯度靶膜的方法，以可在基片上镀制不同成分、含量的金属膜或合金膜。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种利用前述磁控溅射镀膜系统制备高纯度靶膜的方法，所述的方法包括如下步骤(其中第(2)步和第(3)步可重复)：(1)将镀膜腔室利用抽真空系统进行抽真空，以达到磁控溅射镀膜所需要的真空度；(2)电机带动转盘旋转，使样品架上安装的基片对准需要镀相应膜的溅射靶；(3)操作溅射靶，在氩气气氛下向其正对的样品架上的基片进行溅射镀膜。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种利用前述磁控溅射镀膜系统制备高纯度靶膜的方法，其中步骤(1)中还对样品架上的基片进行450℃高温烘烤，并在镀膜系统首次使用时或长时间不用后将镀膜腔室整体经过最高温度为200℃的高温烘烤，充分除气。本专利技术的有益效果在于，用本专利技术的磁控溅射镀膜系统及利用其制备高纯度靶膜的方法，可在基片上镀制不同成分、含量的金属膜或合金膜。且还可通过提高基片表面清洁度、载气氩气纯度和/或镀膜腔室真空度(可达到2.0×10-6Pa)，以提高镀膜纯度。附图说明图1为示例性的本专利技术的磁控溅射镀膜系统的组成图。图2为利用示例性的本专利技术的磁控溅射镀膜系统制备的多层镀膜中元素深度分析结果图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作出进一步的说明。示例性的本专利技术的磁控溅射镀膜系统的组成如图1所示，包括镀膜腔室1(又包括球形外壁9和安装在其内部的溅射靶5、转盘6、样品架7、氩离子枪8、加热块)、用于向镀膜腔室1提供磁控溅射载气氩气的氩气提供系统、用于对镀膜腔室1进行抽真空处理的抽真空系统、用于对镀膜腔室1中的真空度进行监测的真空度测量仪4。溅射靶5共有四个，均匀分布在球形的镀膜腔室1的下半球，分别为钛靶、钼靶、强磁镍靶和钛钼合金靶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁控溅射镀膜系统，包括镀膜腔室、用于向镀膜腔室提供磁控溅射载气氩气的氩气提供系统、用于对镀膜腔室进行抽真空处理的抽真空系统，镀膜腔室中包括溅射靶、可通过电机带动旋转的转盘、位于转盘上的样品架，溅射靶可向正对其的样品架上安装的基片进行磁控溅射镀膜，其特征在于：所述的溅射靶为多个，分别为不同金属或不同组成比例合金的溅射靶。

【技术特征摘要】
1.一种磁控溅射镀膜系统，包括镀膜腔室、用于向镀膜腔室提供磁控溅射载气氩气的氩气提供系统、用于对镀膜腔室进行抽真空处理的抽真空系统，镀膜腔室中包括溅射靶、可通过电机带动旋转的转盘、位于转盘上的样品架，溅射靶可向正对其的样品架上安装的基片进行磁控溅射镀膜，其特征在于：所述的溅射靶为多个，分别为不同金属或不同组成比例合金的溅射靶。2.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜系统，其特征在于：所述的镀膜腔室的外壁材料为不锈钢，且不锈钢内外表面经过离子抛光处理；所述的镀膜腔室外壁为球形，采用高真空刀口法兰密封。3.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜系统，其特征在于：所述的氩气提供系统包括氩气纯化器，用于提高进入镀膜腔室的氩气的纯度。4.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜系统，其特征在于：所述的溅射靶为4个，分别为钛靶、钼靶、强磁镍靶和钛钼合金靶。5.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜系统，其特征在于：所述的样品架的数量为4个，均匀对称的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘城淋，杨洪广，占勤，刘振兴，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11