耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及薄膜制备领域，具体地说是一种耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，用以提高薄膜的沉积速率和沉积均匀性，减少靶材大颗粒的发射，提高靶材刻蚀均匀性。本实用新型专利技术电弧离子镀沉积装置设有两套磁场发生装置，一套放置于靶材后面，另一套放置于真空室内，通过两套耦合的磁场发生装置产生的耦合磁场辅助对基体进行沉积。本实用新型专利技术通过两套耦合的磁场发生装置产生的耦合磁场，解决了传统工艺等离子在传输空间分布的不均匀性，提高了薄膜的沉积速率和沉积均匀性。同时可以减少靶材颗粒的发射和薄膜中大颗粒的含量，提高薄膜质量，拓展了制备工艺参数的范围，为制备不同性能的薄膜提供条件。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及薄膜制备领域，具体地说是一种耦合磁场辅助的电弧离子镀 沉积装置，用以提高薄膜的沉积速率和沉积均句性，减少靶材大颗粒的发射，提 高耙材刻蚀均匀性。
技术介绍
电弧离子镀是工业4tm生产以及科学研究中最重要的技术之一，由于其结构简单，离化率高(70%-80%)，入射粒子能量高，绕射性好，可实现低温沉积等 一系列优点，使电弧离子镀技术得到快速发展并获得广泛应用，展示出很大的经 济效益和工业应用前景。真空电弧放电是低压大电流放电，真空电弧的行为被阴极表面许多快速游动， 高度明亮的阴极斑点所控制。阴极斑点及弧根的运动决定了整个电弧的运动，相 邻弧斑的次第燃起和熄灭构成了弧斑的运动。尽管对弧斑内部结构的过程还没有 确切的了解，但是为了更好的提高沉积薄膜的质量和有效的利用靶材，提高放电 稳定性，必须对弧斑的运动以及等离子体的传输进行合理的控制。目前的电弧离子镀技术主要是在靶材附近施加磁场来控制弧斑的运动，来提 高放电稳定性和靶材刻蚀率。主要有在小尺寸圆柱靶下加轴向磁场，大的平面靶 施加拱形磁场。由于电弧离子镀主要靠靶面上的阴极斑点的放电来沉积所需薄膜 的，因此是一种点状源，这些传统的单纯在靶面附近施加磁场的方法虽然可以有 效地控制弧斑在靶面的运动,但是并没有解决等离子在传输空间分布的不均匀性， 同时，随着磁场强度的增加，造成了部分离子随着靶材周围磁场的分布运动而流 失，造成了基体处离子密度的下降。而且长时间的刻蚀容易在靶面上形成刻蚀轨 道，造成靶材刻蚀的不均匀。电弧离子镀技术虽然有很多优点，但是由于电弧离子镀中大颗粒的存在，严 重影响了涂层和薄膜的性能和寿命。因此有关如何解决阴极电弧镀中大颗粒问题 对阴极电弧的发展影响很大，成为后期发展的主要论题，也成为限制电弧离子应用范围的主要因素。目前应用较多的是磁过滤技术，但是磁过滤技术降低了等离 子的传输效率，降低了沉积速率，同时需要增加额外的设备，成本高。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新型的耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置， 用以提高薄膜的沉积速率和沉积均匀性，减少薄膜中大颗粒的含量，提高薄膜质 量，减少靶材大颗粒的发射，提高靶材刻蚀均匀性。为了实现上述目的，本技术的技术方案是本技术耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，电弧离子镀沉积装置设有两 套磁场发生装置， 一套放置于靶材后面，另一套放置于真空室内，通过两套耦合 的磁场发生装置产生的耦合磁场辅助对基体进行沉积。所述的耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，放置于靶材后面的磁场发生装置 为在中间安装镀镍纯铁的电磁线圈或者环形7乂磁体。所述的耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，放置于真空室内的磁场发生装置 为一个耦合增强磁场线圈，耦合增强磁场线圈放置于真空室内的基体一侧或另一所述的耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，放置于真空室内的磁场发生装置 为两个耦合增强磁场线圈，耦合增强磁场线圈分别放置于真空室内的基体一侧或 两侧。所述的耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，放置于真空室内的靶材外周设置 有导磁环。所述的耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，放置于真空室的磁场发生装置产 生的磁场极性与放置于靶材后面的磁场发生装置产生的磁场极性相同。所述的耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，电磁线圈的电流形式是直流、交 流或者脉冲的，电流大小通过调压电源调节。所述的耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，电磁线圈与靶材同轴，电磁线圈 的位置可调，通过调节电磁线圈电流的大小来调节磁感应强度的大小，通过调节 电流的方向来改变磁极的方向。本技术采用电弧离子镀沉积装置通过乾材对基体进行沉积，磁场发生装 置为两套， 一套放置于靶材后面，主要用以控制弧斑的运动，另外一套放置于真 空室内，主要用以约束等离子体的传输，提高传输效率和基体附近的离子密度，改善基体附近离子分布的均勻性，达到提高薄膜沉积速率和沉积均匀性的目的。 两套磁场装置配合使用，形成从耙材到基体分布的耦合磁场，达到一种远离平衡 态的沉积条件，提高沉积薄膜的质量。本技术的磁场发生装置有以下特点1. 放置于靶材后面的磁场发生装置尺寸小于靶材直径(常规64mm),直接 浸泡在循环冷却水中，可以使用可调节电流大小的电磁线圈或者使用环形永磁体, 本技术中使用的电磁线圈中间固定有镀镍纯铁，用来提高磁感应强度，镀镍 的目的是防止纯铁生锈，降低磁感应的强度。使用的环形永磁体是钕铁硼磁性材 料，磁性强。靶材周围套有导磁环，用以增加靶面横向磁场的分量的强度，提高 弧斑的运动速度。2. 放置于靶材后面的磁场发生装置使用中间固定高导磁的镀镍纯铁的电磁 线圈可以通过调节线圈电流的大小来调节磁感应强度的大小，通过调节电流的方 向来改变磁极的方向。使用钕铁硼环形永磁体可以通过改变永磁体与乾材的位置 来调节磁场的强度，磁极的位置不易更换。条件允许的情况下推荐使用前者，前 者可以改善传统的沉积工艺，通过提高磁场强度减少颗粒发射，通交变电流可以 使得弧斑在整个靶面均勾刻蚀，提高靶材利用率。后者在冷却水中长时间浸泡容 易退磁。3. 放置于真空室的磁场发生装置尺寸大沐据样品的尺寸制作)，使用的是 QZY-2高温漆包线缠绕的电磁线圈，线圈外面缠绕耐高温的玻璃丝布。线圈引线 使用的是高温线，并套有瓷管进行保护。线圈与靶材同轴，线圈的位置可以调节, 可以通过调节线圈电流的大小来调节磁感应强度的大小，通过调节电流的方向来 改变磁极的方向。4. 放置于真空室的磁场发生装置可以由一个电磁线圈或者两个电磁线圈组 成。为了达到不同的目的，样品摆放的位置可以调节。对于一个线圈的装置，样 品可以放置于线圈的后面、线圈的中间、线圈的前面，由于磁力线的位形不一样， 可以达到制备不同性能的薄膜。对于两个线圈的装置，样品可以放置于两个线圈 的后面、两个线圈的中间、两个线圈的前面。5. 放置于真空室的磁场发生装置产生的磁场极性与放置于靶材后面的磁场 发生装置产生的磁场极性相同，对于真空室内只有一个线圈的情况，磁极按 S-N-S-N或者N-S-N-S分布，对于真空室内有两个线圈的情况，磁极按S-N-S-N-S-N或者N-S-N-S-N-S分布。线圈的极性可以通过调节电流的方向来改 变。6.放置于真空室的磁场发生装置与放置于靶材后面的磁场发生装置的磁场 可以单独调节或者共同调节；为了达到不同的沉积效果，电磁线圈的电流形式可以是直流，交流或者脉冲的，电流大小可以通过调压电源调节；本技术的耦 合磁场辅助沉积装置配合施加在样品上脉冲偏压共同使用，可以扩大调节参数的 范围，为制备不同性能的薄膜提供条件。 本技术具有以下优点1. 本技术通过两套耦合的磁场发生装置产生的耦合磁场，解决了传统电 弧离子镀工艺中等离子在传输空间分布的不均匀性，提高了薄膜的沉积速率和沉 积均匀性。同时可以减少靶材颗粒的发射和薄膜中大颗粒的含量，提高薄膜质量。 拓展了制备工艺参数的范围，为制备不同性能的薄膜提供条件。2. 本技术中放置于靶材后面的磁场发生装置产生的磁场可以控制弧斑 的运动，通过增加线圈电流的大小配合耙材周围的导磁环，可以提高乾面横向磁 场分量的大小，提高弧斑的运动速度，减少大颗粒的发射，通过改变线圈电流的 形式，比如通交流电，可以使弧斑在整个乾本文档来自技高网...

【技术保护点】
耦合磁场辅助电弧离子镀沉积装置，其特征在于：电弧离子镀沉积装置设有两套磁场发生装置，一套放置于靶材后面，另一套放置于真空室内，通过两套耦合的磁场发生装置产生的耦合磁场辅助对基体进行沉积。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖金泉，郎文昌，孙超，宫骏，杨英，赵彦辉，杜昊，闻立时，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]