一种沉积装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低熔点以及活泼金属的膜层沉积装置，包括：真空系统、阴极弧头、强脉冲磁场、永磁体阳极筒、磁过滤管及聚焦线包。通过实施本发明专利技术，到达镀膜工件表面的离子方向性好，同时在改进的冷却阴极弧头基础之上能够沉积低熔点的金属，如Zn，Mg，Li等实现电弧镀膜；在真空的保护下也可实现活泼金属，如Na等的表面沉积，弥补了该类低熔点和活泼金属膜层沉积的技术空白。本发明专利技术磁过滤装置在核天体制靶，医药等方面有着广泛的应用前景。

A Deposition Device

The invention discloses a film deposition device for low melting point and active metal, which comprises a vacuum system, a cathode arc head, a strong pulsed magnetic field, a permanent magnet anode cylinder, a magnetic filter tube and a focusing line package. By implementing the present invention, the ion orientation to the surface of the coated workpiece is good, and low melting point metals, such as Zn, Mg, Li, can be deposited on the basis of the improved cooling cathode arc head to realize arc coating; active metals, such as Na, can also be deposited on the surface under vacuum protection, thus filling the technical gaps in the deposition of such low melting point and active metal film. The magnetic filter device of the invention has wide application prospects in nuclear celestial body targets, medicine, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种沉积装置
本专利技术为解决低熔点和活泼金属沉积困难而提出的一种沉积装置。技术背景磁过滤阴极真空弧沉积(filtercathodicvacuumarcdeposition)技术是近年来发展起来的一种新型离子束薄膜制备方法，它通过磁过滤技术，过滤掉弧源产生的大颗粒和中性原子，得到无大颗粒的纯等离子束，不仅有效地克服了普通弧源沉积方法中由于大颗粒的存在而产生的问题，制备的薄膜具有优异的性能。FCVA技术可以制备高质量高性能的薄膜材料，具有很多优点，比如可以在很宽的条件下沉积高品质膜，对金属、合金及化合物有高的沉积速率和良好的薄膜均匀性，可以在低的基体温度下沉积，从而对基底材料的影响很小，利用合金材料作阴极时，能均匀烧蚀，从而可以保持合金成分不变，工作时可以充入反应气体，易于反应生成化合物薄膜，产生的等离子体密度高，沉积速度快，与其它PVD技术相比具有特别高的生产率等等，但其也存在着致命的缺点：1、磁过滤技术的沉积效率相比于电弧有着较大的差距，靶材的利用率偏低；2、由于是常规弧光放电起弧原理，在工作时阴极靶材本身温度偏高，对于熔点低以及活泼金属而言不易形成等离子体，更不能进行该类金属膜层沉积。
技术实现思路
针对上述两个问题，本专利技术基于原有的磁过滤沉积系统，对阴极弧头、过滤系统以及聚焦系统进行了重新设计；在冷却系统上进行了重新设计，替换成了凹形槽冷却系统，同时冷却槽内通入液氮进行靶材冷却，保证正常工作时靶材温度能够维持在较低温度，同时在低温或者超低温下能够实现常温下是液态金属的镀膜，极大地丰富了磁过滤沉积的沉积金属元素范围。本专利技术在保证沉积膜层质量的前提条件下替换了原有的弯管过滤系统改为直管过滤系统，能够实现膜层的高效制备，同时达到靶材的高效利用。本专利技术实施例的目的之一是通过该沉积装置有效和方便地实现低熔点以及活泼金属的等离子体沉积。进一步来讲，一种沉积装置结构包括：包括：真空系统、阴极弧头、强脉冲磁场、永磁体阳极筒、磁过滤管及聚焦线包。在一些实施例中，阴极稳弧电压为10-20V，阴极靶材顶端调控线包频率0-24Hz，脉宽为10-1200μs，匝数为10-10000匝，线包电流为-10-+10A；本专利技术中，顶部调控线包电流为正负交替电流，同时辅以阳极筒永磁铁磁场，能够方便的实现等离子弧斑的精确控制，阳极筒为双材料合制而成，上端为不锈钢，下端为强导磁材料，使得前段磁场与后段输运磁场互不干扰。凹形内冷却是通过液氮进行冷却，控制正常工作时靶材阴极温度在-20-50℃；其中辅助阳极系统与陶瓷屏蔽环间隙为1-3mm，阴极材料为Zn，Sn，Mg，Pb，Bi，Na等。阳极筒内径Φ100-150mm，直径80mm，阳极筒长度为100-160mm；永磁体为环状内径为Φ120-170mm，永磁体顶端距阴极触发外平面距离为10-50mm，永磁体强度为10-400mT；磁过滤直管内径为Φ60-150mm，长度为100-500mm，管内壁为锯齿状，齿高1-4mm，锯齿状能够大幅提高其过滤大颗粒的能力，实现零颗粒沉积。管外设置两个功能性磁场线包，一为过渡线包，长度为20-50mm，匝数为200-5000匝，电流为1-4A；一为聚焦线包，长度为20-50mm，匝数为200-5000匝，电流为1-4A，频率为1-50Hz；过渡线包和聚焦线包的设置能够大幅提高等离子体的输运效率，提高低熔点或者活泼金属的利用率，特别适合在天体制靶中一些超高价格的同位素活泼金属膜层的制备，相对于传统技术有着明显的优势。真空室内设置聚焦线包，聚焦线包为铜管，高度为10-150mm，线包中铜线外径为Φ10-12mm，内径为Φ6-8mm，内部通入冷却水，电流100-1000A；真空室内的空心线包的设计能够提高金属膜层的沉积效率，比传统相同条件下沉积速度要高1-2倍。相对于现有技术，本专利技术各实施例具有以下优势：1、本专利技术实施例提出的一种沉积装置因凹形槽设计以及液氮作为冷却物质能方便实现低熔点金属的膜层制备；2、冷却凹槽与阴极为一电位，通过顶部磁场与阳极筒永磁体的巧妙设计和配合避免冷却凹槽外边缘烧蚀，保证沉积膜层的纯度；3、阴极处设计陶瓷屏蔽环能够明显的改善弧斑在低起弧电流(10-30A)下的工作稳定性，大大降低了因起弧电流高而带来的颗粒问题影响成膜质量；4、与传统的仅靠顶端永磁体控制阴极弧斑方式不同，本专利技术替换为顶端线包采用可移动式的脉冲电流方式，同时阳极筒采用永磁体来控制弧斑的运动速度和运动范围，保证阴极的消耗均匀以及稳定性；5、在阳极筒和直管中间增加了插板阀，阴极靶材的可拆卸区域与真空腔室分离，可方便实现真空存储或者在惰性气体下进行放置，使得活泼金属能够进行安装、沉积以及存放；6、相比传统的磁过滤沉积装置，本专利技术沉积速率更高，阴极使用寿命更长，最高可至40h；同时在保证膜层质量的情况下，膜层沉积速率可高至100nm/min；7、两种不同材料组成的阳极筒极大的优化了阴极表面磁场分布，同时简化了调控阴极表面磁场分布状态的手段，使得后续磁过滤直管磁场对阴极表面的磁场分布几乎无影响，这是常规磁过滤系统所不能实现的。8、相比传统的磁过滤沉积装置，本专利技术沉积时不改变基体温度，对温度敏感性基体特别是聚合物如聚乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯等可实现相关强结合强度的金属膜层镀制。需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本专利技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本专利技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本专利技术所必需的。以上所述仅为本专利技术的实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本专利技术实施例的更多特点和优势将在之后的具体实施方式予以说明。附图说明构成本专利技术实施例一部分的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例提供一种沉积装置示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种沉积装置阴极弧头示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种沉积装置真空室内聚焦线圈实物图；图4为本专利技术沉积装置按实施例1至3条件沉积膜层SEM图；图5为本专利技术沉积装置按实施例1至3条件沉积膜层AFM图；图6为本专利技术沉积装置按实施例1至3条件沉积膜层SEM截面图；图7为本专利技术沉积装置按实施例1至3条件沉积20h阴极靶材表面形貌。附图标记说明101真空腔室及相关系统102工件台103聚焦线包104法兰口105过渡线包106直管107聚焦线包108插板阀109阳极筒下法兰面110阳极筒111固定柱112陶瓷屏蔽环113阴极114调控线包115触发线包116触发针117永磁铁118可拆卸活动件201触发线包202阴极法兰座203触发针204固定柱205辅助阳极法兰206水冷环207陶瓷屏蔽环208阴极209O圈槽210脉冲磁场线包211调节柱212导磁罩213固定孔214辅助阳极法兰与陶瓷环间隙215陶瓷屏蔽环216阴极217辅助阳极法兰方法实施例1阴极材料为金属Mg，直径Φ100，厚度20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉积装置，其特征在于，包括：a)真空系统：包括沉积腔室真空获取系统和阴极法兰及阳极筒真空获取系统，方式是通过机械泵和旋片分子泵获取；阴极装靶是在常压惰性气体保护下完成，沉积完成后阴极在阳极筒内通过插板阀保持真空度在1×10

【技术特征摘要】
1.一种沉积装置，其特征在于，包括：a)真空系统：包括沉积腔室真空获取系统和阴极法兰及阳极筒真空获取系统，方式是通过机械泵和旋片分子泵获取；阴极装靶是在常压惰性气体保护下完成，沉积完成后阴极在阳极筒内通过插板阀保持真空度在1×10-3-8×10-3pa；b)阴极弧头：阴极弧头由阴极靶材、触发系统、陶瓷屏蔽系统、辅助阳极板，凹形冷却装置组成，凹形内冷却是通过液氮进行冷却，控制正常工作时靶材阴极温度在-20-50℃；其中辅助阳极系统与陶瓷屏蔽环间隙为1-3mm，阴极材料为Zn，Sn，Mg，Pb，Bi，Na等；c)调控线包：位于阴极顶部真空室外，底部距阴极顶部平面距离为10-11Omm，线包长度50-100mm，匝数为10-10000匝；线包电流为-10-+10A，触发频率0-24Hz，脉宽为10-1200μs；d)永磁体阳极筒：阳极筒内径Φ100-150mm，直径80mm，阳极筒长度为100-160mm；永磁体为环状内径为Φ120-170mm，永磁体顶端距阴极触发外平面距离为10-50mm，永磁体强度为10-400mT；e)磁过滤直管：磁过滤直管内径为Φ60-150mm，长度为100-500mm，管内壁为锯齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，欧阳晓平，罗军，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11