一种磁控溅射产生碳离子的组件及ta-C膜沉积设备制造技术

本实用新型专利技术属于真空镀膜技术领域，具体涉及一种磁控溅射产生碳离子的组件及ta

【技术实现步骤摘要】
一种磁控溅射产生碳离子的组件及ta
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C膜沉积设备


[0001]本技术属于真空镀膜
，具体涉及一种磁控溅射产生碳离子的组件及ta
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C膜沉积设备。

技术介绍

[0002]类金刚石膜涂层(Diamond
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like Carbon)简称DLC涂层。类金刚石(DLC)薄膜是一种含有一定量金刚石键(sp2和sp3)的非晶碳的亚稳类的薄膜。薄膜的主要成分是碳，因为碳能以三种不同的杂化方式sp 3、sp 2和sp l存在，所以碳可以形成不同晶体的和无序的结构。这也使得对碳基薄膜的研究变得复杂化。在sp 3杂化结构中,一个碳原子的四个价电子被分配到具有四面体结构的定向的sp 3轨道中,碳原子与相邻的原子形成很强的
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键,这种键合方式我们通常也称之为金刚石键。在SP2杂化结构中,碳的四个价电子中的三个进入三角形的定向的sp 2轨道中,并在一个平面上形成
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键,第四个电子位于同
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键一个平面的pπ轨道。π轨道同一个或多个相邻的原子形成弱的π键。而在sp l结构中，四个价电子中的两个进入π轨道后各自在沿着x轴的方向上形成
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键,而另外两个价电子则进入y轴和z轴的pπ轨道形成π键。DLC碳膜可以被掺杂不同的元素得到掺杂的DLC(N
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DLC)薄膜。它们中的C都是以sp3、sp2和sp1的键合方式而存在,因而有诸多与金刚石膜相似的性能。
[0003]由于碳的来源和制备方法的差异，DLC膜可分为无氢类金刚石碳膜(a
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C)和氢化类金刚石碳膜(a
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C：H)两类。含氢过多将降低涂层的结合力和硬度，增大内应力。DLC中的氢在较高的温度下会慢慢释放出来，引起涂层工作不稳定。四面体无定型非晶碳膜（ta
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C）作为类金刚石的一类，是一系列sp3键含量为80%~90%的无氢非晶碳膜，具有高硬度、高弹性模量、良好的耐化学性和抗热震性等特点，具有组织均匀、可大面积沉积、成本低、表面平整等优点。类金刚膜石制备的方法很多:如离子束辅助沉积、磁控溅射、真空阴极电弧沉积、等离子体增强化学气相沉积、离子注入法等。石墨靶放电是获得高离化率的纯C+等离子体的主要方法，主要有阴极电弧放电和磁控溅射辉光放电两种。阴极电弧放电由于能量集中，可以产生高密度高离化的等离子体，但是长时间、集中、高电流密度的直流电弧自持放电特性导致大颗粒、石墨放电不稳定等问题，导致薄膜品质下降。在沉积过程中，石墨靶在电弧弧斑放电作用下，容易产生大量的大小不一的宏观碳颗粒，这些颗粒与碳离子一起沉积在基材上，使沉积的薄膜中含有大量的颗粒，导致表面变得粗糙而大大降低了薄膜的性能。目前，通常采用磁过滤阴极弧技术对沉积设备进行改进，利用磁场对离子的作用，改变碳离子到达基体的运动轨迹。这种磁过滤对细小原子团的筛选作用很严格，只有当颗粒的电荷和大小恰好合适时,才有可能通过磁场管道沉积到基底上;未离化的碳分子、原子及大颗粒则沉积到磁场管道内壁上，消除了膜中的宏观碳颗粒，提高了DLC薄膜的质量。同样,为了消除宏观石墨颗粒在DLC薄膜沉积过程中的不利影响，有的研究人员利用在靶前装屏蔽板的方法减少膜中的碳颗粒。但是，无论是磁过滤还是屏蔽板，都会明显降低沉积速度，减小均匀沉积区的面积。
[0004]磁控溅射为通过腔体内的氩气等离子体轰击固体石墨靶材之后，固体石墨靶材溅
射出离子、中性原子及二次电子，这些离子在外力引导作用下在基体表面沉积得到ta
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C膜。但是由于磁控溅射的能量密度低，溅射出来的离子产额只有不到10%，大部分为中性原子。传统的磁控溅射离化率低、离子密度小、离子能量低等缺点，导致涂层沉积速率低，生产效率低，涂层结构疏松，成膜质量差，SP3键含量低，待镀工件易打火，良品率低。虽然磁控溅射获得涂层比较光滑细腻，但由于溅射粒子大部分为原子，离化率不高，难以获得致密、结合强度高的涂层。高性能的ta
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C膜的制备必须有高密度高离化的C离子流。为了提高磁控溅射的离化率，常用的有高能脉冲磁控溅射技术（HiPIMS）及闭合非平衡磁控溅射技术。HiPIMS是利用较高的脉冲峰值功率和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率的一种磁控溅射技术，目前由于HiPIMS沉积效率低，主要在实验室研发应用，而且HiPIMS电源成本极高，是中小企业无法承受的。高密度、高离化率C等离子体的产生必须有足量的电子流参与碰撞，亦即必须有足够的有效电子发射。本专利技术为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种用于ta
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C膜沉积的磁控溅射生成碳离子的方法及ta
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C膜沉积方法，提供一种高的等离子体离化率、高的等离子体密度、高的粒子能量、较快的沉积速率以及较少缺陷的技术方法。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种磁控溅射产生碳离子的组件及ta
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C膜沉积设备。
[0006]本技术所采取的技术方案如下：一种磁控溅射产生碳离子的组件，包括设有反应腔室的磁控溅射碳离子发生腔室壳体、第一靶材、与第一靶材电连接的溅射电源，所述反应腔室内设有依次相连的溅射区、磁场导向区和离子出口；所述第一靶材设有两个，所述第一靶材固定在所述溅射区中的磁控溅射碳离子发生腔室壳体的两侧内壁上且两个相对设置，所述磁控溅射碳离子发生腔室壳体的两侧外壁上对应第一靶材设有磁控线圈；所述磁场导向区内设有用于对第一靶材溅射形成的离子导引使其从离子出口离开反应腔室的磁场。
[0007]在所述溅射区的磁控溅射碳离子发生腔室壳体的内壁和/或外壁上固定有两个相对设置的用于形成封闭的第一线圈；在所述磁场导向区的磁控溅射碳离子发生腔室壳体的内壁和/或外壁上固定有用于形成对离子形成加速离子离开反应腔室的磁场的第二线圈。
[0008]一种设有如上所述的磁控溅射产生碳离子的组件的ta
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C膜沉积设备，包括具有真空腔室的沉积壳体、抽真空系统、脉冲或者直流或者脉冲叠加直流偏压电源系统、第一灯丝；所述第一灯丝接入交流灯丝加热电源的正负极用以工作过程中产生电子；
[0009]所述磁控溅射碳离子发生腔室壳体设有离子出口的一端与沉积壳体相连接，所述反应腔室与真空腔室通过离子出口相连通；
[0010]所述第一灯丝设置于磁控溅射碳离子发生腔室壳体远离离子出口的一端同时磁控溅射碳离子发生腔室壳体在靠近第一灯丝的位置设有第一进气管；
[0011]所述沉积壳体上设有用于与抽真空系统相连对真空腔室抽气形成真空环境的抽真空口；所述沉积壳体内设有用于放置镀膜过程中所镀工件的工件转架；所述工件转架接所述脉冲或者直流或者脉冲叠加直流偏压电源系统的电源负极，同时，所述磁控溅射碳离子发生腔室壳体内或沉积壳体内设有辅助阳极，所述辅助阳极接所述脉冲或者直流或者脉
冲叠加直流偏压电源系统的电源正极；
[0012]第一靶材为碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁控溅射产生碳离子的组件，包括设有反应腔室的磁控溅射碳离子发生腔室壳体（1）、第一靶材（2）、与第一靶材（2）电连接的溅射电源，其特征在于：所述反应腔室内设有依次相连的溅射区、磁场导向区和离子出口（3）；所述第一靶材（2）设有两个，所述第一靶材（2）固定在所述溅射区中的磁控溅射碳离子发生腔室壳体（1）的两侧内壁上且两个相对设置，所述磁控溅射碳离子发生腔室壳体（1）的两侧外壁上对应第一靶材（2）设有磁控线圈；所述磁场导向区内设有用于对第一靶材（2）溅射形成的离子导引使其从离子出口（3）离开反应腔室的磁场。2.根据权利要求1所述的磁控溅射产生碳离子的组件，其特征在于：在所述溅射区的磁控溅射碳离子发生腔室壳体（1）的内壁和/或外壁上固定有两个相对设置的用于形成封闭磁场的第一线圈（14）；在所述磁场导向区的磁控溅射碳离子发生腔室壳体（1）的内壁和/或外壁上固定有用于形成对离子形成加速离子离开反应腔室的磁场的第二线圈（4）。3.一种设有如权利要求1或2所述的磁控溅射产生碳离子的组件的ta
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C膜沉积设备，其特征在于：包括具有真空腔室的沉积壳体（5）、抽真空系统、脉冲或者直流或者脉冲叠加直流偏压电源系统、交流灯丝加热电源、偏压电源系统、脉冲或直流或脉冲叠加直流辅助阳极电源、第一灯丝（6）；所述第一灯丝（6）接入交流灯丝加热电源用以工作过程中产生电子；所述磁控溅射碳离子发生腔室壳体（1）设有离子出口（3）的一端与沉积壳体（5）相连接，所述反应腔室与真空腔室通过离子出口（3）相连通；所述第一灯丝（6）设置于磁控溅射碳离子发生腔室壳体（1）远离离子出口（3）的一端同时磁控溅射碳离子发生腔室壳体（1）在靠近第一灯丝（6）的位置设有第一进气管；所述沉积壳体（5）上设有用于与抽真空系统相连对真空腔室抽气形成真空环境的抽真空口（8）；所述沉积壳体（5）内设有用于放置镀膜过程中所镀工件的工件转架（7）；所述工件转架（7）接所述脉冲或者直流或者脉冲叠加直流偏压电源系统的电源负极，同时，所述磁控溅射碳离子发生腔室壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文昌，林琪澳，章柯，张振华，张祖航，
申请(专利权)人：温州职业技术学院，
类型：新型
国别省市：