本发明专利技术涉及一种线性离子束源装置及利用该装置沉积类金刚石碳薄膜的方法，该装置包括有：阴极（１），阳极（２），阴极（１）和阳极（２）之间形成有电离区域（７），用于将可电离的气体引导进入所述电离区域（７）的气体供应通道（４），以及用于在所述电离区域（７）产生磁场分布的磁体（３），其特征在于：阴极（１）上开设有一环形缝隙（１３），从而将阴极（１）分割为处于环形缝隙（１３）中间的第一阴极（１１）和处于环形缝隙（１３）外围的第二阴极（１２），而阳极（２）也呈环形结构，并且阳极（２）置于与阴极（１）的环形缝隙（１３）相对应的位置。与现有技术相比，本发明专利技术提供的装置能在较大尺寸范围内产生连续均匀的离子束流。本发明专利技术提供的方法所制备的薄膜具有硬度高、膜／基结合力好、表面光滑、摩擦系数低、厚度均匀的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
类金刚石(Diamond-like carbon，DLC)薄膜因具有高硬度、低摩擦系数、良好耐蚀 耐磨性，宽透光范围和极佳生物亲和性等独特的性能，被广泛用于工具、模具、汽车、 磁存储、微电子等工业生产和生活实际中。尤其因它在极端工况条件下表现出的超低摩 擦系数和良好耐磨寿命，在航空、航天等高
显示出了良好的应用前景，是近年 来新型碳功能材料和摩擦学领域的研究热点和重要分支之一。目前，类金刚石薄膜的沉积技术主要有物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition, PVD)、化学气相沉积技术(Chemical Vapor Deposition, CVD)和液相电化学沉积法三大 类。物理气相沉积法主要包括利用碳源气体的离子束沉积、和利用固体石墨靶材的磁控 溅射、阴极真空电弧沉积等方法；化学气相沉积法主要有等离子增强CVD、热丝CVD 和微波等离子体回旋共振CVD等。相较PVD方法而言，该方法沉积温度较高，难以在 塑料等对温度敏感的基材上实现沉积，且膜基结合力一般较差；液相电化学沉积法是近 年来兴起的一种新型湿式合成方法，主要通过电解有机溶液来制备类金刚石膜，此法虽 具有设备简单、条件温和的优点，但合成的薄膜物理、化学特性及工艺稳定性较差，现 多处于实验探索阶段。综合而言，PVD法是目前合成类金刚石碳膜常用的工业化技术，但因这些方法均存在以下一些问题，严重制约了类金刚石碳膜的广泛应用传统热丝离子束方法制备出的DLC碳膜具有残余应力小、表面光滑的优点，但一 方面热丝的长时间使用容易导致等离子体离化率降低、成膜质量变差，另一方面受大多 数离子源的圆柱形结构设计，此法生长的薄膜均匀面积较小，难于实现大面积产业化推 广，多个离子源的并行使用虽可扩大面积，但成本和设备复杂度相应提高；磁控溅射DLC薄膜技术虽具有沉积温度低、大面积生长容易、技术成熟的特点， 但薄膜生长速率较低、膜基结合力、在金属等基材上难于沉积，易剥落失效；阴极真空电弧DLC碳膜具有沉积速率高、离子能量大、膜基结合力好的优点，但 因电弧熔融弧斑的存在常导致薄膜表面沉积有大量宏观大颗粒、表面粗糙、性能下降， 添加磁过滤器虽可一定程度解决此问题，但薄膜的沉积速率会因此大幅下降，且相关设备复杂昂贵。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能在较大尺寸范 围内产生连续均匀的离子束流、利于大面积均匀沉积的线性离子束源装置。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种制备大面积均匀类金刚石薄膜的方法。本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为该线性离子束源装置，包括 有阴极，阳极，所述阴极和所述阳极之间形成有电离区域，用于将可电离的气体引导 进入所述电离区域的气体供应通道，以及用于在所述电离区域产生磁场分布的磁体，其 特征在于所述阴极上开设有一环形缝隙，从而将阴极分割为处于环形缝隙中间的第一 阴极和处于环形缝隙外围的第二阴极，而所述阳极也呈环形结构，并且所述阳极置于与 阴极的环形缝隙相对应的位置。所述阴极上开设有的环形缝隙的宽度为2 5mm。所述电离区域的高度为2 5mm。所述环形缝隙由两半圆和一组平行线组成的呈跑道形状的环形缝隙。 所述磁体为一永磁体，并且该永磁体的N极与第一阴极相抵。 较好的，本专利技术的线性离子束源装置还包括有冷却水循环管道。 本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为该利用上述线性离子束源装置沉积类金刚石碳薄膜的方法，采用离子溅射装置对工件表面进行类金刚石碳薄膜沉积，其特征在于包括以下步骤步骤一将工件放入丙酮或酒精中，利用超声波清洗5~10分钟，然后用去离子水漂洗后，烘干待用；步骤二将工件置于离子溅射装置的真空室中，抽真空至小于等于2X10—STorr后， 向线性离子束源装置的气体供应通道内通入35 45sccm惰性气体，同时，线性离子束 源装置的工作电流设为0.1 0.3A，工作电压控制在1400±50V，同时将工件的负偏压设 为-100V -200V，工作时间为10 15分钟；步骤三关闭惰性气体，向线性离子束源装置的气体供应通道内通入35 45sccm 乙炔气体，线性离子束源装置的电源参数与步骤二中相同，将工件的负偏压设为-100 -200V,工作时间为10 60分钟；步骤四薄膜沉积结束后，关闭气体和线性离子束源装置的电源，待工件在真空室中冷却至室温，取出。与现有技术相比，本专利技术的优点在于本专利技术提供的线性离子束源装置具有高的等离子体离化率和离化能；无热丝，在长4时间内等离子体运行稳定；低温沉积(<150°C)、多种基材可选(金属、合金、陶瓷、 塑料、玻璃等)；反应气体灵活多变(氩气、氧气、甲烷、乙炔、硅垸等)，能产生不同 离子束；最重要的是能在较大尺寸范围内产生连续均匀的离子束流，利于大面积均匀沉 积。因此该装置不仅可有效弥补小尺度热丝圆形离子源因工件几何尺寸大，无法在较大 面积上均匀沉积类金刚石薄膜的缺陷，也可解决磁控溅射技术膜/基结合力差、沉积速率 低和阴极电弧技术的表面大颗粒污染严重的问题，是一种理想的产业化用多功能薄膜沉 积装置。采用本专利技术提供的方法所制备的薄膜具有硬度高、膜/基结合力好、表面光滑、摩擦 系数低、厚度均匀等综合性能优点。附图说明图1为本专利技术实施例线性离子束源装置的正面视图； 图2为图1中A-A向剖视具体实施例方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示的线性离子束源装置，包括阴极1和阳极2，阴极为呈平面板块状结构， 并且阴极1上开设有一呈跑道形状的环形缝隙13，从而将阴极1分割为处于环形缝隙中 间的第一阴极11和处于环形缝隙外围的第二阴极12，环形缝隙13的宽度为5mm，阳 极2的结构与环形缝隙结构相似呈环形，阳极2的宽度比环形缝隙的宽度略大，为 5.5min，并且阳极2置于与阴极1的环形缝隙13相对应的位置，并且阳极2与阴极1 之间的距离为5mm,从而使得阴极1和阳极2之间形成有电离区域7，这时电离区域7 的高度即为5mm;用于在电离区域7产生磁场分布的磁体永磁体5的N极与第一阴极 ll相抵，从而产生环形磁力线6;另外还设有用于将可电离的气体引导进入电离区域7 的气体供应通道4以及用于对整个设备进行冷却保护冷却水循环管道5。工作时，工作气体通过气体供应通道4引入到电离区域7，并在电离区域7发生碰 撞、分解并被电离，产生所需要的等离子体。然后利用离子溅射装置中加在工件上的负 偏压和电场，从而将离子从等离子体中引出，形成均匀连续大面积的离子束流4，轰击 工件从而实现刻蚀预清洗或沉积薄膜。在此过程中，利用冷却水循环管道5对整个设备进行冷却保护。线性离子束源装置 可通入甲垸、乙炔等含碳气体或氩气、氮气、氧气作为工作气体，采用氩气时可对加工 件表面进行氩离子刻蚀预清洗；采用氮气时可对加工件表面实现氮掺杂，采用氧气可对 加工件表面进行氧刻蚀；采用甲垸、乙炔等含碳气体时可在加工件表面制备类金刚石碳5薄膜，其中永磁体产生的磁场可增加放电过程电子与气体分子碰撞概率，提高工作气体 的电离度。利用上述线性离子束源装置，采用离子溅射装置在硅片上沉积大面积类金刚石碳膜 的方法包括以下步骤-步骤一将P型(100)单晶硅片本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种线性离子束源装置，包括有：阴极（１），阳极（２），所述阴极（１）和所述阳极（２）之间形成有电离区域（７），用于将可电离的气体引导进入所述电离区域（７）的气体供应通道（４），以及用于在所述电离区域（７）产生磁场分布的磁体（３），其特征在于：所述阴极（１）上开设有一环形缝隙（１３），从而将阴极（１）分割为处于环形缝隙（１３）中间的第一阴极（１１）和处于环形缝隙（１３）外围的第二阴极（１２），而所述阳极（２）也呈环形结构，并且所述阳极（２）置于与阴极（１）的环形缝隙（１３）相对应的位置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汪爱英，代伟，孙丽丽，吴国松，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。