一种纯离子真空电弧镀膜设备的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本实用新型涉及材料表面镀膜领域，具体涉及一种纯离子真空电弧镀膜设备。
【背景技术】
[0002]在真空阴极电弧等离子体沉积薄膜过程中，为了使薄膜表面均匀、光滑、清洁，提高薄膜的均匀性、致密性、结合力，必须消除等离子体中的大型颗粒和杂质，因此需在阴极靶材和样品基片之间设置管道状的磁场过滤器，在过滤器外壁施加磁场，这样带电粒子在磁场中受到洛仑兹力将沿管壁中心线做螺旋运动，螺旋半径R=MV/BQο虽然设置过滤器可以提高薄膜的表面光洁度、清洁度、致密性和结合力，但是设置过滤器后溅射靶材的利用率降低，薄膜沉积速率下降，工艺时间增加，设备的运行成本和效率明显降低。目前，为了克服过滤器设置所带来的缺陷，主要采取增大过滤器的磁场强度，虽然可以在一定程度上提高沉积速率，但是增加磁场强度会使得设备成本大大增加，设备维护困难；并且，磁场增大会影响周围其他电气控制元件的正常运行。因此，该方法会给设备的制造、维护带来不便，并影响设备运行的稳定性。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种纯离子真空电弧镀膜设备，其可有效解决上述问题，提高薄膜的沉积速率，且不会对其他电器元件的运行造成影响。
[0004]为实现上述方案，本实用新型采用如下技术方案进行实施:
[0005]—种纯离子真空电弧镀膜设备，其特征在于:包括阴极靶材、接地阳极、过滤器和真空腔室内设置的在其表面进行镀膜的基片，阴极靶材为石墨靶材，过滤器的管壁与+20V偏压电源相连接，接地阳极和过滤器之间设置有环形绝缘垫板，环形绝缘垫板内设置有环形的绝缘挡环；绝缘挡环的截面为L形，绝缘挡环包括环管和环管下端外围设置的环板，环板固定在环形绝缘垫板的下板面与接地阳极的上表面之间，环管的高度与环形绝缘垫板的厚度相吻合。
[0006]通过在过滤器的管壁上施加正偏压，使得管道壁处的电势增加，排斥正电荷离子束流，使原本荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器，从而提高了沉积速率。另夕卜，通过设置绝缘挡环，使得等离子体在激发后无法直接沉积在环形绝缘垫板的内环壁面上，避免环形绝缘垫板被熔融烧坏和延长环形绝缘垫板的维护周期，提高生产效率和沉积较厚的纳米薄膜。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型的结构示意图；
[0008]图2为石墨材料阴极革El材在施加+20V偏压和不施加偏压下的沉积速率比较图；
[0009]图3为石墨材料阴极靶材在不同磁场强度和偏压条件下的沉积速率图；
[0010]图4为绝缘挡环、环形绝缘垫板在接地阳极和过滤器之间的安装示意图；
[0011]图5为图4的A处放大示意图；
[0012]图6为环形绝缘垫板和环形挡板的装配示意图；
[0013]图7为环形绝缘垫板的结构示意图；
[0014]图8为环形挡板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进一步进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0016]以下以新加坡南洋理工大学使用的纯离子真空电弧镀膜设备进行具体说明。
[0017]纯离子真空电弧镀膜设备的溅射靶材主要是纯金属、金属合金和石墨等，靶材表面被高温高能阴极电弧离化后，主要以正价态的形式存在。因为离子束流载有正电荷，而呈现正电势，管道中心线附近的电势为+5V左右(以石墨靶材，阴极弧电流设置50A为例)，而靠近管壁附近的电势接近0V。由于管道中心的电势比管壁稍高，所以正电荷离子束有向管壁发散的趋势，离子束在过滤器12管道中聚束较难，导致沉积速率下降。
[0018]本实用新型采取的技术方案如图1、4、5、6、7、8所示，一种纯离子真空电弧镀膜设备，包括阴极靶材40、接地阳极30、过滤器20和真空腔室内设置的在其表面进行镀膜的基片60，阴极靶材40为石墨靶材，过滤器20的管壁与+20V偏压电源50相连接，接地阳极30和过滤器20之间设置有环形绝缘垫板11，环形绝缘垫板11内设置有环形的绝缘挡环12 ;绝缘挡环12的截面为L形，绝缘挡环12包括环管121和环管121下端外围设置的环板122，环板122固定在环形绝缘垫板11的下板面与接地阳极30的上表面之间，环管121的高度与环形绝缘垫板11的厚度相吻合。
[0019]通过在过滤器20的管壁上施加正偏压，使得管道壁处的电势增加，排斥正电荷离子束流，使离子更靠近管道中心，使原本荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器20，从而提高了沉积速率。如在过滤器20管壁上施加+20V偏压后，管道管壁电势高于管道中心电势，+20V偏压配合管道过滤器20的磁场，使原本荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器20，从而提高了沉积速率。针对石墨材质的阴极靶材40，其在施加+20V偏压和不施加偏压情形下的沉积速率如图2所示，可见，管壁施加+20V偏压可以显著提高沉积速率。
[0020]由于阳极接地，在过滤器20管壁施加正偏压后，必须设计绝缘结构使得过滤器20与接地阳极30之间绝缘，因此在接地阳极30和磁场过滤器20之间设置环形绝缘垫板11。环形绝缘垫板11在使用时，环形绝缘垫板11的内环壁面是完全裸露在等离子体的移动通道内，因此，当等离子体在阴极靶材40上被激发后，部分等离子无法避免的会沉积黏附在环形绝缘垫板11的内环壁面上，当沉积黏附在环形绝缘垫板11内环壁面上的等离子体逐渐增多，会形成一层导电薄膜，从而使环形绝缘垫板11电阻逐渐变小，绝缘性能下降，甚至从绝缘体变为导体，无法起到绝缘的作用，导致环形绝缘垫板11易被熔融烧坏，影响纳米薄膜的纯度。因此，本实用新型中还设置了绝缘挡环12，通过设置绝缘挡环12，使得等离子体在激发后无法直接沉积在环形绝缘垫板11的内环壁面上，避免环形绝缘垫板11被熔融烧坏和延长环形绝缘垫板11的维护周期，提高生产效率和沉积较厚的纳米薄膜。
[0021]进一步的方案为:环形绝缘垫板11的内环壁面上开设有环形槽111，环形槽111沿环形绝缘垫板11的厚度方向间隔设置，具体如图5、6、7所示。环形绝缘垫板11被绝缘挡环12和环形槽111双层保护:电弧等离子体被激发后，飞向环形绝缘垫板11方向的等离子体先被绝缘挡环12有效遮挡，剩余的少部分也只能沉积在环形绝缘垫板11的内环壁面的浅槽区域(图6中区域I );由于深槽区域(图6中区域II)得到了很好的保护，所以环形绝缘垫板11的绝缘性能得以维持较长时间，避免环形绝缘垫板11被熔融烧坏，提高生产效率和沉积较厚的纳米薄膜。
[0022]为了使沉积速率得到最大的提高，以下以石墨材料的阴极靶材40进行详细分析，测定不同正偏压和不同磁场强度下的沉积速率，结果如图3所示，由图可知，管壁正偏压施加超过+20V后，薄膜沉积速率增加不再明显，有饱和趋势；过滤器20磁场强度超过1200GS后，薄膜沉积速率增加也不再明显，有饱和趋势；因此，综合考虑整个设备的生产成本和运行稳定性，最为优选在管壁施加+20V偏压、磁场强度1200GS进行溅射镀膜操作。另外，还可以针对相应的情形使得基片60与-600V偏压电源相连接，以进一步提高薄膜致密性和结合力。
[0023]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种纯离子真空电弧镀膜设备，其特征在于:包括阴极靶材、接地阳极、过滤器和真空腔室内设置的在其表面进行镀膜的基片，阴极靶材为石墨靶材，过滤器的管壁与+20V偏压电源相连接，接地阳极和过滤器之间设置有环形绝缘垫板，环形绝缘垫板内设置有环形的绝缘挡环；绝缘挡环的截面为L形，绝缘挡环包括环管和环管下端外围设置的环板，环板固定在环形绝缘垫板的下板面与接地阳极的上表面之间，环管的高度与环形绝缘垫板的厚度相吻合。2.根据权利要求1所述的纯离子真空电弧镀膜设备，其特征在于:环形绝缘垫板的内环壁面上开设有环形槽，环形槽沿环形绝缘垫板的厚度方向间隔设置。3.根据权利要求1所述的纯离子真空电弧镀膜设备，其特征在于:过滤器为磁场强度1200Gs的过滤器，基片与-600V偏压电源相连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种纯离子真空电弧镀膜设备，包括阴极靶材、接地阳极、过滤器和真空腔室内设置的在其表面进行镀膜的基片，阴极靶材为石墨靶材，过滤器的管壁与+20V偏压电源相连接，接地阳极和过滤器之间设置有环形绝缘垫板，环形绝缘垫板内设置有环形的绝缘挡环。通过在过滤器的管壁上施加正偏压，使得管道壁处的电势增加，排斥正电荷离子束流，使原本荷质比较小、螺旋半径较大的离子也能通过过滤器，从而提高了沉积速率。另外，通过设置绝缘挡环，使得等离子体在激发后无法直接沉积在环形绝缘垫板的内环壁面上，避免环形绝缘垫板被熔融烧坏和延长环形绝缘垫板的维护周期，提高生产效率和沉积较厚的纳米薄膜。
【IPC分类】C23C14/32
【公开号】CN204982040
【申请号】CN201520542572
【发明人】张心凤, 郑杰, 尹辉
【申请人】安徽纯源镀膜科技有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月24日