一种镀制非均匀多层薄膜的方法与流程

本发明涉及镀膜技术领域，具体涉及一种镀制非均匀多层薄膜的方法。

背景技术：

磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作用。

磁控溅射镀膜系统是在基本的二极溅射系统发展而来，解决二极溅射镀膜速度比蒸镀慢很多、等离子体的离化率低和基片的热效应明显的问题。磁控溅射系统在阴极靶材的背后放置100～1000gauss强力磁铁，真空室充入0.1～10pa压力的惰性气体(ar)，作为气体放电的载体。在高压作用下ar原子电离成为ar⁺离子和电子，产生等离子辉光放电,电子在加速飞向基片的过程中，受到垂直于电场的磁场影响,使电子产生偏转，被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，电子以摆线的方式沿着靶表面前进，在运动过程中不断与ar原子发生碰撞，电离出大量的ar⁺离子，与没有磁控管的结构的溅射相比，离化率迅速增加10～100倍，因此该区域内等离子体密度很高。经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚,最终落在基片、真空室内壁及靶源阳极上。而ar⁺离子在高压电场加速作用下,与靶材的撞击并释放出能量,导致靶材表面的原子吸收ar⁺离子的动能而脱离原晶格束缚，呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基片，并在基片上沉积形成薄膜。

但现有技术中的磁控溅射镀膜系统，所镀制的多层薄膜为均匀的一层一层的在基片或者试样上成膜，也就是说，所镀制得到的薄膜层在基片或者试样上，在截面方向看，从试样上的一端至试样的另一端的厚度是均匀的。

运用现有技术中的镀膜方法，无法镀制得到在截面方向从试样上的中部至试样的边缘的厚度不均匀的多层薄膜，即薄膜层从试样表面的中部至试样表面的边缘，薄膜层厚度逐渐变小或变大，因此，限制了科研人员对在截面方向从试样上的中部至试样的边缘的厚度不均匀的多层薄膜的研究工作。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种镀制非均匀多层薄膜的方法，本发明中，非均匀多层薄膜是指在截面方向从试样上的中部至试样的边缘的厚度不均匀的多层薄膜，即薄膜层从试样表面的中部至试样表面的边缘，薄膜层厚度逐渐变小或变大的多层薄膜，该方法可以镀制非均匀多层薄膜，为科研人员对非均匀多层薄膜的研究工作做铺垫。

为解决上述技术问题，本发明的一种镀制非均匀多层薄膜的方法，包括如下步骤：

s1.将试样放入超声波清洗机中，用丙酮清洗试样；

s2.将试样放入真空干燥箱中干燥；

s3.将试样放入用于镀制非均匀多层薄膜的系统的试样台上；

s4.镀制第一薄膜层：开启镀制第一薄膜层的靶材，设定镀制第一薄膜层的时间为t1，第一驱动机构驱动光圈至试样表面中心上方并固定，所述试样的直径为d，工控系统驱动光圈的孔径由零开始以速度v1增大，其中v1＝d/t1，之后第一驱动机构驱动光圈远离试样表面，工控系统驱动光圈使光圈的孔径复位至零；

s5.镀制第二薄膜层：切换至镀制第二薄膜层的靶材，并且第二驱动机构驱动遮挡装置6至试样表面中心上方，并且使空心管与试样表面中心对齐并固定，设定镀制第二薄膜层的时间为t2，遮挡装置的半径为最小状态，工控系统驱动遮挡装置由半径为最小状态开始以速度v2增大，其中v2＝d/t2，之后第二驱动机构驱动遮挡装置远离试样表面；

s6.镀制第三薄膜层：切换至镀制第三薄膜层的靶材，第一驱动机构驱动光圈至试样表面中心上方并固定，设定镀制第三薄膜层的时间为t3，工控系统驱动光圈的孔径由零开始以速度v3增大，其中v3＝d/t3，之后第一驱动机构驱动光圈远离试样表面；

s7.镀膜完成，关闭非均匀多层薄膜的镀膜设备。

采用上述方法后，由于在镀制第一薄膜层时、镀制第二薄膜层、以及镀制第三薄膜层时，驱动机构交替的驱动光圈和遮挡装置在试样的上方动作，也就是说，试样表面是逐渐暴露的，暴露区域沉积薄膜，未暴露区域不沉积薄膜，即在镀膜时，试样表面沉积的薄膜是逐渐变化的，因此该方法可以镀制非均匀多层薄膜，为科研人员对非均匀多层薄膜的研究工作做铺垫。

优选的，在步骤s3之后和步骤s4之前还包括如下步骤：调节试样台的高度，使所述光圈和遮挡装置的底端与试样的上表面之间的间隔的大小为3～8mm。

附图说明

图1是本发明的方法中用于镀制非均匀多层薄膜的系统的结构示意图。

图2是本发明的方法中用于镀制非均匀多层薄膜的系统中第一支杆与第一安装台连接处的截面示意图。

图3是本发明的方法中用于镀制非均匀多层薄膜的系统中遮挡装置与第二驱动装置的结构示意图。

图4是本发明的方法中用于镀制非均匀多层薄膜的系统中遮挡装置遮挡半径由小变大的结构示意图。

图5是本发明一种镀制非均匀多层薄膜的方法中步骤s4过程的结构示意图。

图6是本发明一种镀制非均匀多层薄膜的方法中步骤s5过程的结构示意图。

图7是本发明一种镀制非均匀多层薄膜的方法中步骤s6过程的结构示意图。

图8是本发明一种镀制非均匀多层薄膜的方法的流程图。

其中：

1、镀膜腔体；2、靶材；3、试样；4、试样台；5、光圈；6、遮挡装置；7、第一支杆；8、第一轴承；9、第一齿轮；10、第一电机；11、第二齿轮；12、第二支杆；13、空心管；14、伞骨；15、支撑骨；16、撑杆；17、第二电机；18、绳；19、卷筒；20、第二轴承；21、第三齿轮；22、第三电机；23、第四齿轮；24、螺纹杆；25、螺母；26、遮挡布；27、第一安装台；28、第二安装台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细地说明。

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开内容更详尽和完整，并且向本领域的技术人员完整传达其包括的范围。也应注意这些实施例不相互排斥。来自一个实施例的组件、步骤或元素可假设成在另一实施例中可存在或使用。在不脱离本公开的实施例的范围的情况下，可以用多种多样的备选和/或等同实现方式替代所示出和描述的特定实施例。本申请旨在覆盖本文论述的实施例的任何修改或变型。对于本领域的技术人员而言明显可以仅使用所描述的方面中的一些方面来实践备选实施例。本文出于说明的目的，在实施例中描述了特定的数字、材料和配置，然而，领域的技术人员在没有这些特定细节的情况下，也可以实践备选的实施例。在其它情况下，可能省略或简化了众所周知的特征，以便不使说明性的实施例难于理解。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

文中的方向词“左”、“右”与说明书附图的方向对应。

在一个实施例中，一种镀制非均匀多层薄膜的方法，本实施例中的非均匀多层薄膜，如图7，由试样3的表面向外依次包括第一薄膜层301、第二薄膜层302和第三薄膜层303，试样3为圆形，在截面方向上看，第一薄膜层301从试样3的表面的中部至外圆周边缘依次变薄，第二薄膜层302从试样3的表面的中部至外圆周边缘依次变厚，第三薄膜层303从试样3的表面的中部至外圆周边缘依次变薄。

包括如下步骤：

s1.将试样3放入超声波清洗机中，用丙酮清洗试样3；

s2.将试样3放入真空干燥箱中干燥；

s3.将试样3放入用于镀制非均匀多层薄膜的系统的试样台3上；

s4.镀制第一薄膜层301：开启镀制第一薄膜层301的靶材，设定镀制第一薄膜层301的时间为t1，第一驱动机构驱动光圈5至试样3表面中心上方并固定，所述试样3的直径为d，工控系统驱动光圈5的孔径由零开始以速度v1增大，其中v1＝d/t1，之后第一驱动机构驱动光圈5远离试样3表面，工控系统驱动光圈5使光圈5的孔径复位至零；这里，为什么设置成v1＝d/t1，这样，当镀制时间为t1结束后，试样3正好全部露出。由于工控系统驱动光圈5的孔径由零开始增大，因此镀制得到的膜层中心位置处的厚度大于边缘处厚度，而光圈5是匀速变化的，第一薄膜层301从膜层中心位置处的厚度至边缘处厚度是逐渐变化的，如图5。

s5.镀制第二薄膜层302：切换至镀制第二薄膜层302的靶材，并且第二驱动机构驱动遮挡装置6至试样3表面中心上方，并且使空心管13与试样3表面中心对齐并固定，设定镀制第二薄膜层302的时间为t2，遮挡装置6的半径为最小状态，工控系统驱动遮挡装置6由半径为最小状态开始以速度v2增大，其中v2＝d/t2，之后第二驱动机构驱动遮挡装置6远离试样3表面；这里，为什么设置成v2＝d/t2，这样，当镀制时间为t2结束后，试样3正好被全部遮盖。由于工控系统驱动遮挡装置6由半径为最小状态开始增大，因此镀制得到的膜层中心位置处的厚度小于边缘处厚度，而遮挡装置6是匀速变化的，第二薄膜层302从膜层中心位置处的厚度至边缘处厚度是逐渐变化的，如图6。

s6.镀制第三薄膜层303：切换至镀制第三薄膜层303的靶材，第一驱动机构驱动光圈5至试样3表面中心上方并固定，设定镀制第三薄膜层303的时间为t3，工控系统驱动光圈5的孔径由零开始以速度v3增大，其中v3＝d/t3，之后第一驱动机构驱动光圈5远离试样3表面；这里，为什么设置成v3＝d/t3，这样，当镀制时间为t3结束后，试样3正好全部露出。由于工控系统驱动光圈5的孔径由零开始增大，因此镀制得到的膜层中心位置处的厚度大于边缘处厚度，而光圈5是匀速变化的，第三薄膜层303从膜层中心位置处的厚度至边缘处厚度是逐渐变化的，如图7。

s7.镀膜完成，关闭非均匀多层薄膜的镀膜设备。

上述方法中，t1、t2、t3的数值可以根据实际镀制的薄膜设置。例如t1可以是60min或者70min或者80min。t2可以是60min或者70min或者80min。t3可以是60min或者70min或者80min。试样3的直径为d通过实验人员测量获得。速度v1、v2和v3通过非均匀多层薄膜的镀膜设备的计算机模块计算得出并进行控制。计算机模块为现有技术，本领域技术人员应该理解。

采用上述方法后，由于在镀制第一薄膜层时、镀制第二薄膜层、以及镀制第三薄膜层时，驱动机构交替的驱动光圈和遮挡装置在试样的上方动作，也就是说，试样表面是逐渐暴露的，暴露区域沉积薄膜，未暴露区域不沉积薄膜，即在镀膜时，试样表面沉积的薄膜是逐渐变化的，因此该方法可以镀制非均匀多层薄膜，为科研人员对非均匀多层薄膜的研究工作做铺垫。

优选的，在步骤s3之后和步骤s4之前还包括如下步骤：调节试样台4的高度，使所述光圈5和遮挡装置6的底端与试样3的上表面之间的间隔的大小为3～8mm。具体可以是3mm、5mm或8mm等数值。在这个范围内，镀制得到的非均匀多层薄膜效果最好。

上述方式基本列出了镀制三层薄膜的方法，当然，本领域人员应该知道，若想多镀制几层，可以重复步骤s5和s6，在此不再详细描述。

作为最佳选择，所述间隔的大小为5mm。

如图1-4，上述方法中所述用于镀制非均匀多层薄膜的系统包括镀膜腔体1和工控系统，所述镀膜腔体1内固定有靶材2和用于放置试样3的试样台4，所述试样台4高度可调式连接在镀膜腔体1的内底面上，所述一种非均匀多层薄膜的镀膜设备还包括孔径大小可变的光圈5、半径大小可变的遮挡装置6、将光圈5移送至试样3表面中心上方或离开试样3上方的第一驱动机构、以及将遮挡装置6移送至试样3表面中心上方或离开试样3上方的第二驱动机构，所述光圈5的一端与第一驱动机构连接，所述光圈5位于试样3上方时，所述光圈5的下表面与试样3的上表面之间具有间隔；所述遮挡装置6的一端与第二驱动机构连接，所述遮挡装置6位于试样3上方时，所述遮挡装置6的下表面与试样3的上表面之间具有间隔，所述光圈5、遮挡装置6、第一驱动机构、第二驱动机构均与工控系统电连接。具体的，光圈5可以采用类似于现有技术中的相机的光圈结构，因此，在此不再赘述，本领域技术人员应该了解。

所述镀膜腔体1内底部固定有第一安装台27，所述第一驱动机构包括第一支杆7，所述第一支杆7一端与第一安装台27转动连接，所述第一支杆7另一端与光圈5固定连接，所述第一安装台27上设有驱动第一支杆7转动的第一驱动单元，第一驱动单元与所述第一支杆7端部连接。所述第一支杆7一端与第一安装台27转动连接是指，所述第一支杆7一端连接有第一轴承8，所述第一支杆7通过第一轴承8与第一安装台27转动连接，所述第一支杆7的端部连接有第一齿轮9，所述第一驱动单元包括第一电机10和第二齿轮11，所述第一电机10固定在第一安装台27上，所述第二齿轮11与第一电机10连接，所述第一齿轮9和第二齿轮11啮合。这样，在需要将光圈5移送至试样3表面中心上方或离开试样3上方时，工控系统控制第一电机10可以实现上述功能，第一电机10可以是伺服电机。

所述镀膜腔体1内底部固定有第二安装台28，所述第二驱动机构包括第二支杆12，所述第二支杆12一端与第二安装台28转动连接，所述第二安装台28上设有驱动第二支杆12转动的第二驱动单元，第二驱动单元与所述第二支杆12端部连接，所述遮挡装置6包括空心管13、设在空心管13上的伞形伸缩结构、遮挡布26和驱动伞形伸缩结构张开与闭合的驱动装置，所述空心管13固定在第二支杆12远离第二安装台28的端部，所述伞形伸缩结构包括多根伞骨14、多根支撑骨15和撑杆16，多根所述伞骨14的一端均与空心管13的外表面铰接，多根所述伞骨14的一端朝下设置，多根所述支撑骨15一端与对应的伞骨14铰接，多根所述支撑骨15的另一端均与撑杆16铰接，所述撑杆16套设在空心管13并且所述撑杆16与空心管13滑动连接，所述遮挡布26与多根所述伞骨14连接并被多根所述伞骨14支撑，所述驱动装置包括第二电机17、绳18和卷筒19，所述第二电机17固定在第二支杆12上，并且第二电机17的驱动端伸入空心管13内，所述卷筒19位于空心管13内，所述卷筒19与第二电机17的驱动端连接，所述绳18一端与撑杆16的底端连接，所述绳18的另一端绕设在卷筒19上。如图4，第二电机17转动可以使绳18牵引撑杆16沿竖直方向上下运动，从而可以使遮挡装置6张开或闭合，从而实现遮挡装置6的半径大小可变，从而可以在镀膜的时候实现逐渐遮挡试样表面。

所述第二支杆12一端与第二安装台28转动连接是指，所述第二支杆12一端连接有第二轴承20，所述第二支杆12通过第二轴承20与第二安装台28转动连接，所述第二支杆12的端部连接有第三齿轮21，所述第二驱动单元包括第三电机22和第四齿轮23，所述第三电机22固定在第二安装台28上，所述第四齿轮23与第三电机22连接，所述第三齿轮21和第四齿轮23啮合。这样，在需要将遮挡装置6移送至试样3表面中心上方或离开试样3上方时，工控系统控制第三电机22可以实现上述功能，第三电机22可以是伺服电机。

所述试样台4高度可调式连接在镀膜腔体1的内底面上是指，所述试样台4的底端设有螺纹杆24，所述螺纹杆24上螺纹连接有螺母25，所述螺纹杆24的端部与镀膜腔体1的内底面螺纹连接，所述螺母25的下端面与镀膜腔体1的内底面抵紧。这样，可以根据实际镀膜条件调节试样台4高度。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施示例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的技术人员来说，凡运用本发明的技术方案和技术构思做出的其他各种相应的改变都应属于在本发明权利要求的保护范围之内。