一种浅注入成膜设备及其技术

本发明涉及浅注入成膜，具体是指一种浅注入成膜设备及其技术。

背景技术：

1、近几十年随着科学技术的发展，涂层及涂层改性技术受重视程度越来越高。涂层技术主要分为气相沉积、热喷涂、化学热处理、热反应扩散沉积、化学镀、复合镀、阳极氧化等。物理气相沉积主要包括多弧离子镀、磁控溅射沉积、电子束蒸发、离子束辅助溅射沉积等等。多弧离子镀技术表面沉积制备的涂层表面粗糙度高、表面存在大颗粒以及成膜时温度高等缺陷，应用在精细成膜领域相对困难。磁控溅射和离子束辅助溅射沉积技术离化率低，沉积的膜层结合力偏差，成膜速率低，在要求结合强度、沉积速率等技术参数时，该技术很难满足要求。蒸发类技术成膜时优点是成膜速率快，但缺点是离化率更低、成膜结合力相比磁控溅射和离子束辅助沉积技术还更弱；在进行低温高质量成膜领域缺乏涂层技术。

2、现有的高质量成膜技术：原子层沉积(ald)，等离子体化学气相沉积(pcvd)，分子束外延(mbe)等。原子层沉积(ald)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。等离子体化学气相沉积(pcvd)，是一种用等离子体激活反应气体,促进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。现有技术沉积速率偏低，结合强度偏弱，以及设备相对偏贵。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述的各种问题，提供了沉积速率高，膜层致密性好，膜基结合力强，成膜技术可操作性强的一种浅注入成膜设备及其技术。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种浅注入成膜设备，包括真空腔室底柜，所述真空腔室底柜上面连接设有真空腔室，所述真空腔室上面通过活套法兰一连接设有分子泵，所述真空腔室前面通过合页转动连接设有真空腔室门，所述真空腔室门上通过螺钉连接设有真空腔室观察窗，所述真空腔室两侧均通过活套法兰二连接设有磁过滤器，所述磁过滤器上面连接设有阳极筒，所述阳极筒上通过螺钉连接设有阴极靶，所述阴极靶连接设于磁过滤器上，所述磁过滤器上绕线固定连接设有脉冲磁场系统，所述真空腔室底部通过工作台转轴系统和齿轮连接设有旋转工作台，所述旋转工作台和所述真空腔室绝缘设置，所述真空腔室内通过绝缘螺钉固定连接设有交变电场，所述磁过滤器出口通过绕组方式连接设有纵横磁场，所述真空腔室上通过氮化硼套管固定连接设有偏压网系统，所述磁过滤器上通过螺钉引线连接设有磁过滤系统电位接线。

3、本发明与现有技术相比的优点在于：相对于现有的高质量成膜技术，本发明中浅注入成膜技术有如下优点：1)沉积速率高>20nm/min；2)膜层致密性好，膜层密度不低于体材料的90％；3)膜基结合力强，结合强度大于10n(100nm为标准)；4)成膜技术可操作性强。

4、优选的，所述阳极筒和所述阴极靶之间连接设有绝缘套。

5、优选的，所述阴极靶通过螺钉和绝缘套和所述磁过滤器相连接。

6、优选的，设置两套电源系统协助使用，实现浅注入的沉积目的：v2，v3组成的偏压电源：v2为负电位，可实现等离子体中电子和离子的分离，实现纯离子束的沉积；同时，离子束的能量可方便通过电压进行调控；设置v1和v2交流脉冲电源，对引入的离子束流进行减速或者加速，实现能量的交替，完成不同深度的浅注入效应沉积，由一个系统完成原来需要高能离子注入和沉积系统同时工作所能达到的效果。

7、设置栅网，栅网辅助磁过滤管道实现大颗粒的过滤，大颗粒和栅网碰撞部分发生反弹，部分留在栅网上，实现过滤的目的。

8、设置电磁场交叉场，在等离子体引出口设置电磁场交叉场；v＝e/b,如磁场强度保持恒定，则电场进行扫描，不同时间下通过交叉场的离子速度不一致，可以实现不同速度的交叉沉积；同时也能把电子和离子分开，电子速度远大于离子，因为交叉场和质量无关。

技术特征：

1.一种浅注入成膜设备，包括真空腔室底柜(8)，其特征在于：所述真空腔室底柜(8)上面连接设有真空腔室，所述真空腔室上面通过活套法兰一(4)连接设有分子泵(3)，所述真空腔室前面通过合页转动连接设有真空腔室门(1)，所述真空腔室门(1)上通过螺钉连接设有真空腔室观察窗(2)，所述真空腔室两侧均通过活套法兰二(7)连接设有磁过滤器(6)，所述磁过滤器(6)上面连接设有阳极筒(5)，所述阳极筒(5)上通过螺钉连接设有阴极靶(14)，所述阴极靶(14)连接设于磁过滤器(6)上，所述磁过滤器(6)上绕线固定连接设有脉冲磁场系统(12)，所述真空腔室底部通过工作台转轴系统(10)和齿轮连接设有旋转工作台(13)，所述旋转工作台(13)和所述真空腔室绝缘设置，所述真空腔室内通过绝缘螺钉固定连接设有交变电场(15)，所述磁过滤器(6)出口通过绕组方式连接设有纵横磁场(16)，所述真空腔室上通过氮化硼套管固定连接设有偏压网系统(11)，所述磁过滤器(6)上通过螺钉引线连接设有磁过滤系统电位接线(9)。

2.根据权利要求1所述的一种浅注入成膜设备，其特征在于：所述阳极筒(5)和所述阴极靶(14)之间连接设有绝缘套。

3.根据权利要求1所述的一种浅注入成膜设备，其特征在于：所述阴极靶(14)通过螺钉和绝缘套和所述磁过滤器(6)相连接。

4.权利要求1所述的一种浅注入成膜技术，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种浅注入成膜设备，包括真空腔室底柜，真空腔室底柜上面连接设有真空腔室，真空腔室上面通过活套法兰一连接设有分子泵，真空腔室两侧均通过活套法兰二连接设有磁过滤器，磁过滤器上面连接设有阳极筒，真空腔室底部通过工作台转轴系统和齿轮连接设有旋转工作台，旋转工作台和真空腔室绝缘设置，真空腔室内通过绝缘螺钉固定连接设有交变电场，磁过滤器出口通过绕组方式连接设有纵横磁场，真空腔室上通过氮化硼套管固定连接设有偏压网系统，磁过滤器上通过螺钉引线连接设有磁过滤系统电位接线。本发明的优点：沉积速率高，膜层致密性好，膜基结合力强，成膜技术可操作性强。

技术研发人员：欧阳潇,廖斌,张旭,吴先映,英敏菊,罗军,陈琳,庞盼
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13