CN103074586B - 一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于薄膜制备领域，具体地说是一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置和方法。该装置由包括两组四个矩形非平衡态磁控靶材、一个离子源和一个工件转架在内的真空腔体组成。两组非平衡态靶并排放置，每组中两个靶材呈面对面放置，可独立工作或同时工作；靶与靶之间距离可调，靶与靶的角度可调，靶材使用直流电源驱动，在每组靶材中靶与靶之间产生等离子体。工件转架位于两组靶材之间的中间位置，离子源位于一组靶材侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用。本发明可以屏蔽二次电子和氧负离子等造成聚合物等有机材料损伤和温升，并通过低温线性离子源辅助沉积，实现在聚合物等有机材料表面上低温低损伤高速均匀沉积薄膜。
Description
技术领域
本发明属于薄膜制备领域，具体地说是一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置和方法。
背景技术
透明有机光电器件由于具有较快的响应速度、较少的能量消耗、更高的亮度和可加工性等优点，已在新型平板显示、固体照明、柔性显示、高密度信息传输与存储、新能源和光化学利用等领域显现了广阔的应用前景。在这些透明有机光电器件中，通常需要在有机材料层上溅射沉积透明导电氧化物薄膜材料作为阴极，但传统的磁控溅射技术由于靶材与有机材料衬底平行，等离子体处于靶材和衬底之间，具有一定能量的荷能粒子如反射原子（氩原子、氧原子）、溅射原子、二次电子和氧负离子等直接对有机材料衬底轰击，导致损伤并引起温度的升高；此外，等离子体的热辐射和紫外辐射也会造成一定程度的损伤和温升。这种沉积过程中，引起的有机材料的损伤和温升会直接影响透明有机光电器件的性能与寿命。同时，传统的硬式显示器已经无法满足人们对显示器功能的需求，而柔性显示器有轻、薄、耐冲击、可绕曲性且不受场合和空间限制等特性，但柔性材料热传导率低，表面温度容易上升，限制了柔性器件的大规模应用。因此，需要一种新型在聚合物等有机材料层上低温低损伤高速制备阴极的装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以在聚合物等有机材料上低温低损伤高速沉积多功能复合薄膜的装置和方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置，该装置为真空装置，由包括两组四个矩形非平衡态磁控靶材、一个低温线性离子源和一个加偏压的工件转架在内的真空腔体组成；其中：两组非平衡态磁控靶材并排放置，每组中两个靶材呈面对面放置，独立工作或同时工作；在每组非平衡态磁控靶材中，靶材与靶材之间距离在10-15cm可调，靶材与靶材的角度在0-15度可调，靶材使用直流电源驱动，靶材与靶材之间产生等离子体；工件转架位于两组非平衡态磁控靶材之间的中间位置，低温线性离子源位于一组非平衡态磁控靶材侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，整个真空装置中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组非平衡态磁控靶材单独分别使用，或者同时使用。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，低温线性离子源位于一组非平衡态磁控靶材侧面，使用法兰与真空腔体连接；另一组非平衡态磁控靶材侧面使用相同法兰口的盲板与真空腔体连接，或者盲板更换为低温线性离子源，与已有的低温线性离子源同时使用。
一种利用所述装置的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，先使用低温线性离子源清洗轰击工件，然后使用直流电源溅射靶材在工件上沉积薄膜的同时使用低温线性离子源辅助沉积，其中溅射气体为惰性气体，反应气体为氧气或氮气，实现工件温度在200℃以下的镀膜，工件的材质为聚合物薄膜有机材料。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，使用的靶材采用纯金属靶材：锌靶、铝靶、铜靶、钛靶或银靶；或为合金靶材：锌铝合金；或为半导体氧化物靶材：铟锡氧化物（ITO）。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，整个真空装置中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组靶材A、B和C、D的材料相同或不同，相同的靶材适用于制备同质薄膜，不同的靶材适用于制备复合物薄膜。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，工件转架的旋转速度在8-20转/分可调，还具有正向转或反向转功能。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，工件转架连接脉冲偏压，脉冲电压50-1500V，脉冲频率为5-30KHz，占空比为5-80%。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，采用直流电源沉积薄膜。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，沉积薄膜为单层膜或两层以上的多层膜，膜厚度为100-500nm之间范围。
本发明的技术原理：
本发明将两块相同靶材分别呈平行镜面放置，靶材背面的磁极相反，其中靶材和溅射的外罩分别作为阴极和阳极。靶材和靶材之间产生等离子体，溅射原子通过与等离子体中其它荷能粒子的碰撞，运动至靶材侧面的工件架上沉积成薄膜。靶材均为负电位，在电场作用下，二次电子与氧负离子于靶材之间来回运动做螺旋状的拉莫尔运动，从而避免了对工件的直接轰击；等离子体区域远离工件，减少了等离子体的热辐射和光辐射，可以实现在聚合物等有机材料上的低温沉积。同时，为了提高薄膜的结合力，在溅射沉积前，使用低温线性离子源清洗轰击样品；溅射时，为提高沉积速率，可使用低温线性离子源以提高离化率。
本发明的优点和积极效果为：
1、本发明提出一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置和方法，可以屏蔽二次电子和氧负离子等造成聚合物等有机材料损伤和温升，并通过低温线性离子源辅助沉积，实现在聚合物等有机材料表面上低温低损伤高速均匀沉积薄膜。
2、本发明提出的装置在聚合物等有机材料上不仅可以实现单一种类金属薄膜的沉积，还可以实现沉积多元化合物薄膜和多层复合膜。
3、本发明通过调节溅射气体流量、反应气体种类、溅射时间、卷绕转架的速度等，实现在聚合物等有机材料表面沉积不同厚度的金属或化合物薄膜。
附图说明
图1为本发明装置整个真空系统附加单组低温线性离子源示意图。
图中，1第一组靶材，分别为：第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B；第二组靶材，分别为：第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D；2工件转架；3磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；4靶材冷却水管，分别为：用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B，用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D；5真空腔体；6低温线性离子源；7盲板。
图2为本发明装置中靶材角度调至15度的整个真空系统附加单组低温线性离子源示意图。
图中，1第一组靶材，分别为：第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B；第二组靶材，分别为：第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D；2工件转架；3磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；4靶材冷却水管，分别为：用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B，用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D；5真空腔体；6低温线性离子源；7盲板。
图3为本发明装置整个真空系统附加两组低温线性离子源示意图。
图中，1第一组靶材，分别为：第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B；第二组靶材，分别为：第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D；2工件转架；3磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；4靶材冷却水管，用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B，分别为：用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D；5真空腔体；6低温线性离子源，分别为：第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B。
图4为本发明装置中靶材角度调至15度的整个真空系统附加两组低温线性离子源示意图。
图中，1第一组靶材，分别为：第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B；第二组靶材，分别为：第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D；2工件转架；3磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；4靶材冷却水管，分别为：用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B，用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D；5真空腔体；6低温线性离子源，分别为：第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明提供一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置，该装置为真空装置，由包括两组四个矩形非平衡态磁控靶材、一个低温线性离子源和一个加偏压的工件转架在内的真空腔体组成；其中：两组非平衡态磁控靶材并排放置，每组中两个靶材呈面对面放置，独立工作或同时工作；在每组非平衡态磁控靶材中，靶材与靶材之间距离在10-15cm可调，靶材与靶材的角度在0-15度可调，靶材使用直流电源驱动，靶材与靶材之间产生等离子体；工件转架位于两组非平衡态磁控靶材之间的中间位置，低温线性离子源位于一组非平衡态磁控靶材侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，整个真空系统中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组非平衡态磁控靶材单独分别使用，或者同时使用。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，低温线性离子源位于一组非平衡态磁控靶材侧面，使用法兰与真空腔体连接；另一组非平衡态磁控靶材侧面使用相同法兰口的盲板与真空腔体连接，或者盲板更换为低温线性离子源，与已有的低温线性离子源同时使用。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，采用直流电源沉积薄膜。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，使用的靶材采用纯金属靶材：锌靶、铝靶、铜靶、钛靶或银靶；或为合金靶材：锌铝合金；或为半导体氧化物靶材：铟锡氧化物（ITO）。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，整个真空系统中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组靶材A、B和C、D的材料相同或不同，相同的靶材适用于制备同质薄膜，不同的靶材适用于制备复合物薄膜。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，实现工件温度在200°C以下的镀膜，工件的材质为聚合物薄膜有机材料。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，可实现镀单层膜或多层膜，膜厚度为100-500nm之间范围。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，该工件转架的旋转速度在8-20转/分可调，还具有正向转或反向转功能。
所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，该工件转架连接脉冲偏压，脉冲电压50-1500V，脉冲频率为5-30KHz，占空比为5-80%。
所述装置的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，先使用低温线性离子源清洗轰击工件，然后使用直流电源溅射靶材在工件上沉积薄膜的同时使用低温线性离子源辅助沉积，其中溅射气体为惰性气体，反应气体为氧气或氮气。
本发明低温线性离子源是指在常温真空条件下，通过充气管充入稳定气体，该气体在离子源的作用下进行电离，提高镀膜室内的电流密度，形成等离子体，增强离化，高电压情况下具有清洗工件作用，低电压下具有辅助沉积作用。其技术参数范围是：工作气压为1.1×10-1Pa-5Pa之间，离子源功率10kW。离子源电源采用中频逆变直流恒流源，占空比为20%-90%可调，电源电压分为高低档控位：1000V和300V。本发明中，低温线性离子源不会对真空室产生温升，也不会对工件产生温度影响，从而使得整个沉积温度不超过90℃。
实施例1
如图1所示，本发明装置整个真空系统主要包括设置于真空腔体5中的：第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）、工件转架2、磁铁系统（磁铁系统A部3A、磁铁系统B部3B）、低温线性离子源6，以及第二组靶材（第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D）、磁铁系统（磁铁系统C部3C、磁铁系统D部3D）等。具体结构如下：
第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为0度，所述工件转架2位于两组四面靶材中间的位置，低温线性离子源6位于第一组靶材侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用，低温线性离子源6使用法兰与真空腔体连接。
磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中：磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B分别对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，直流磁控溅射电源的阳极和真空腔体5接地。
第一组靶材A面1A连有用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，第一组靶材B面1B连有用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B。
第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为0度，所述工件转架2位于两组四面靶材中间的位置，第二组靶材侧面的真空腔体5侧壁设置盲板7，使用与真空腔体相同法兰口的盲板与真空腔体连接；
磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中：磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D分别对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，直流磁控溅射电源的阳极和真空腔体5接地。
第二组靶材C面1C连有用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，第二组靶材D面1D连有用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D。
本实施例中，第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）独立工作。采用铝靶在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜表面沉积铝薄膜，溅射气体（氩气）进入到真空腔体5中在第一组靶材之间（1A和1B之间）产生等离子体，PET固定在工件转架2上。首先将固定在工件转架2上的PET样品对准第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B侧面的低温线性离子源6，在低温线性离子源6中通入氩气，真空度为2.0×10-1Pa，打开低温线性离子源6，电流为0.50A，电压为500V，轰击10分钟以清洗聚合物表面。然后关掉低温线性离子源6，将样品旋转180度至背对低温线性离子源6。通入氩气，真空度为3.0×10-1Pa，打开直流电源，电流为1.00A，电压为290V，预溅射10分钟，然后将样品旋转180度，施加100V负偏压于旋转样品架，镀膜时间15分钟，沉积薄膜的厚度为300纳米。整个沉积温度不超过90℃。
实施例2
如图1所示，本发明装置整个真空系统主要包括设置于真空腔体5中的：第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）、工件转架2、磁铁系统（磁铁系统A部3A、磁铁系统B部3B）、低温线性离子源6，以及第二组靶材（第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D）、磁铁系统（磁铁系统C部3C、磁铁系统D部3D）等。具体结构如下：
第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为0度，所述工件转架2位于两组四面靶材中间的位置，低温线性离子源6位于一组靶材侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用，低温线性离子源6使用法兰与真空腔体连接。
磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中：磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B分别对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，直流磁控溅射电源的阳极和真空腔体5接地。
第一组靶材A面1A连有用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，第一组靶材B面1B连有用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B。
第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为0度，第二组靶材侧面的真空腔体5侧壁设置盲板7，使用与真空腔体相同法兰口的盲板与真空腔体连接。
磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中：磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D分别对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，直流磁控溅射电源的阳极和真空腔体5接地。
第二组靶材C面1C连有用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，第二组靶材D面1D连有用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D。
本实施例中，第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）独立工作。采用铝靶在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）表面沉积铝薄膜，溅射气体（氩气）进入到真空腔体5中在第一组靶材之间（1A和1B之间）产生等离子体，PET固定在工件转架2上。首先将固定在工件转架2上的PET样品对准第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B侧面的低温线性离子源6，在低温线性离子源6中通入氩气，真空度为2.0×10-1Pa，打开低温线性离子源6，电流为0.50A，电压为500V，轰击10分钟以清洗聚合物表面。然后将样品旋转180度至背对低温线性离子源6。通入氩气，真空度为3.0×10-1Pa，调节低温线性离子源6，电流为0.25A，电压为280V，打开直流电源，电流为1.00A，电压为290V，预溅射10分钟，然后将样品旋转180度，施加100V负偏压于旋转样品架，镀膜时间15分钟，沉积薄膜的厚度为400纳米。整个沉积温度不超过90°C。
实施例3
如图2所示，本发明装置整个真空系统主要包括设置于真空腔体5中的：第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）、第二组靶材（第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D）、工件转架2、磁铁系统（磁铁系统A部3A、磁铁系统B部3B）、磁铁系统（磁铁系统C部3C、磁铁系统D部3D）、低温线性离子源6等。具体结构如下：
第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为15度，第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为15度。所述工件转架2位于两组四面靶材中间的位置，低温线性离子源6位于第一组靶材侧面，使用法兰与真空腔体5连接，起离子清洗和辅助沉积的作用。另外，第二组靶材侧面的真空腔体5侧壁设置盲板7，使用与真空腔体相同法兰口的盲板与真空腔体连接。
磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中：磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B分别对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，直流磁控溅射电源的阳极和真空腔体5接地。
第一组靶材A面1A连有用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，第一组靶材B面1B连有用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B。第二组靶材C面1C连有用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，第二组靶材D面1D连有用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D。
本实施例中，第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）和第二组靶材（第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D）同时工作。采用铝靶在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）表面沉积薄膜，溅射气体（氩气）进入到真空腔体5中，在第一组靶材之间（1A和1B之间）和第二组靶材之间（1C和1D之间）产生等离子体，PET固定在工件转架2上。首先将固定在工件转架2上的PET样品对准第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B侧面的低温线性离子源6，在低温线性离子源6中通入氩气，真空度为2.0×10-1Pa，打开低温线性离子源6，电流为0.50A，电压为500V，轰击10分钟以清洗聚合物表面。然后将样品旋转180度至背对低温线性离子源6。通入氩气，真空度为3.0×10-1Pa，调节低温线性离子源6，电流为0.25A，电压为280V，打开直流电源，电流为1.00A，电压为290V，预溅射10分钟，然后将样品旋转180度，施加100V负偏压于旋转样品架，镀膜时间15分钟，沉积薄膜的厚度为450纳米。整个沉积温度不超过90℃。
实施例4
如图3所示，本发明装置整个真空系统主要包括设置于真空腔体5中的：第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）、第二组靶材（第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D）、工件转架2、磁铁系统（磁铁系统A部3A、磁铁系统B部3B）、磁铁系统（磁铁系统C部3C、磁铁系统D部3D）、第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B等。具体结构如下：
第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为0度，第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为0度。所述工件转架2位于两组四面靶材中间的位置，第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B分别位于第一组靶材A、B和第二组靶材C、D的侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用，第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B分别使用法兰与真空腔体5连接。
磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中：磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B分别对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，直流磁控溅射电源的阳极和真空腔体5接地。
第一组靶材A面1A连有用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，第一组靶材B面1B连有用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B。第二组靶材C面1C连有用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，第二组靶材D面1D连有用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D。
本实施例中，第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）和第二组靶材（第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D）同时工作。采用铝靶在PET表面沉积薄膜，溅射气体（氩气）进入到真空腔体5中，在第一组靶材之间（1A和1B之间）和第二组靶材之间（1C和1D之间）产生等离子体，PET固定在工件转架2上。首先旋转工件架，转速为20转/分，在第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B中分别通入氩气，真空度为2.0×10-1Pa，打开低温线性离子源6，电流为0.50A，电压为500V，轰击10分钟以清洗聚合物表面。通入氩气，真空度为3.0×10-1Pa，调节第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B，电流为0.25A，电压为280V，打开直流电源，电流为1.00A，电压为290V，施加100V负偏压于旋转样品架，镀膜时间15分钟，沉积薄膜的厚度为500纳米。整个沉积温度不超过90°C。
实施例5
如图4所示，本发明装置整个真空系统主要包括设置于真空腔体5中的：第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）、第二组靶材（第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D）、工件转架2、磁铁系统（磁铁系统A部3A、磁铁系统B部3B）、磁铁系统（磁铁系统C部3C、磁铁系统D部3D）、第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B等。具体结构如下：
第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为15度，第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D相对设置，距离12cm，靶与靶的角度为15度。所述工件转架2位于两组四面靶材中间的位置，第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B分别位于第一组靶材A、B和第二组靶材C、D的侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用，第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B分别使用法兰与真空腔体5连接。
磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中：磁铁系统A部3A和磁铁系统B部3B分别对应于第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部3C和磁铁系统D部3D对应于第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D，且磁极相反；直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，直流磁控溅射电源的阳极和真空腔体5接地。
第一组靶材A面1A连有用于冷却第一组靶材A面1A的冷却水管4A，第一组靶材B面1B连有用于冷却第一组靶材B面1B的冷却水管4B。第二组靶材C面1C连有用于冷却第二组靶材C面1C的冷却水管4C，第二组靶材D面1D连有用于冷却第二组靶材D面1D的冷却水管4D。
本实施例中，第一组靶材（第一组靶材A面1A和第一组靶材B面1B）和第二组靶材（第二组靶材C面1C和第二组靶材D面1D）同时工作。采用铝靶在PET表面沉积薄膜，溅射气体（氩气）进入到真空腔体5中，在第一组靶材之间（1A和1B之间）和第二组靶材之间（1C和1D之间）产生等离子体，PET固定在工件转架2上。首先旋转工件架，转速为20转/分，在第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B中分别通入氩气，真空度为2.0×10-1Pa，打开低温线性离子源6，电流为0.50A，电压为500V，轰击10分钟以清洗聚合物表面。通入氩气，真空度为3.0×10-1Pa，调节第一组低温线性离子源6A和第二组低温线性离子源6B，电流为0.25A，电压为280V，打开直流电源，电流为1.00A，电压为290V，施加100V负偏压于旋转样品架，镀膜时间15分钟，沉积薄膜的厚度为550纳米。整个沉积温度不超过90°C。
本发明两组非平衡态磁控靶由直流电源驱动在靶材之间产生高密度的等离子体，旋转工件转架上施加偏压，低温线性离子源可以提高沉积速率。本发明通过调节磁控溅射装置中真空室内的气体流量、溅射沉积时间和使用不同的靶材等，实现在聚合物等有机材料上沉积金属或氧化物纳米薄膜。
实施例结果表明，本发明中非平衡态磁控溅射靶由直流电源驱动并在靶材之间产生高密度等离子体，可实现在聚合物等有机材料上的均匀地沉积金属或者氧化物纳米薄膜，拓展了磁控溅射镀膜的应用范围。
Claims (9)
1.一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置，其特征在于，该装置为真空装置，由包括两组四个矩形非平衡态磁控靶材、一个低温线性离子源和一个加偏压的工件转架在内的真空腔体组成；其中：两组非平衡态磁控靶材并排放置，每组中两个靶材呈面对面放置，独立工作或同时工作；在每组非平衡态磁控靶材中，靶材与靶材之间距离在10-15cm可调，靶材与靶材的角度在0-15度可调，靶材使用直流电源驱动，靶材与靶材之间产生等离子体；工件转架位于两组非平衡态磁控靶材之间的中间位置，低温线性离子源位于一组非平衡态磁控靶材侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用；
每组中两个靶材背面的磁极相反，其中靶材和溅射的外罩分别作为阴极和阳极；靶材和靶材之间产生等离子体，溅射原子通过与等离子体中其它荷能粒子的碰撞，运动至靶材侧面的工件架上沉积成薄膜；靶材均为负电位，在电场作用下，二次电子与氧负离子于靶材之间来回运动做螺旋状的拉莫尔运动，避免对工件的直接轰击；等离子体区域远离工件，减少等离子体的热辐射和光辐射，实现工件温度在200℃以下的低温沉积；
低温线性离子源是指在常温真空条件下，通过充气管充入稳定气体，该气体在离子源的作用下进行电离，提高镀膜室内的电流密度，形成等离子体，增强离化，高电压情况下具有清洗工件作用，低电压下具有辅助沉积作用；其技术参数范围是：工作气压为1.1×10-1Pa-5Pa之间，离子源功率10kW；离子源电源采用中频逆变直流恒流源，占空比为20%-90%可调，电源电压分为高低档控位：1000V和300V。
2.按照权利要求1所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，其特征在于，整个真空装置中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组非平衡态磁控靶材单独分别使用，或者同时使用。
3.按照权利要求1所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，其特征在于，低温线性离子源位于一组非平衡态磁控靶材侧面，使用法兰与真空腔体连接；另一组非平衡态磁控靶材侧面使用相同法兰口的盲板与真空腔体连接，或者盲板更换为低温线性离子源，与已有的低温线性离子源同时使用。
4.一种利用权利要求1所述装置的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，其特征在于，先使用低温线性离子源清洗轰击工件，然后使用直流电源溅射靶材在工件上沉积薄膜的同时使用低温线性离子源辅助沉积，其中溅射气体为惰性气体，反应气体为氧气或氮气，实现工件温度在200℃以下的镀膜，工件的材质为聚合物薄膜有机材料。
5.按照权利要求4所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，其特征在于，使用的靶材采用纯金属靶材：锌靶、铝靶、铜靶、钛靶或银靶；或为合金靶材：锌铝合金；或为半导体氧化物靶材：铟锡氧化物。
6.按照权利要求4所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，其特征在于，整个真空装置中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组靶材A、B和C、D的材料相同或不同，相同的靶材适用于制备同质薄膜，不同的靶材适用于制备复合物薄膜。
7.按照权利要求4所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，其特征在于，工件转架的旋转速度在8-20转/分可调，还具有正向转或反向转功能。
8.按照权利要求4所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，其特征在于，工件转架连接脉冲偏压，脉冲电压50-1500V，脉冲频率为5-30KHz，占空比为5-80%。
9.按照权利要求4所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，其特征在于，沉积薄膜为单层膜或两层以上的多层膜，膜厚度为100-500nm之间范围。
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