CN103182297B - 一种高吸气性能薄膜吸气剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高吸气性能的薄膜吸气剂及制备方法。该薄膜吸气剂是在金属、硅片、陶瓷、玻璃基片或密封器件内壁沉积一层气体吸收层或是由气体吸收层与调节层构成的双层结构薄膜，气体吸收层为Zr和Co与选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种材料形成的多元合金，调节层为Ti、Zr、Y、Hf、Mn、Cu、Cr、Al、Fe、Pt、Ru中的一种或多种组分形成的合金。制备方法是采用射频磁控溅射法来沉积气体吸收层和调节层薄膜。本发明的薄膜吸气剂在250～350℃之间激活，吸气速率高，吸气容量大，解决了附着力差、制备效率低与激活时易中毒问题，能够满足微电子机械系统(MEMS)、平板显示器(OLED/FED/LCD)、太阳能绝热板、氢敏感微电子器件的高可靠性与长寿命所需的真空工作环境的设计要求。

Description

一种高吸气性能薄膜吸气剂及制备方法

技术领域

本发明属于一种新型真空获得与维持材料及其制备方法。具体地说，本发明涉及一种高吸气性能的薄膜吸气剂及在基片或密封器件内壁制备该薄膜吸气剂的方法。

背景技术

吸气材料能够通过物理或化学吸附作用吸收真空器件中的残余活性气体或器件使用过程中释放的活性气体，提高真空系统的极限真空水平，避免真空品质随使用寿命而下降，起到减小活动部件振动阻尼、降低内腔热耗散、避免气体与精密元件反应导致污染或质量变化的作用，达到维持真空设备或密封器件真空品质与理想工作环境的目的。吸气材料主要分为蒸散型(Evaporable Getter)和非蒸散型(Non-evaporableGetter or NEG)。前者需蒸散并沉积在真空器件内壁上吸收活性气体，它通常为钡、锶、钙、镁及其合金，因其蒸散性质带来诸多问题导致应用范围有限；后者通过加热激活得到活性表面来吸收活性气体，它通常为钛、锆、铪、钇等金属及其与过渡族元素组成的合金，可以制成块体、带材、厚膜和薄膜，已普遍应用在超高真空系统、电光源、太阳能集热设备、惰性气体纯化、溅射离子泵、吸气剂泵、平板显示器(OLED/FED/LCD)中，保障设备运行的可靠性、稳定性与工作寿命。

上世纪90年代末，欧洲原子能中心(CERN)在大型强子对撞机(LHC)中首次制备出Ti-Zr-V薄膜形成管道泵，随着现代精密电子元器件更加微小型化，非蒸散型薄膜吸气材料(NEG Thin Film)应用越来越广泛。薄膜吸气剂通过直流磁控溅射法(DC Magnetron Sputtering)将非蒸散型吸气材料沉积在真空容器内壁或固态衬底上，厚度在几百纳米至几微米之间，激活温度低(180℃～450℃)，吸气速率高，沉积尺寸与厚度灵活可控，能够实现激活过程与真空器件制造过程兼容，减小能源消耗。目前，薄膜吸气剂主要有Ti膜、Ti-Zr-V膜和ZrV₂膜等。I.M.Sturland等在美国专利7413841中提出控制衬底温度于工作气压来制备主体层密度小和表面层密度大的Ti膜，增强其抗氧化能力。Andrea等在美国专利7413841中设计了主体层较厚的Ti膜，表面层为低温激活且厚度较薄的ZrV₂膜，比单层的Ti膜吸气性能更好。C.Benvenuti等在文章“Influence of the sub strate coating temperature on the vacuum properties of Ti-Zr-Vnon-evaporable getter films”中发现柱状结构、大孔隙率、粗糙的Ti-Zr-V薄膜具有优异的吸气性能。O.B.Malyshev等在文章“Influence of deposition pressure and pulsed dcsputtering on pumping properties of Ti-Zr-V nonevaporable getter films”中发现采用较大的工作压强、无离子辅助轰击及粗糙衬底有利于制备开放柱状结构Ti-Zr-V薄膜。中科院近代物理研究所和国家同步辐射实验室运用与CERN上世纪末相同的方法在真空管道内壁沉积Ti-Zr-V薄膜，薄膜结构与吸气性能均不够理想。随着近年来MEMS惯性传感器(加速度计和陀螺仪)、压力传感器、光学红外设备(光学开关、辐射热量计和红外图像传感器)的大量应用，薄膜吸气剂成为上述微型器件高可靠性、稳定性及长寿命的关键材料之一。

目前，薄膜吸气剂在材料体系和制备方法上存在诸多的不足，突出问题有：(1)Ti-Zr-V等多数非蒸散体系中含有V，其毒性对人体存在极大危害，同时Ti-Zr-V合金靶熔炼加工困难，制备成本高。(2)直流磁控溅射法制备薄膜吸气剂通常选用极低的沉积速率(1～8nm/min)，沉积时间长达10小时以上，难以满足工业化高效率生产的需求；(3)保护层和低温激活层工艺复杂，可能减小薄膜的比表面积，增加气体扩散阻力；(4)薄膜在某些衬底上附着力差的问题未能解决；(5)制备薄膜时背底真空度通常选用10^-6Pa量级，对设备真空系统的配置要求过高；(6)基片或器件管壳在沉积薄膜吸气剂之前需经过烘需烤除气长达十几个小时以上，否则在加热激活时气体直接扩散至活性主体层，导致薄膜吸气性能丧失(中毒效应)。

本发明的创新点在于采用一种不含V的新型材料体系，运用射频磁控溅射法高效率地制备出薄膜吸气剂，同时通过调控工艺参数和引入调节层来制备纳米级多孔柱状结构，有效解决了制备效率低、易中毒、附着力差的问题，减少了衬底的烘烤除气时间，缩短了工艺流程，为薄膜吸气剂的大规模应用提供了有价值的解决方案，目前国内还没有机构运用这种方法来制备出类似的高吸气性能的薄膜吸气剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄膜吸气剂，含有气体吸收层，或者由气体吸收层与调节层形成的双层结构薄膜，具有低温激活性质和高吸气性能。

本发明的另一个目的是提供一种高效率制备薄膜吸气剂的方法。

本发明的再一个目的是提供该种高效率制备薄膜吸气剂的用途。

为实现所述目的，本发明采用以下技术方案：

一种薄膜吸气剂，是在玻璃或陶瓷基片或其形成的密封器件内壁上沉积气体吸收层，或者在金属、陶瓷、玻璃、硅基片或其形成的密封器件内壁上先沉积调节层，再在调节层上沉积气体吸收层，即形成双层结构薄膜。所述的气体吸收层为Zr和Co与选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种材料形成的多元合金。所述的调节层为Ti、Zr、Y、Hf、Mn、Cu、Cr、Al、Fe、Pt、Ru中的一种或多种组分形成的合金，该调节层的成分与气体吸收层成分或相同，或不相同。

即，本发明的一种高吸气性能薄膜吸气剂，是在基片或密封器件内壁上沉积一层气体吸收层，所述的气体吸收层为Zr和Co与选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种材料形成的多元合金。

或者是本发明的薄膜吸气剂，是在所述的基片或密封器件内壁与气体吸收层之间还有一层调节层，即在基片或密封器件内壁上沉积由气体吸收层与调节层构成的双层结构薄膜，所述的调节层为Ti、Zr、Y、Hf、Mn、Cu、Cr、Al、Fe、Pt、Ru中的一种或多种组分形成的合金，该调节层的成分与气体吸收层成分或相同，或不相同。

在本发明的薄膜吸气剂中，气体吸收层吸收除惰性气体以外的活性气体，具低温激活性质和高吸气性能，调节层能够调控气体吸收层的微观结构，抑制基片或器件内壁对气体吸收层的毒化作用，增大薄膜吸气剂在衬底上的附着力。

在本发明的薄膜吸气剂中，在所述的气体吸收层材料中，其优选组成为：Zr含量占60～90wt％，Co含量占9～30wt％，选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的一种或多种材料的质量分数占1wt％～10wt％。

在本发明的薄膜吸气剂中，在所述的调节层材料中，其优选组成为：Ti、Zr、Y、Hf、Mn、Cu、Cr、Al、Fe、Pt、Ru中的一种或多种组分形成的合金，该调节层的成分与气体吸收层成分或相同，或不相同。

在本发明的薄膜吸气剂中，所述的气体吸收层厚度为1μm～10μm。

在本发明的薄膜吸气剂中，所述的气体吸收层是一层纳米级纤维多孔柱状结构的薄膜，纤维直径为1～10nm，长度为50～500nm，纤维生长方向垂直于生长面，由纤维组成的柱状组织直径为10～500nm，组织之间有界面和孔洞，薄膜比表面积大于10m²/g。

在本发明的薄膜吸气剂中，所述的调节层厚度为10nm～500nm。

在本发明的薄膜吸气剂中，所述的调节层是致密薄膜，内部无界面或孔洞，比表面积不超过3m²/g。

在本发明的薄膜吸气剂中，所述的调节层与气体吸收层成分可以相同，该调节层纯度大于99.5％。

在本发明的薄膜吸气剂中，在只有一层气体吸收层的情况下，所述的基片或密封器件内壁的表面材料是陶瓷、玻璃中的一种。

在本发明的薄膜吸气剂中，在具有双层结构薄膜的情况下，在所述的基片或密封器件内壁的表面材料是金属、陶瓷、玻璃、硅材料中的一种。

所述的金属是Cu、Al、Ti、Ti、Mo、可伐合金、不锈钢、合金、或其他能够用作密封器件管壳的金属。

所述的陶瓷是Al₂O₃、SiC、ZrO、ZnO或其他能够用作密封器件管壳的陶瓷材料。

所述的玻璃是石英玻璃、高硅氧玻璃、钙钠玻璃、铅硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃或其他能够用作密封器件管壳的玻璃材料。

所述的硅是单晶硅、多晶硅或非晶硅。

一种制备薄膜吸气剂方法，所述方法的步骤包括：

(1)按照器件的尺寸要求制备金属、陶瓷、玻璃、硅基片或密封器件管壳，基片表面或器件管壳内壁经过预处理(喷砂、打磨、抛光)、酸洗或碱洗工艺，取出用去离子水冲洗10min。

(2)基片或器件内壁风干处理，或者经过真空烘烤处理，烘烤温度为150～350℃，时间为30～90min，其中真空烘烤的真空度为1×10^-2～1×10^-4Pa。

(3)在步骤(2)中得到的基片或器件内壁上，采用磁控溅射法沉积Zr和Co与选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种材料形成的多元合金，作为气体吸收层。

或者，(4)在步骤(2)中得到的基片或器件内壁上，采用磁控溅射法沉积Ti、Zr、Y、Hf、Mn、Cu、Cr、Al、Fe、Pt、Ru中的一种或多种组分形成的合金，作为调节层，再在该调节层上采用磁控溅射法制备步骤(3)中的气体吸收层，构成双层结构薄膜。

本发明的薄膜吸气剂制备方法中，在所述步骤(3)和(4)中，所述的磁控溅射法为射频磁控溅射法。

本发明的薄膜吸气剂制备方法中，在所述步骤(3)和(4)中，运用掩膜法得到所需尺寸的沉积图案，掩膜材料为金属或陶瓷质材套筒。

本发明的薄膜吸气剂制备方法中，在所述步骤(3)和(4)中，还可运用光刻法或者离子刻蚀获得更高尺寸精度的沉积图案。

也就是，一种薄膜吸气剂的制备方法(在只有一层气体吸收层的情况下)，该方法包括下述步骤：

(1)、将基片或密封器件内壁的表面清洗洁净，或者经过表面预处理后清洁洗净，并经过风干处理或烘烤处理，将表面清洗洁净的基片或密封器件内壁作为衬底；

(2)、采用金属靶材，运用射频磁控溅射法将金属材料沉积在基片或密封器件内壁上，其中，金属靶材的成分、含量与气体吸收层的成分、含量相同，金属靶材成分的纯度大于99.5wt％，不同位置成分偏差小于0.5wt％；

(3)、将射频磁控溅射系统的溅射室真空抽至1×10^-6～1×10^-4Pa，工作气氛是体积分数为99.99％高纯氩气或氪气，工作气压范围为1Pa～50Pa，射频功率为20～200W，金属靶材与衬底之间的距离为5～12cm，在薄膜沉积之前，金属靶材经过预溅射清洗，预溅射时间为5～25min，气体吸收层的沉积时间为30～200min，衬底自旋速度为1～10r/min，衬底采用自然冷却、水冷或者加热；即在基片或密封器件内壁上溅射气体吸收层。

在上述的薄膜吸气剂的制备方法(在只有一层气体吸收层的情况下)中，所述的基片或密封器件内壁的表面材料是陶瓷、玻璃中的一种。

或者是，一种薄膜吸气剂的制备方法(在具有双层结构薄膜的情况下)，该方法包括下述步骤：

(1)、将基片或密封器件内壁的表面清洗洁净，或者经过表面预处理后清洁洗净，并经过风干处理或烘烤处理，将表面清洗洁净的基片或密封器件内壁作为衬底；

(2)、采用金属靶材，运用射频磁控溅射法将金属材料沉积在基片或密封器件内壁上，其中，金属靶材的成分、含量与调节层的成分、含量相同，金属靶材成分的纯度大于99.5wt％，不同位置成分偏差小于0.5wt％；

(3)、将射频磁控溅射系统的溅射室真空抽至1×10^-6～1×10^-4Pa，工作气氛是体积分数为99.99％高纯氩气或氪气，工作气压范围为0.1Pa～2Pa，射频功率为50～200W，金属靶材与衬底之间的距离为3～6cm，在薄膜沉积之前，金属靶材经过预溅射清洗，预溅射时间为5～25min，调节层沉积时间为1～10min，基片自旋速度为10～20r/min，基片采用水冷或无需加热；即在基片或密封器件内壁上溅射调节层；

(4)、更换金属靶材，金属靶材的成分、含量与气体吸收层的成分、含量相同，金属靶材成分的纯度大于99.5wt％，不同位置成分偏差小于0.5wt％；

(5)、继续进行溅射，将射频磁控溅射系统的溅射室真空抽至1×10^-6～1×10^-4Pa，工作气氛是体积分数为99.99％高纯氩气或氪气，工作气压范围为1Pa～50Pa，射频功率为20～200W，金属靶材与衬底之间的距离为5～12cm，在薄膜沉积之前，金属靶材预先经过预溅射清洗，预溅射时间为5～25min，气体吸收层的沉积时间为30～200min，衬底自旋速度为1～10r/min，衬底采用自然冷却、水冷或者加热；即在基片或密封器件内壁的调节层上的溅射气体吸收层。

在上述的薄膜吸气剂的制备方法(在具有双层结构薄膜的情况下)中，所述的基片或密封器件内壁的表面材料是金属、陶瓷、玻璃、硅材料中的一种。

在本发明的薄膜吸气剂的制备方法中，在所述的步骤(1)中的烘烤处理的烘烤温度为150～350℃，烘烤时间为30～90min，烘烤方式为真空烘烤或惰性气氛烘烤，其中真空烘烤的真空度为1×10^-2～1×10^-4Pa。

本发明的薄膜吸气剂的制备方法中，射频磁控溅射法的沉积速率在10～200nm/min之间。

本发明的薄膜吸气剂的用途，将所述的薄膜吸气剂经过250～350℃激活15～60min后，能够大量吸收除惰性气体以外的多数活性气体，如H₂、O₂、CO、CO₂、N₂等，特别是对H₂有很高的吸气速率和吸气容量。

本发明的优点在于：

本发明的薄膜吸气剂采用了纳米级多孔柱状结构的气体吸收层，或者由气体吸收层与调节层组成的双层结构薄膜，其中调节层能够调控气体吸收层的微观结构，还能抑制基片或器件内壁对气体吸收层的毒化作用，增大薄膜吸气剂在衬底上的附着力，间接缩短了基片或器件内壁的烘烤时间。本发明采用了不含钒的新材料体系，不仅成本上具有优势，也避免了对人体的毒害，改善了使用安全性和环境友好性。本发明采用射频磁控溅射法代替常规直流磁控溅射法，薄膜沉积速率提高，节省了人力、能源与时间的投入。本发明的薄膜吸气剂可在较低温度与较短时间内被激活(250～350℃；15～60min)，与器件的封装键合工艺兼容性好。本发明的薄膜吸气剂在激活后吸收活性气体，具有高吸气速率和大吸气容量，特别是对H₂具有高吸气性能。本发明的射频磁控溅射法可配合掩膜、光刻或离子刻蚀法，获得高尺寸精度的图案，薄膜厚度可控。本发明的薄膜吸气剂能够满足微电子机械系统(MEMS)、平板显示器(OLED/FED/LCD)、太阳能绝热板、氢敏感微电子器件等的高可靠性与长寿命所需的真空工作环境的设计要求。

附图说明

图1为本发明的薄膜吸气剂与实施例1、2、5示意图。

图2为本发明实施例3、4、9的示意图。

图3为本发明实施例6、7的示意图。

图4为本发明实施例8的示意图。

图5为本发明实施例10的示意图。

图6为本发明的实施例3、4、7中薄膜吸气剂吸气性能曲线。

具体实施方式

本发明薄膜吸气剂的单层结构薄膜如图1所示，在基片2上沉积一层气体吸收层1。本发明的薄膜吸气剂的双层结构薄膜如图2所示，在基片5上先沉积一层调节层4，再在调节层4上沉积一层气体吸收层3。图3是实施例3、4、9的薄膜吸气剂的示意图，8是基片，7是调节层，6是气体吸收层。图4是实施例6、7的薄膜吸气剂的示意图，11是衬底，10是调节层，9是气体吸收层。图5为本发明薄膜吸气剂沉积在微型传感器封装壳上的示意图，12是封装壳，13是薄膜吸气剂，14是微电子机械系统元件。

实施例1

根据设备或器件的实际要求准备一定尺寸的高硼硅玻璃基片，面积在0.01～100cm²之间，表面粗糙度Ra＜1nm。基片首先在丙酮中超声清洗5min，后在酒精中超声清洗10min，再在体积分数为H₂SO₄∶H₂O₂∶H₂O(18∶1∶1)的溶液中浸泡10min，取出之后用大量去离子水冲洗3min，风干备用。采用射频磁控溅射法，靶材为多元合金70wt％Zr-25wt％Co-5wt％RE，其中RE为Y₂₀La₃₀Ce₁₀Pr₄₀(wt％)，纯度为99.7wt％。先将镀膜系统抽真空至8×10^-5Pa，再通入体积分数为99.99％的氩气，维持氩气压强在3.5Pa左右，首先预溅射清洗靶材表面，时间为20min，再调节相关沉积参数开始制备吸气吸收层，参数为：射频功率100W，靶材与基片距离为6cm，工作压强4.5Pa，沉积时间100min，基片自旋速度为10r/min。该条件下，气体吸收层的平均厚度为3.2μm，其纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约50～150nm。

实施例2

其操作方法和工艺条件基本同实施例1，唯一不同之处在于靶材为多元合金80wt％Zr-16wt％Co-4wt％RE，其中RE为Y₂₀La₃₀Ce₁₀Pr₄₀(wt％)，靶材纯度为99.7wt％。该条件下，气体吸收层的平均厚度为3.2μm，其纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约100～200nm。

实施例3

其操作方法和工艺条件基本同实施例1，唯一不同之处在于制备气体吸收层与调节层双层结构薄膜，即先沉积一层调节层，再制备气体吸收层。调节层沉积参数：射频功率120W，靶材与基片距离为4cm，工作压强0.2Pa，沉积时间3min，基片自旋转速度20r/min；气体吸收层沉积参数同实施例1。该条件下，调节层的平均厚度为165nm，气体吸收层的平均厚度为3.2μm，其纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约100～200nm。其吸气性能如图6中曲线1所示。

实施例4

其操作方法和工艺条件基本同实施例3，唯一不同的是基片采用纯度99.5％的抛光铜基片，表面粗糙度＜6nm。铜片先在丙酮中超声清洗5min，后在酒精中超声清洗10min，再在0.5％HF溶液中浸泡5min，取出后去离子水冲洗3min，再经过真空烘烤(200℃，30min)，真空度为5×10^-3Pa。该条件下，调节层的平均厚度为165nm，气体吸收层的平均厚度为3.2μm，其中气体吸收层中的纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约100～300nm。其吸气性能如图6中曲线2所示。

实施例5

其操作方法和工艺条件基本同实施例1，唯一不同之处是基片采用纯度为99.6wt％的Al₂O₃基片，表面粗糙度Ra约为1nm。Al₂O₃基片先在沸水中煮沸30min，再在温度为80℃的5wt％NaOH溶液中浸泡10min，取出后去离子水冲洗3min后，经过烘烤处理(200℃，30min)。该条件下，气体吸收层的平均厚度为3μm，其中气体吸收层中的纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约50～150nm。

实施例6

其操作方法和工艺条件基本同实施例3，唯一不同之处是基片经过腐蚀粗化处理。步骤为：将玻璃基片丙酮中超声清洗5min，后在酒精中超声清洗10min，再在体积分数为40％HF溶液中浸泡5min，取出后大量去离子水冲洗3min，风干备用。该条件下，调节层的平均厚度为155nm，气体吸收层的平均厚度为3.2μm，其中气体吸收层中的纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约30～250nm。

实施例7

其操作方法和工艺条件基本同实施例3，唯一不同之处是高硼硅玻璃基片表面经机械粗化处理，即玻璃基片先经过砂纸打磨，表面粗糙度为150nm，清洗工序与实施例1相同。该条件下，调节层的平均厚度为160nm，气体吸收层的平均厚度为3μm，其中气体吸收层中的纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约200～500nm，薄膜表面粗糙。其吸气性能如图6中曲线3所示。

实施例8

其操作方法和工艺条件基本同实施例3，唯一不同之处是调节层的沉积工艺不同。调节层的参数：溅射功率80W，靶材与基片距离为5cm，工作压强由0.2Pa逐渐增大到1Pa，沉积时间5min，基片自旋速度为20r/min。气体吸收层沉积参数：溅射功率100W，靶材与基片距离6cm，工作压强4Pa，沉积时间100min，基片自旋速度为20r/min。该条件下，调节层的平均厚度为165nm，气体吸收层的平均厚度为3.2μm，其纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约100～200nm。经过测量，调节层的平均厚度为175nm，气体吸收层的平均厚度为3.2μm，其中气体吸收层中的纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约200～350nm，薄膜表面粗糙。

实施例9

其操作方法和工艺条件基本同实施例3，唯一不同之处是气体吸收层的制备工艺不同。气体吸收层沉积参数：溅射功率100W，靶材与基片距离为8cm，工作压强6Pa，沉积时间100min，基片自旋速度为10r/min。该条件下，调节层的平均厚度为160nm，气体吸收层的平均厚度为2.9μm，其中气体吸收层中的纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约150～300nm，薄膜表面粗糙。

实施例10

其操作方法和工艺条件基本同实施例3，唯一不同之处是基片采用可伐合金密封盖，表面粗糙度约6nm，将封装壳盖放在丙酮中超声清洗5min，后在酒精中超声清洗10min，再在0.5％HF溶液中浸泡5min，取出用去离子水冲洗10min后，进行真空烘烤(200℃，30min)，真空度为5×10^-3Pa。该条件下，调节层的平均厚度为160nm，气体吸收层的平均厚度为3.2μm，其中气体吸收层中的纤维直径约1～10nm，柱状组织的直径约150～250nm。

实施例11

薄膜吸气剂室温吸气性能测试是根据标准ASTMF798-82(2002)来进行。在本实例中，对上述实施例3、4、7的样品在室温条件下进行动态法吸气性能测试。薄膜吸气剂样品固定在石英玻璃样品室的中部，首先对测试系统抽真空至1×10^-4Pa，然后在抽真空的同时烘烤测试设备的金属管道(350℃，3h)，样品实时温度通过K-型热偶来测量，其中样品室内的温度始终低于150℃，待系统真空度优于10^-6Pa，采用高频感应对样品进行激活处理(300℃，30min)。激活结束后，待样品温度下降至室温。通入测试气体(H₂)，调节样品室的压强P_g至2.7×10^-4Pa，恒定P_g，记录已知毛细流导另一端P_m随时间的变化，计算出吸气速率和累积吸气量，如图6为动态法吸气性能测试曲线，曲线1，2，3分别代表实施例3、4和7，其中吸气速率的单位是ml/(s·cm^-2)，吸气量的单位是Pa·ml/cm²。

以上实施例是供理解本发明之用，并非是对本发明的限制，有关领域的技术人员，在权力要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变行都应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高吸气性能薄膜吸气剂，是在金属、陶瓷、玻璃、硅基片或其形成的密封器件内壁上先沉积调节层，再在调节层上沉积气体吸收层，即形成双层结构薄膜；所述的气体吸收层为Zr和Co与选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种材料形成的多元合金；所述的调节层为Ti、Zr、Y、Hf、Mn、Cu、Cr、Al、Fe、Pt、Ru中的一种或多种组分形成的合金，该调节层的成分与气体吸收层成分不相同；所述的气体吸收层是一层纳米级纤维多孔柱状结构的薄膜，纤维直径为1～10nm，长度为50～500nm，纤维生长方向垂直于生长面，由纤维组成的柱状组织直径为10～500nm，组织之间有界面和孔洞，薄膜比表面积大于10m²/g，气体吸收层厚度为1～10μm，所述的调节层直接沉积在基片或密封器件内壁上，是致密的薄膜，内部无孔洞，比表面积不大于3m²/g，调节层厚度为10nm～500nm。

2.根据权利要求1所述的薄膜吸气剂，其特征在于，所述的密封器件内壁的表面材料是金属、陶瓷、玻璃、硅材料中的一种，其中，所述的金属是Cu、Al、Ti、Mo、不锈钢、合金、或其他能够用作密封器件管壳的金属；所述的陶瓷是Al₂O₃、SiC、ZrO、ZnO或其他能够用作密封器件管壳的陶瓷材料；所述的玻璃是石英玻璃、高硅氧玻璃、钙钠玻璃、铅硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃或其他能够用作密封器件管壳的玻璃材料；所述的硅是单晶硅、多晶硅或非晶硅。

3.一种权利要求1所述的薄膜吸气剂的制备方法，其特征在于，制备双层结构薄膜需要进行步骤(1)～(5)，所述方法的具体制备工艺为：

(1)、将密封器件内壁的表面清洗洁净，或者经过表面预处理后清洁洗净，并经过风干处理或烘烤处理，将表面清洗洁净的基片或密封器件内壁作为衬底；

(2)、采用金属靶材，运用射频磁控溅射法将金属材料沉积在基片或密封器件内壁上，其中，金属靶材的成分、含量与气体调节层的成分、含量相同，金属靶材成分的纯度大于99.5wt％，不同位置成分偏差小于0.5w；

(3)、将射频磁控溅射系统的溅射室真空抽至1×10^-6～1×10^-4Pa，工作气氛是体积分数为99.99％高纯氩气或氪气，工作气压范围为0.1Pa～2Pa，射频功率为50～200W，金属靶材与衬底之间的距离为3～6cm，在薄膜沉积之前，金属靶材经过预溅射清洗，预溅射时间为5～25min，调节层沉积时间为1～10min，基片自旋速度为10～20r/min，基片采用水冷或无需加热；即在基片或密封器件内壁上溅射调节层；

(4)、更换金属靶材，金属靶材的成分、含量与气体吸收层的成分、含量相同，金属靶材成分的纯度大于99.5wt％，不同位置成分偏差小于0.5wt％；

(5)、将射频磁控溅射系统的溅射室真空抽至1×10^-6～1×10^-4Pa，工作气氛是体积分数为99.99％高纯氩气或氪气，工作气压范围为1Pa～50Pa，射频功率为20～200W，金属靶材与衬底之间的距离为5～12cm，在薄膜沉积之前，金属靶材预先经过预溅射清洗，预溅射时间为5～25min，气体吸收层的沉积时间为30～200min，衬底自旋速度为1～10r/min，衬底采用自然冷却、水冷或者加热；即在基片或密封器件内壁的调节层上的溅射气体吸收层。

4.根据权利要求3所述的薄膜吸气剂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中的烘烤处理的烘烤温度为150～350℃，烘烤时间为30～90min，烘烤方式为真空烘烤或惰性气氛烘烤，其中真空烘烤的真空度为1×10^-2～1×10^-4Pa。