CN105220130B - 基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可准确控制每层厚度、以及均匀度，增加膜层与基体粘合力的低压等离子化学气相沉积的方法，本方法步骤如下：a.往反应腔内放置基体工件，对反应腔进行抽真空；b.抽真空后向反应腔内注入氧气，开启微波源，微波经ECR微波电子回旋共振后，向反应腔内提供微波电离氧分子，对基体进行表面活性化处理及洁净化处理；交替电离TiCl₄气体和氧气的混合气体，以及六甲基二硅氧烷气体和氧气的混合气体,在工件表面交替沉积多层TiO₂和SiO₂薄膜。

Description

基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的方法

技术领域：

本发明涉及一种在具有复杂曲面的基底外表面制备纳米多层膜的方法，采用低压等离子化学气相沉积的方法在具有复杂曲面的基底表面沉积生成纳米多层膜，使沉积基底表面形成多种功能性薄膜。

背景技术：

目前，通用的具有复杂曲面的玻璃工件外表面制备薄膜方法是物理真空蒸镀(PVD)。将SiO₂，ZnS和TiO₂或Nb₂O₅等固体颗粒物通过电子枪加热气化，真空腔体内放置有玻璃工件，气态化的低折射率SiO₂、ZnS和高折射率Nb₂O₅或TiO₂交替附着在玻璃表面，通过蒸发量控制膜层厚度并最终生成超过30层的薄膜。

上述工艺方法存在不足之处，玻璃工件外玻璃表面没有经过活性化处理，未形成致密的交联层，没有采取洁净化处理使得膜层附着度不够，高温下膜层受热应力不均匀影响容易导致开裂，脱落。另外，气化后的蒸发材料由于没有经过离子加速并受复杂曲面的曲率影响，使得中心部位，边缘部位附着的低折射率和高折射率两种物质接受量不一样，造成曲面膜厚不一致。

发明内容：

为了解决膜层应力不均匀和膜厚不均匀的问题，本发明提出了一种可准确控制每层厚度、以及均匀度，增加膜层与基体粘合力的低压等离子化学气相沉积的方法。

本发明的发明目的可以通过以下的技术方案来实现：基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的方法，本方法步骤如下：

a.往反应腔内放置基体工件，对反应腔进行抽真空；

b.抽真空后向反应腔内注入氧气，开启微波源，微波经ECR微波电子回旋共振后，向反应腔内提供微波电离氧分子，对基体进行表面活性化处理及洁净化处理；

c.保持氧气的供给，将TiCl₄气体连续不停地注入反应腔内，电离氧分子和TiCl₄，在基体表面产生等离子体，等离子体中的Ti离子和氧离子在基体表面合成TiO₂，形成TiO₂薄膜，控制反应时间来控制TiO₂薄膜厚度，反应得到的副产物以及多余的氧气和TiCl₄被排走；

d.停止TiCl₄气体的供给，改为向反应腔内连续供给六甲基二硅氧烷气体，电离氧分子和六甲基二硅氧烷，在基体表面产生等离子体，等离子体中的硅离子和氧离子在基体表面结合成SiO₂，形成SiO₂薄膜，控制反应时间来控制SiO₂薄膜厚度，反应得到的副产物以及多余的氧气和六甲基二硅氧烷被排走；

e.重复c和d步骤，就可以在基体表面交替沉积多层TiO₂和SiO₂薄膜了。

采用本技术方案后，与现有技术相比，本低压等离子体化学气相沉积制得纳米薄膜的方法具有以下优点：

1)膜层的厚度和应力均匀，一致性非常好；

2)反应时间短，材料成本低；

3)可以根据需要改变材料的配比，生成不同功能的纳米膜层，具有很大的适用性；

4)尤其对于具有复杂曲面的工件具有良好的成膜特性。

具体实施方式：

下面对本技术作进一步说明。

本实施例的基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的方法，本方法步骤如下：

a.往多个反应腔内放置基体工件，对反应腔进行抽真空，使反应腔内高度真空，真空度达到0.1—0.5mbar；

b.抽真空后向反应腔内注入氧气，开启微波源，微波经ECR微波电子回旋共振，三销钉调配器后，微波能量被平均分配到每个反应腔内，起辉电离氧分子，高能氧离子撞击基体表面并加热基体，氧离子对基体进行表面活性化处理及洁净化处理；

c.保持氧气的供给，将TiCl₄气体连续不停地注入反应腔内，电离氧分子和TiCl₄，在基体表面产生等离子体，等离子体中的Ti离子和氧离子在基体表面合成TiO₂，形成TiO₂薄膜，控制反应时间来控制TiO₂薄膜厚度，反应得到的副产物以及多余的氧气和TiCl₄被排走；

d.停止TiCl₄气体的供给，改为向反应腔内连续供给六甲基二硅氧烷气体，电离氧分子和六甲基二硅氧烷，在基体表面产生等离子体，等离子体中的硅离子和氧离子在基体表面结合成SiO₂，形成SiO₂薄膜，控制反应时间来控制SiO₂薄膜厚度，反应得到的副产物以及多余的氧气和六甲基二硅氧烷被排走；

e.重复c和d步骤，就可以在基体表面交替沉积多层TiO₂和SiO₂薄膜了。

微波源产生2.45GHz的高频电磁波通过ECR微波电子回旋共振后，将微波输送给反应腔，首先反应腔内充满氧气，微波电离氧分子，得到氧的等离子体，氧气的高能等离子体中的自由电子轰击基体表面，同时可以加热基体，使基体表面活性化，形成致密的交联层，从而利于膜层生长沉积，大大提高了效率，节省了时间。然后在向反应腔保持氧气供给和微波供给的条件下，往反应腔内加入TiCl₄气体，此时微波同时电离氧分子和TiCl₄分子，破坏氧分子和TiCl₄分子的化学键，得到等离子体，使得Ti离子与氧离子之间重新进行化学反应，生成纳米级TiO₂膜层。接着停止TiCl₄气体的供给，改为供给六甲基二硅氧烷气体，微波电离氧分子和六甲基二硅氧烷分子，得到等离子体，此时Si离子与氧离子结合得到SiO₂膜层，这样交替重复TiCl₄气体和六甲基二硅氧烷气体的供给就可以在基体表面交替沉积多层TiO₂膜层和SiO₂膜层。

本方法具有很高的SiO₂和TiO₂这两种物质的沉积效率和均匀性，独有的ECR微波电子回旋共振技术，具有等离子体密度高、放电气压低、无内电极放电、能量转换率高、电离度高的特点，同时通过镀膜前氧气或氩气的等离子清洗和玻璃表面的活性化处理，使得膜层附着力大大提高，可以解决膜层容易脱落的问题。含有Si+和Ti+的特殊气体在反应腔内在微波能量的作用下，生成等离子体并与氧离子进行不同分子之间的化学反应并重新生成新物质SiO₂和TiO₂，若有多个反应腔同时生产，每个反应腔的能量分布均匀，沉积的膜层厚度一致，合格率大大提高。

本技术的应用，例如应用本方法在灯泡玻璃表面生成本SiO₂和TiO₂的纳米多层膜，一般生产四十多层，可控制灯泡透射出来的光谱，可以根据客户对光谱的要求来调节控制每层的厚度以及层数，使灯泡透射出所需光谱的光线。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：a.往多个反应腔内放置基体工件，对反应腔进行抽真空，使反应腔内高度真空，真空度达到0.1-0.5mbar；

b.抽真空后向反应腔内注入氧气，开启微波源，微波源产生2.45GHz的高频电磁波通过ECR微波电子回旋共振，三销钉调配器后，微波能量被平均分配到每个反应腔内，起辉电离氧分子，高能氧离子撞击基体表面并加热基体，氧离子对基体进行表面活性化处理及洁净化处理；

c.保持氧气的供给，将TiCl4气体连续不停地注入反应腔内，电离氧分子和TiCl4，在基体表面产生等离子体，等离子体中的Ti离子和氧离子在基体表面合成TiO2，形成TiO2薄膜，控制反应时间来控制TiO2薄膜厚度，反应得到的副产物以及多余的氧气和TiCl4被排走；

d.停止TiCl4气体的供给，改为向反应腔内连续供给六甲基二硅氧烷气体，电离氧分子和六甲基二硅氧烷，在基体表面产生等离子体，等离子体中的硅离子和氧离子在基体表面结合成SiO2，形成SiO2薄膜，控制反应时间来控制SiO2薄膜厚度，反应得到的副产物以及多余的氧气和六甲基二硅氧烷被排走；

e.重复c和d步骤，就可以在基体表面交替沉积多层TiO2和SiO2薄膜。