CN109161861B - 一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及镀膜设备技术领域，具体涉及一种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，所述一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统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。采用这种结构后，该设备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。

Description

一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统

技术领域

本发明涉及镀膜设备技术领域，具体涉及一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统。

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，每一层薄膜层从试样上的一端至试样的另一端的厚度是均匀的。

运用现有技术中的磁控溅射镀膜系统，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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统，本发明中，非均匀多层薄膜是指每一层薄膜层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，该系统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，本发明的一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统，包括镀膜腔体和工控系统，所述镀膜腔体内固定有靶材和用于放置试样的试样台，所述试样台高度可调式连接在镀膜腔体的内底面上，所述一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统还包括孔径大小可变的光圈、半径大小可变的遮挡装置、将光圈移送至试样表面中心上方或离开试样上方的第一驱动机构、以及将遮挡装置移送至试样表面中心上方或离开试样上方的第二驱动机构，所述光圈的一端与第一驱动机构连接，所述光圈位于试样上方时，所述光圈的下表面与试样的上表面之间具有间隔；所述遮挡装置的一端与第二驱动机构连接，所述遮挡装置位于试样上方时，所述遮挡装置的下表面与试样的上表面之间具有间隔，所述光圈、遮挡装置、第一驱动机构、第二驱动机构均与工控系统电连接。

所述镀膜腔体内底部固定有第一安装台，所述第一驱动机构包括第一支杆，所述第一支杆一端与第一安装台转动连接，所述第一支杆另一端与光圈固定连接，所述第一安装台上设有驱动第一支杆转动的第一驱动单元，第一驱动单元与所述第一支杆端部连接。

所述第一支杆一端与第一安装台转动连接是指，所述第一支杆一端连接有第一轴承，所述第一支杆通过第一轴承与第一安装台转动连接，所述第一支杆的端部连接有第一齿轮，所述第一驱动单元包括第一电机和第二齿轮，所述第一电机固定在第一安装台上，所述第二齿轮与第一电机连接，所述第一齿轮和第二齿轮啮合。

所述镀膜腔体内底部固定有第二安装台，所述第二驱动机构包括第二支杆，所述第二支杆一端与第二安装台转动连接，所述第二安装台上设有驱动第二支杆转动的第二驱动单元，第二驱动单元与所述第二支杆端部连接，所述遮挡装置包括空心管、设在空心管上的伞形伸缩结构、遮挡布和驱动伞形伸缩结构张开与闭合的驱动装置，所述空心管固定在第二支杆远离第二安装台的端部，所述伞形伸缩结构包括多根伞骨、多根支撑骨和撑杆，多根所述伞骨的一端均与空心管的外表面铰接，多根所述伞骨的一端朝下设置，多根所述支撑骨一端与对应的伞骨铰接，多根所述支撑骨的另一端均与撑杆铰接，所述撑杆套设在空心管并且所述撑杆与空心管滑动连接，所述遮挡布与多根所述伞骨连接并被多根所述伞骨支撑，所述驱动装置包括第二电机、绳和卷筒，所述第二电机固定在第二支杆上，并且第二电机的驱动端伸入空心管内，所述卷筒位于空心管内，所述卷筒与第二电机的驱动端连接，所述绳一端与撑杆的底端连接，所述绳的另一端绕设在卷筒上。

所述第二支杆一端与第二安装台转动连接是指，所述第二支杆一端连接有第二轴承，所述第二支杆通过第二轴承与第二安装台转动连接，所述第二支杆的端部连接有第三齿轮，所述第二驱动单元包括第三电机和第四齿轮，所述第三电机固定在第二安装台上，所述第四齿轮与第三电机连接，所述第三齿轮和第四齿轮啮合。

所述试样台高度可调式连接在镀膜腔体的内底面上是指，所述试样台的底端设有螺纹杆，所述螺纹杆上螺纹连接有螺母，所述螺纹杆的端部与镀膜腔体的内底面螺纹连接，所述螺母的下端面与镀膜腔体的内底面抵紧。

所述光圈和/或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。在这个范围内，镀制得到的非均匀多层薄膜效果最好。

采用以上结构后，具有以下优点：由于还包括孔径大小可变的光圈、半径大小可变的遮挡装置、将光圈移送至试样表面中心上方或离开试样上方的第一驱动机构、以及将遮挡装置移送至试样表面中心上方或离开试样上方的第二驱动机构。从而在镀膜过程中，光圈和遮挡装置交替位于试样上方，光圈的孔径大小逐渐变化，遮挡装置的半径大小可变，这样，相当于在镀制多层薄膜时，试样表面从中部至边缘有序的露出于光圈，靶材原子在试样表面从中部至边缘的沉积时间逐渐变化，薄膜的厚度与沉积时间相关，从而可以镀制得到非均匀多层薄膜，并且所述试样台高度可调式连接在镀膜腔体的内底面上，可以适当调节挡板与试样的上表面之间间隔大小，为镀制效果更好的镀制非均匀多层薄膜做基础。

附图说明

图1是本发明一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统的结构示意图。

图2是本发明一种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是本发明一种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是本发明一种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是本发明实施例中镀制非均匀多层薄膜的工作过程中S1过程的结构示意图。

图6是本发明实施例中镀制非均匀多层薄膜的工作过程中S2过程的结构示意图。

图7是本发明实施例中镀制非均匀多层薄膜的工作过程中S3过程的结构示意图。

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。

如图1-4，在一个实施例中，一种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，所述一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统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。

所述光圈5和/或遮挡装置6的底端与试样3的上表面之间的间隔的大小为3～8mm。在这个范围内，镀制得到的非均匀多层薄膜效果最好。

作为最佳选择，所述光圈5和/或遮挡装置6的底端与试样3的上表面之间的间隔的大小为5mm。

本实施例中所要镀制得到的非均匀多层薄膜，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，试样3的直径等于光圈5的最大孔径。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。

如图5、6、7，镀制上述非均匀多层薄膜的工作工程：

S1、开启镀制第一薄膜层301的靶材，第一驱动机构将光圈5移送至试样3表面中心上方并固定，此时，光圈5处于完全闭合状态，光圈5的中心与试样3表面中心对齐，镀制第一薄膜层301时，工控系统控制光圈5的孔径逐渐变大，使得在镀制第一薄膜层301的时间内，试样3表面逐渐从光圈5的孔露出，直至光圈5的孔径最大，由于试样不被遮挡的区域会沉积形成薄膜，因此镀制一段时间后，此时得到如图5的第一薄膜层301结构；

S2、切换至镀制第二薄膜层302的靶材，同时，第一驱动机构将光圈5离开试样3表面，第二驱动机构将遮挡装置6移送至试样3表面中心上方，并且使空心管13与试样3表面中心对齐，此时固定遮挡装置6，并且遮挡装置6处于半径最小状态，镀制第一薄膜层301时，工控系统控制遮挡装置6的遮挡半径逐渐变大，使得在镀制第二薄膜层302的时间内，试样3表面中部至边缘逐渐被遮挡装置6遮蔽，由于试样不被遮挡的区域会沉积形成薄膜，此时得到如图6的第一薄膜层301和第二薄膜层302结构；

S3、切换至镀制第三薄膜层303的靶材，同时，第二驱动机构将遮挡装置6离开试样3表面，第一驱动机构将光圈5移送至试样3表面中心上方并固定，此时，光圈5处于完全闭合状态，光圈5的中心与试样3表面中心对齐，镀制第三薄膜层303时，工控系统控制光圈5的孔径逐渐变大，使得在镀制第三薄膜层303的时间内，试样3表面逐渐从光圈5的孔露出，直至光圈5的孔径最大，由于试样不被遮挡的区域会沉积形成薄膜，镀制一段时间后，此时得到如图7的第一薄膜层301结构、第二薄膜层302和第三薄膜层303结构，即非均匀多层薄膜。

上述步骤可以循环多次。

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。

Claims (7)

1.一种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)，其特征在于：所述试样台(4)高度可调式连接在镀膜腔体(1)的内底面上，所述一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统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。

2.按照权利要求1所述的一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统，其特征在于：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。

3.按照权利要求2所述的一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统，其特征在于：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。

4.按照权利要求1所述的一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统，其特征在于：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。

5.按照权利要求4所述的一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统，其特征在于：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。

6.按照权利要求1所述的一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统，其特征在于：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。

7.按照权利要求1所述的一种用于镀制非均匀多层薄膜的系统，其特征在于：所述光圈(5)和/或遮挡装置(6)的底端与试样(3)的上表面之间的间隔的大小为3～8mm。

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