CN109680250B - 一种电弧离子源及电弧离子源镀膜方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种电弧离子源及电弧离子源镀膜方法，能够显著提高膜层表面质量，提高靶材利用率，消除大颗粒污染，以提高膜层制备的经济效益。该电弧离子源包括至少两个磁场产生装置、靶材和电信号输出装置，两个磁场产生装置对称设置在靶材的两侧，每个磁场产生装置包括电磁线圈和永磁体，所述电磁线圈位于所述靶材的靶面上方，所述永磁体位于所述靶材的靶面下方，所述电信号输出装置与电磁线圈连接，用于给电磁线圈施加激励电信号，电磁线圈接收到激励电信号后，与永磁体之间产生轴对称且极性相对的耦合磁场，使得靶材的靶面上各个位置的垂直磁场强度相同。

Description

一种电弧离子源及电弧离子源镀膜方法
技术领域
本公开属于真空镀膜技术领域，具体涉及一种具有变化磁场配置的电弧离子源以及利用该电弧离子源的镀膜方法。
背景技术
电弧离子镀是一种将真空弧光放电用于蒸发源上的真空镀膜技术，由于电弧离子镀在气压10-2～1Pa的真空室内进行，阴极电弧源的靶材既是阴极材料的蒸发源，又是离子源。电弧离子镀的电弧形式是在冷阴极表面上形成阴极电弧弧斑，灼烧靶材以蒸发膜料。弧斑处电流密度很高，达到了105～108A/cm2，携带大量的能量，导致该处阴极材料被大量蒸发。电弧离子镀膜技术因其具有附着力强、绕镀性好、膜层致密、沉积速率高、镀膜材料选择广泛等特点，而被广泛的应用于工、模具表面涂层强化、抗腐蚀及装饰领域。电弧离子镀技术也存在着一些其它镀膜技术不存在的缺陷，阻碍了电弧离子镀技术的进一步发展。其中影响电弧离子镀技术发展的关键是“大颗粒”污染问题。大颗粒污染问题会导致膜层表面的粗糙度增加、膜层附着力降低，从而引起薄膜脱落，导致薄膜在厚度及成分方面的不均匀性。
磁场对靶材表面弧斑的运动有着巨大的影响，在磁场控制弧斑运动中，弧斑位置由靶面垂直磁场强度的分布决定，出现在0Gs位置或者绝对值最小处；靶面的水平磁场强度决定了弧斑运动的速度，加快弧斑运动速度，可以缓解靶面局部高温的累积。利用磁场增大弧斑的运动范围、提高弧斑的运动速度，能够降低大颗粒污染的问题，且提高靶材利用率。
中国专利CN89105513公开了一种磁控离子镀膜方法。该专利通过磁场对弧斑运动的控制，以达到加速弧斑运动目的。但是发明人在研究中发现该专利中的控制方法只能将弧斑控制在靶面的局部区域，该专利控制方法具有局限性，会造成靶材刻蚀的不均匀性，以及靶材表面局部高温的累积。
中国专利CN200510041821则公开了一种霍尔源激励磁控溅射增强型多弧离子镀膜方法。该专利利用了机械结构阻挡大颗粒的方法，虽然降低了大颗粒对膜层的污染，改善了膜层质量。但是发明人在研究中发现该专利中使用的控制方法严重降低了膜层的沉积速率，即抛弃了电弧离子镀技术的优势，且同样无法提高靶材的利用率。
中国专利CN100573802C公开了一种具有磁场发生装置的真空电弧光源。该专利利用磁场对弧斑的控制原理，通过电磁线圈对靶材表面磁场强度进行调节，以增大弧斑在靶材表面的运动范围。但是发明人在研究中发现该专利仅在一定范围内增加了弧斑的运动范围，由于其仅使用了电磁线圈，水平磁场强度最大仅为35Gs，会导致弧斑运动速度相对较低。
综上所述，对于目前的电弧离子源技术存在的靶材利用率低、薄膜表面质量差、大颗粒污染严重等问题，尚缺乏有效的技术方案。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种具有变化磁场配置的电弧离子源及利用电弧离子源的镀膜方法，能够显著提高膜层表面质量，提高靶材的利用率，消除大颗粒污染，从而有效的提高了膜层制备的经济效益。
本公开所采用的技术方案是：
一种电弧离子源，包括至少两个磁场产生装置、靶材和电信号输出装置，两个磁场产生装置对称设置在靶材的两侧，每个磁场产生装置包括电磁线圈和永磁体，所述电磁线圈位于所述靶材的靶面上方，所述永磁体位于所述靶材的靶面下方，所述电信号输出装置与电磁线圈连接，用于给电磁线圈施加激励电信号，电磁线圈接收到激励电信号后，与永磁体之间产生轴对称且极性相对的耦合磁场。
通过上述技术方案，解决现有电弧离子源的靶材利用低、膜层表面质量差等问题。
进一步的，所述靶材位于电磁线圈与永磁体产生的耦合磁场中，所述靶材的靶面上各个位置的垂直磁场强度相同。
通过上述技术方案，由于受垂直磁场强度的影响，靶材表面的弧斑可以在整个靶面进行运动；电弧放电被引燃后，弧斑迅速地布满整个靶面或靶面的大部分区域，导致弧斑在局部停留时间减少，靶材能够进行有效的冷却，避免了靶面局部的过度熔化，减少了液滴的喷发，进一步地改善了大颗粒污染问题。
进一步的，所述垂直磁场强度为0～20Gs。
进一步的，所述靶材为100～160mm的圆形靶材，所述靶材靶面的边缘设有凸起的台阶，所述靶材为单金属靶材、合金靶材或非金属靶材。
通过上述技术方案，增加了靶面的刻蚀范围，有效提高了沉积速率，并且靶材凸起的边缘使电弧放电稳定，有效控制了弧斑对非刻蚀区域的刻蚀。
进一步的，所述电磁线圈采用线径大于1mm的漆包铜线。
进一步的，不同的永磁体之间呈环状结构布置，所述永磁体采用以达到高磁场强度要求的钕铁硼磁钢。但是，永磁体布置不只限于环状布置，亦可以是其它形状布置。
进一步的，所述电磁线圈和永磁体产生的耦合磁场为静态磁场或动态磁场。
进一步的，所述电信号输出装置采用可编程逻辑控制器，通过改变电信号输出装置输出的电信号控制参数，来改变电磁线圈产生电磁场的强度、方向，其中，所述控制参数包括扫描波形、扫描电流范围和扫描频率。
一种电弧离子源镀膜方法，采用如上所述的电弧离子源制备膜层，该方法包括以下步骤：
(1)先将待镀膜的工件放在温度为40～50℃的清洗液中超声清洗30min，去除工件表面的油污及抛光时残留的抛光膏；随后用去离子水清洗试样以除去残留的金属清洗液；再将工件放入无水酒精中超声清洗20min；最后将工件取出用热风烘干并把基片装夹在转架上放入真空室；
(2)在沉积涂层之前对工件进行等离子刻蚀清洗，首先将真空室的真空度抽至0.02Pa，开启加热器，对工件进行加热，使工件温度达到200℃，并保温20min，通入200sccm氩气对工件进行刻蚀清洗；
(3)刻蚀清洗之后，对工件进行加热至300℃，通入氮气使真空度达到0.32Pa，调节基体负偏压至-150V；由弧电源提供能量进行引弧，将电弧电流调至90A，由电信号输出装置给电磁线圈施加激励，通过改变电磁场的强度，改变弧斑在靶面的运动范围；从靶面蒸发、离化的膜料在真空室中运动至工件表面，沉积形成膜层；
(4)待工件表面的膜层沉积一段时间后，依次关闭弧电源、偏压电源、加热系统以及供气系统，并关闭抽气系统结束镀膜。
通过上述技术方案，本公开的有益效果是：
(1)本公开适用于100mm～160mm的靶材，增大了靶面刻蚀的面积，有效提高了沉积速率，并且本公开中选用边缘突起的靶材，可以使电弧稳定放电；
(2)本公开使得靶材工作表面各个位置的垂直磁场强度至同一水平值，使弧斑在静态磁场下形成全靶面的弧斑运动，减少靶面的高温累积，减少大颗粒的产生，提高靶材利用率；
(3)本公开通过改变电信号输入装置的扫描波形、扫描频率和扫描幅值，产生不同的静态磁场、动态磁场，用于制备不同要求的膜层；采用可编程逻辑控制对输入到电磁线圈的扫描电流范围、扫描波形以及扫描频率进行设置，实现电弧离子源磁场的智能参数设置，智能化地控制弧斑，简便、精确、成本小，有利于批量生产。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本公开的不当限定。
图1是根据一种或多种实施方式的电弧离子源的结构示意图；
图2是根据一种或多种实施方式的电弧离子源的磁场分布示意图；
图3(a)是不同电磁线圈的靶面水平磁场强度线图；
图3(b)是不同电磁线圈的靶面垂直磁场强度线图；
图4(a)是电磁线圈2.1A的弧斑轨迹图；
图4(b)是电磁线圈1.7A的弧斑轨迹图；
图4(c)是电磁线圈1.3A的弧斑轨迹图；
图5(a)和5(b)是扇形永磁体下的靶面垂直磁场强度线图；
图5(c)和5(d)是矩形永磁体下的靶面垂直磁场强度线图；
图5(e)和5(f)是圆形永磁体下的靶面垂直磁场强度线图；
图6是CrAl靶与Ti靶的弧斑运动对比图；
图7是CrAl靶在靶面垂直磁场强度20Gs下的弧斑分布图；
图8(a)和8(b)是靶面垂直磁场强度0Gs下的CrAlN膜层表面形貌图及大颗粒统计图；
图8(c)和8(d)是靶面垂直磁场强度10Gs下的CrAlN膜层表面形貌图及大颗粒统计图；
图8(e)和8(f)是靶面垂直磁场强度20Gs下的CrAlN膜层表面形貌图及大颗粒统计图；
图8(g)和8(h)是未使用本发明的CrAlN膜层表面形貌图及大颗粒统计图；
图9是使用动态磁场制备的CrAlN膜层表面形貌图；
图10是不同磁场情况下的CrAlN膜层厚度对比图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种或多种实施例提供一种具有变化磁场配置的电弧离子源，该电弧离子源包括至少两个磁场产生装置、用于材料刻蚀的靶材3和电信号输出装置4，两个磁场产生装置以圆形靶轴心线为轴对称置于靶材3两侧，所述磁场产生装置包括用于形成极性相对的耦合磁场的电磁线圈2和永磁体1，使得水平磁场强度叠加，垂直磁场强度抵消；所述靶材位于电磁线圈和永磁体之间，所述电磁线圈位于所述靶材的靶面上方，所述永磁体位于所述靶材的靶面下方，这样靶材位于电磁线圈和永磁体形成的磁场的有效控制范围中，使得靶材表面各个位置的垂直磁场强度BT保持同一强度值；所述电信号输出装置与电磁线圈连接，用于给电磁线圈施加激励电信号，使得电磁线圈和永磁体产生轴对称的极性相对的耦合磁场，且通过改变电信号输出装置输出的电信号控制参数，可改变电磁线圈和永磁体产生电磁场的强度、方向，可以产生静态磁场或动态磁场。
在至少一个实施例中，所述电磁线圈由匝数不定的漆包铜线缠绕制成。为了降低线圈在工作过程中的发热量及减小电磁线圈的重量，漆包铜线的线径至少大于1mm，降低用以产生足够磁场所用的电流值。
在至少一个实施例中，为了配合电磁线圈的磁场位型，获得恒定的靶面垂直磁场强度，不同数量、形状尺寸的永磁体排放为环状，单个形状为圆形、扇形、矩形。所述永磁体为高强度的钕铁硼磁钢，安置在不对磁场产生影响的磁钢支架中，并且将永磁体放置于所述靶材的下方。所述永磁体的剩余磁通密度在1.08T以上，通过调整钕铁硼磁钢的数量、厚度、牌号、形状，对永磁体的剩余磁通密度进行调节。
在至少一个实施例中，所述电信号输出装置内部设有可编程逻辑控制器，控制参数包括扫描波形、扫描电流范围以及扫描频率。
在至少一个实施例中，所述靶材为100～160mm的圆形靶材，为防止弧斑运行到非刻蚀区域，在靶材的工作表面边缘设有凸起的台阶。所述靶材的材料可为Ti靶等单金属靶材、CrAl靶等合金靶材或石墨等非金属靶。
所述靶材表面各个位置的垂直磁场强度BT处于同一水平值；该垂直磁场强度BN数值可小于20Gs，或者垂直磁场强度BN数值可小于10Gs；或者该垂直磁场强度BN数值为0Gs，在靶面边缘方向逐渐增加。在垂直磁场均匀性的影响下，靶材工作表面产生的弧斑，能够在全靶材表面实现电弧放电行为。
当靶材工作表面的垂直磁场分量为同一强度值时，当电弧放电被引燃后，弧斑迅速地布满整个靶面或靶面的大部分区域。并且受垂直磁场分量的为同一强度值的影响，导致弧斑在局部停留时间减少，靶材能够进行有效的冷却，避免了靶面局部的过度熔化，减少了液滴的喷发，进一步地改善了大颗粒污染。
在轴对称的耦合磁场控制下，弧斑在整个靶材工作表面或大部分区域运动，且在多种运动(随机运动、漂移运动、逆安培力运动等)的叠加下，在靶面上呈现出“中心-边缘-中心”的往复循环螺旋运动。弧斑运动速度越快、运动范围越大、弧斑引起的靶面热量分布越均匀，制备的膜层质量就越好。在相同的弧斑分布情况下，由于动态磁场对弧斑的控制性高于静态磁场，静态磁场下的弧斑运动会有较大的随机运动倾向，所以在相同的镀膜参数下，静态磁场的膜层厚度优于动态磁场，而在动态磁场下，沉积的膜层质量更好。
在至少一个实施例中，所述磁场产生装置在熔点不同的靶材工作表面具有不同的弧斑运动形式，对于熔点较低的靶材弧斑更加集中在靶面中心。
所述磁场产生装置产生的磁场有静态磁场和动态磁场两种形式，控制靶面的弧斑发生不同的运动形式。
本实施例提出的电弧离子源，采用100～160mm的尺寸的靶材，增大了靶面刻蚀面积，有效提高了沉积速率，并且靶材工作表面凸起的边缘使电弧放电稳定；调整靶面各个位置的垂直磁场强度，使靶材工作表面的垂直磁场强度处于同一水平值，使弧斑在静态磁场的作用下实现全靶面的弧斑运动，减少靶面的高温积累，减少大颗粒的产生，提高靶材的利用率；通过改变电信号输出装置的扫描波形、扫描频率和扫描幅值，产生不同的静态磁场、动态磁场，用于制备不同要求的膜层；采用可编程逻辑控制对输入到电磁线圈的扫描电流范围、扫描波形以及扫描频率进行设置，实现电弧离子源磁场的智能参数设置，通过智能化操作对弧斑进行控制，可以实现弧斑控制的便捷性、精准性，降低弧斑控制的成本，同时有利于批量化生产。
一种或多种实施例提供一种电弧离子源的应用实例。如图1所示，本实施例的电弧离子源安装在在一个真空室的一侧，该电弧离子源包括永磁体1、电磁线圈2、靶材3和电信号输出装置4，磁场系统由永磁体1、电磁线圈2和电信号输出装置4组成，靶材3作为磁场强度的承受者。其中，靶材3位于真空室内部，永磁体1和电磁线圈2位于真空室外部，电磁线圈2与靶材3表面的距离在0～40mm之间变动，永磁体1与靶材3表面的距离在100～120mm之间变动。
在本实施例中，所述靶材3采用160mm的圆形Ti靶，具体的磁场分布和磁极如图2所示，电磁线圈2产生的磁场N极指向阴极靶材，S极指向真空室；永磁体1产生的磁场N极则指向阴极靶材，S极指向真空室外。改变永磁体1的放置方向和电磁线圈2的电流方向，能够改变耦合磁场的极性。因此，电磁线圈和永磁体构造了极性相对的耦合磁场，即极性为S-N-N-S或N-S-S-N。靶材表面的磁场能够分解为垂直磁场分量BN和水平磁场分量BT，磁场的极性相对性造成了水平磁场分量叠加、垂直磁场分量抵消的效果，各个分量的正负方向规定如图2所示。
对靶材表面的磁场强度进行测量的结果如图3(a)和3(b)所示。图3(a)和3(b)分别是电磁线圈1.3A、1.7A、2.1A时的靶面水平磁场强度与垂直磁场强度分量。水平磁场强度分量未有较大的变化，不同电流值下的水平磁场强度可做近似相等。随着电磁线圈电流值的增加，垂直磁场强度由0Gs增大至20Gs。所述靶材3采用160mm的圆形Ti靶，在不同的电磁线圈电流值下(即不同的垂直磁场强度下)，弧斑运动如图4(a)、4(b)、4(c)所示。当垂直磁场强度为0Gs时，弧斑布满整个靶面，随着垂直磁场强度的增大，弧斑向靶面边缘运动。
一种或多种实施例提供一种电弧离子源的永磁体形状与分布对磁场影响的验证。
本实施例在设计磁场控制结构时，采用了“永磁+电磁”的形式，通过永磁体与电磁线圈耦合，增加靶面垂直磁场的强度，降低垂直磁场的强度。所以，永磁体与电磁线圈的设置对磁场分布具有重要的影响，永磁体的形状、摆放至关重要。
本实施例针对不同的永磁体形状进行磁场配置，并对靶面的垂直磁场强度进行测量。在电磁线圈电流值1.3A、1.7A、2.1A的情况下，改变永磁体的形状，以获得0～20Gs的垂直磁场强度变化。如图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)、5(e)和5()f是不同永磁体形状下的靶面垂直磁场强度测量值，图5(a)和5(b)、5(c)和5(d)、5(e)和5(f)分别是扇形、矩形、圆形磁
场的测量结果，三种形状的永磁体具有相同的磁场位型，通过改变永磁体的厚度改变了垂直磁场强度的大小。具体的参数如表1中所示，随着单个永磁体面积的减小，厚度随之增加，从扇形的23mm增加至圆形的33mm。
表1相同磁场强度下的不同形状永磁体的厚度
Figure BDA0001958490730000111
一种或多种实施例提供一种电弧离子源的靶材材料对弧斑运动影响的验证。
本实施例的电弧离子源的靶材可为金属靶材、非金属靶材或合金靶材，不同靶材的物理特性不相同，导致相同的磁场情况下会形成不同的弧斑运动，膜层质量也大为不同。以CrAl靶与Ti靶的弧斑运动为例进行比较。
Cr30Al70靶的实验现象与Ti靶的弧斑运动相似，由于磁力线的方向、磁力线与靶面角度的影响，形成了向靶面边缘驱动的弧斑漂移运动。Cr30Al70靶的弧斑运动实验与Ti靶的实验是在相同的环境、参数下进行的，然而弧斑运动的分布却有显著的差别，以垂直磁场强度BN＝0Gs为例，示意图如图6所示。可以明显的看出，Ti靶的弧斑较为均匀的分布在整个靶面，而Cr30Al70靶的弧斑运动则具有聚集性，大部分处于靠靶面中心的位置。二者弧斑运动实验，唯一的不同点在于靶材的材料，Ti的熔点为1668℃，Cr30Al70靶中Al元素占据了大部分的含量，而Al的熔点仅为660℃。在之前的工作中进行了靶面温度的总结，相较于靶面边缘，靶面中心的热量不易散发，累积后形成了较高的温度。弧斑的放电机理是基于电子的热场致发射理论，且阴极内部的电流欧姆加热导致靶面中心温度较高。由于Al的熔点较低，热场对弧斑的产生起到了更大的作用，熔点低的靶材主要依靠热电子发射，所以弧斑更易在靶面中心产生。根据上述理论，Cr30Al70靶与Ti靶相比，弧斑具有中心聚集性，随着垂直磁场强度的提高，漂移运动将Ti靶的弧斑运动驱动至边缘区域，而Cr30Al70靶的靶面中心仍会产生弧斑。如图7所示，是垂直磁场强度20Gs时的Cr30Al70靶弧斑运动。
在静态磁场下，针对不同熔点的靶材，调整电磁线圈的电流值大小，改变垂直磁场强度，浮动值为0～20Gs。
一种或多种实施例提供一种利用电弧离子源的镀膜方法。所述镀膜包括两种模式：静态磁场、动态磁场。不同磁场下制备的膜层具有不同的特点。本实施例的膜层制备方法以CrAlN膜层为例进行制备，该方法包括以下步骤：
将电弧离子源安装在真空室的一侧，其中，靶材位于真空室内部，永磁体和电磁线圈位于真空室外部，电磁线圈与靶材刻蚀表面的距离在0～40mm之间变动，永磁体与靶材刻蚀表面的距离在100～120mm之间变动。
先将待镀膜的工件放在温度为40～50℃的清洗液中超声清洗30min，去除工件表面的油污及抛光时残留的抛光膏；随后用超声清洗机，将试样放置于去离子水中，超声生清洗10min；再将工件放入无水酒精中超声清洗20min；最后将工件取出用热风烘干并把基片装夹在转架上放入真空室。
镀膜之前，将真空室的真空度抽至0.02Pa，开启加热器，对工件进行加热，使工件温度达到200℃，并保温20min，通入200sccm的氩气对工件进行刻蚀清洗，清洗时设置基底负偏压为-520V，刻蚀清洗的时间至少30min。
刻蚀清洗之后，将工件进行加热至300℃，通入氮气使真空度达到0.32Pa，调节基体负偏压至-150V。由弧电源提供能量进行引弧，之后将电弧电流调至90A，由电信号输出装置给电磁线圈施加激励，通过改变电磁场的强度，改变弧斑在靶面的运动范围。从靶面蒸发、离化的膜料在真空室中运动至工件表面，在动能及基片偏压的作用下撞击工件表面，从而在工件表面形成薄膜。镀制膜层的持续时间为1小时，沉积速率在1～3μm/h之间。
待工件表面的膜层沉积一段时间后，依次关闭弧电源、偏压电源、加热系统以及供气系统，并关闭抽气系统结束镀膜。
静态磁场下膜层的质量与弧斑的运动速度、运动范围相关，运动速度越快、运动范围越大，膜层越好。由于电弧离子源在各种磁场参数组合下，水平磁场强度相同，所以弧斑运动速度近似相等。在不同的垂直磁场强度下，弧斑的运动范围不同，图8(a)、8(b)、8(c)、8(d)、8(e)、8(f)中所示的是不同垂直磁场强度下制备的膜层的表面形貌以及大颗粒统计，其垂直磁场强度分别为0Gs、10Gs、20Gs，可以看出，随着弧斑运动范围的增大，大颗粒数量减少，膜层表面质量提高。图8(g)、8(h)为未使用本公开的电弧离子源制备的膜层，大颗粒数量最多。使用本公开的电弧离子源镀膜后样品表面大颗粒尺寸分布主要集中在2μm以下，影响涂层性能的微米级颗粒数量很少而且尺寸也相对较小；而不使用本公开的电弧离子源镀得的膜层质量较差，大尺寸的颗粒也较多。
利用动态磁场进行膜层制备，通过可编程逻辑控制器设置控制参数：波形形式为方波，幅值为1.3A-2.1A，频率为10Hz、占空比为50％。镀制膜层1h后，膜层的表面形貌如图9所示，相比于静态磁场下的膜层，膜层质量进一步提高。
将静态磁场的膜层厚度与动态磁场的膜层厚度进行对比，如图10所示。静态磁场下的膜层厚度远大于动态磁场下的膜层厚度，静态磁场下的膜层厚度最大达到了2.6623μm，而动态磁场下的膜层厚度最大仅为1.3486μm。使用本公开的电弧离子源可以针对不同需求采用不同磁场，可以制备不同膜层要求的薄膜。如：表面质量要求不高、沉积速率快的膜层，或是表面质量要求高、沉积速率慢的膜层。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种电弧离子源，其特征是，包括至少两个磁场产生装置、靶材和电信号输出装置，两个磁场产生装置对称设置在靶材的两侧，每个磁场产生装置包括电磁线圈和永磁体，所述电磁线圈位于所述靶材的靶面上方，所述永磁体位于所述靶材的靶面下方，所述电信号输出装置与电磁线圈连接，用于给电磁线圈施加激励电信号，电磁线圈接收到激励电信号后，与永磁体之间产生轴对称且极性相对的耦合磁场；
为了配合电磁线圈的磁场位型，获得恒定的靶面垂直磁场强度，不同数量、形状尺寸的永磁体排放为环状；在靶材的工作表面边缘设有凸起的台阶；
所述靶材位于电磁线圈与永磁体产生的耦合磁场中，所述靶材的靶面上各个位置的垂直磁场强度相同；
所述垂直磁场强度为0Gs~20Gs；
所述靶材为100~160mm的圆形靶材，所述靶材为单金属靶材、合金靶材或非金属靶。
2.根据权利要求1所述的电弧离子源，其特征是，所述电磁线圈采用线径大于1mm的漆包铜线。
3.根据权利要求1所述的电弧离子源，其特征是，不同的永磁体之间呈环状结构布置，所述永磁体的形状为扇形、方形、圆柱中的任意一种，所述永磁体采用钕铁硼磁钢。
4.根据权利要求1所述的电弧离子源，其特征是，所述电磁线圈和永磁体产生的耦合磁场为静态磁场或动态磁场。
5.根据权利要求1所述的电弧离子源，其特征是，所述电信号输出装置采用可编程逻辑控制器，通过改变电信号输出装置输出的电信号控制参数，来改变电磁线圈产生电磁场的强度、方向，其中，所述控制参数包括扫描波形、扫描电流范围和扫描频率。
6.一种电弧离子源镀膜方法，采用权利要求1至5中任一项所述的电弧离子源制备膜层，其特征是，该方法包括以下步骤：
（1）先将待镀膜的工件放在温度为40~50°C的清洗液中超声清洗30min，去除工件表面的油污及抛光时残留的抛光膏；用去离子水清洗试样以除去残留的金属清洗液；再将工件放入无水酒精中超声清洗20min；最后将工件取出用热风烘干并把基片装夹在转架上放入真空室；
（2）在沉积涂层之前对工件进行刻蚀清洗，首先将真空室的真空度抽至0.02Pa，开启加热器，对工件进行加热，使工件温度达到200℃，并保温20min，通入200sccm氩气对工件进行刻蚀清洗；
（3）刻蚀清洗之后，对工件加热至300℃，通入氮气使真空度达到0.32Pa，调节基体负偏压至-150V；由弧电源提供能量进行引弧，将电弧电流调至90A，由电信号输出装置给电磁线圈施加激励，通过改变电磁场的强度，改变弧斑在靶面的运动范围；从靶面蒸发、离化的膜料在真空室中运动至工件表面，沉积形成膜层；
（4）待工件表面的膜层沉积一段时间后，依次关闭弧电源、偏压电源、加热系统以及供气系统，并关闭抽气系统结束镀膜。
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